Badania właściwości układów UPS

Ze względu na różnorodność stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych UPS oraz zasilanych odbiorników zasady określania parametrów UPS zostały ujednolicone poprzez wymagania normy PN-EN 62040, co znacznie ułatwia porównywanie parametrów UPS wytwarzanych przez różnych producentów. Norma ta określa przede wszystkim:

• zestaw podstawowych parametrów technicznych zalecanych do specyfikacji oznaczeń zna-mionowych UPS,

• ujednolicone metody wyznaczania parametrów znamionowych,

• metody badania właściwości UPS w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych,

• znormalizowane obciążenia zalecane do stosowania przy wyznaczaniu parametrów.

7.8. BADANIA WŁA ´SCIWO ´SCI UKŁADÓW UPS

Obciążenie normalne UPS to zgodnie z normą tryb pracy odpowiadający najcięższej pracy w warunkach normalnych, przy obciążeniu znamionowym zgodnym z instrukcja producenta oraz uwzględnieniu możliwości jednoczesnego ładowania baterii akumulatorów.

Obciążenia liniowe to takie obciążenie, któremu odpowiada prąd pobierany ze źródła zasila-nia zgodnie z zależnością I = U/Z, gdzie I – pobierany prąd, U – napięcie zasilazasila-nia, Z - impe-dancja obciążenia oraz przy zasilaniu napięciem sinusoidalnym, pobiera prąd także sinusoidalny.

Podstawowe rodzaje takich obciążeń to: rezystancyjne, indukcyjno rezystancyjne, pojemnościowo rezystancyjne.

Obciążenie nieliniowe to obciążenie, przy którym impedancja obciążenia Z nie jest stała i zależy np. od wartości chwilowej napięcia lub czasu, co powoduje, że prąd pobierany przez obciążenie nieliniowe przy sinusoidalnym zasilaniu nie jest sinusoidalny. Typowe przykłady ob-ciążeń nieliniowych to: prostowniki z wyjściowym filtrem pojemnościowym, obciążenia regulo-wane ze sterownikami tyrystorowymi. Najpowszechniej obecnie stosoregulo-wane obciążenie nieliniowe w zakresie mocy znamionowych do 3 kVA to układy prostownikowe mostkowe z obciążeniem pojemnościowym.

Podstawowe parametry obciążenia UPS to: S – wyjściowa moc pozorna [VA], P – wyjściowa moc czynna [W], cosϕ = P/S – współczynnik mocy [−], U – napięcie wyjściowe [V] oraz f – częstotliwość [Hz].

7.8.1 Znormalizowane obciążenia liniowe

Parametry wzorcowych obciążeń liniowych stosowanych do badań właściwości UPS są wy-znaczane z zależności przedstawionych w tabeli 7.10.

Tabela 7.10 Zasady określania parametrów wzorcowych obciążeń liniowych UPS Parametry Rezystancja Indukcyjność Pojemność

Rodzaj obciążenia R [Ω] L[H] C[F]

Rezystancyjne R = U²

P – –

7.8.2 Znormalizowane obciążenia nieliniowe

Do symulacji jednofazowego obciążenia nieliniowego UPS stosowane powinny być układy pro-stownikowe z mostkami diodowymi, na wyjściu których dołączane są równolegle połączone baterie kondensatorów oraz rezystory obciążające. Na rysunku 7.15 przedstawiono schemat układu ob-ciążenia gdzie: UC jest średnią wartością napięcia wyprostowanego przy założeniu współczynnika mocy obciążenia λ= 0.7 co oznacza, że 70% mocy pozornej będzie się wydzielać na rezystorach 7.8. BADANIA WŁA ´SCIWO ´SCI UKŁADÓW UPS

RO i RS. Zadaniem rezystora RS jest odzwierciedlanie impedancji sieci zasilającej i może być on umieszczony po stronie AC lub DC mostka prostowniczego. Rezystor obciążenia RO jest tak dobrany, aby 66% z całkowitej mocy pozornej S wydzielało się na nim jako moc czynna, nato-miast na rezystorze szeregowym RS pozostałe 4% mocy czynnej, co odpowiada dopuszczalnemu spadkowi napięcia 4% w sieciach zasilających. Proponowana konfiguracja układu obciążającego dla znamionowej częstotliwości wyjściowej 50 Hz uwzględnia także możliwość występowania od-kształceń napięcia wyjściowego UPS nie większych niż 8%, czyli takich, które mogą występować w publicznej sieci zasilającej. Wartość międzyszczytowa tętnień napięcia wyjściowego UC na kondensatorze powinna wynosić 5%, co odpowiada stałej czasowej RC=0.15 s .

Rys. 7.15 Wzorcowe obciążenie nieliniowe stosowane do badań UPS Uwzględniając współczynniki: napięcia szczytowego - √

2, zniekształcenia harmoniczne na-pięcia sieci - 8%, dopuszczalny spadek nana-pięcia na kablach zasilających - 4% oraz tętnienia napię-cia wyprostowanego - 5%, można określić zależność na wartość średnią napięnapię-cia wyprostowanego (7.139), co pozwala na określenie parametrów obwodu nieliniowego obciążenia znormalizowanego RS , RO i C (7.140).

UC=√

2 × (0.92 × 0.96 × 0.975) × U (7.139)

RS = 0, 04U²

S·, RO= U_C²

0, 66 × S, C = 0, 15s RO

(7.140)

7.8.3 Statyczne parametry znamionowe

Parametry strony wejściowej UPS:

• znamionowa wartość napięcia wejściowego oraz znamionowa tolerancja zmian częstotliwo-ści, (najczęściej jak w sieci publicznej – zmiany napięcia wejściowego ± 10% znamionowej wartości skutecznej, zmiany częstotliwości na wejściu ± 2% wartości znamionowej, w przy-padku zasilania trójfazowego stosunek składowych symetrycznych kolejności przeciwnej do zgodnej nie powinien przekraczać 5%),

• wartość znamionowa prądu wejściowego IRMS,

• maksymalny wejściowy prąd ciągły (w przypadku najgorszych warunków pracy UPS, tzn.

obciążenie mocą znamionową wyjścia, włączone ładowanie baterii, przy podstawowej tole-rancji napięcia zasilającego i dozwolonym przeciążeniu),

• całkowite zniekształcenia harmoniczne prądu wejściowego THD,

• współczynnik mocy na wejściu,

7.8. BADANIA WŁA ´SCIWO ´SCI UKŁADÓW UPS

• wymagania dotyczące punktu neutralnego sieci na wejściu oraz systemu zasilania (TN, TN-C, TN-C-S,TT, IT),

• wymagania dotyczące maksymalnego prądu załączania,

• wymagania dotyczące prądu upływowego doziemnego (jeżeli przekracza 3,5 mA).

Parametry strony wyjściowej UPS:

• wyjściowe napięcie znamionowe oraz znamionowa tolerancja zmian,

• znamionowy współczynnik mocy obciążenia jeżeli jest mniejszy od jedności oraz dopusz-czalny zakres zmian współczynnika mocy obciążenia.

• znamionowy prąd wyjściowy w A lub znamionowa moc pozorna w VA lub znamionowa moc czynna w W określana przy konkretnym współczynniku mocy, zarówno dla obciążenia liniowego jak i nieliniowego,

• częstotliwość znamionową oraz dopuszczalny zakres jej zmian,

• maksymalny współczynnik zawartości składowych harmonicznych odkształceń napięcia wyj-ściowego przy znamionowym obciążeniu zarówno liniowym, jak i nieliniowym,

• odchyłki wartości skutecznej napięcia wyjściowego w stanach przejściowych, wartości RMS, całkowity czas występowania oraz czas powrotu do wartości ustyalonej po skokowej zmianie prądu obciążenia dla obciążenia liniowego i nieliniowego.

• sprawność UPS przy obciążeniu znamionowym,

• zdolność przeciążeniowa podawana jako stosunek prądu przeciążeniowego do znamionowego prądu wyjściowego, który może być pobierany przez określony czas z UPS bez przekroczenia dopuszczalnych granic przyjętych w warunkach pracy określanych przez producenta.

7.8.4 Znormalizowane właściwości dynamiczne

Norma PN-EN 62040 określa trzy klasy dynamicznych charakterystyk wyjściowych UPS, któ-rych szczegółowe charakterystyki napięciowo-czasowe przedstawiono na rys. 16, 17 i 18. Wartości skuteczne napięć wyjściowych powinny mieścić się w granicach określonych charakterystykami dla poszczególnych klas 1,2 i 3 w następujących warunkach pracy:

• podczas wszystkich możliwych zmian rodzaju pracy pomiędzy praca normalną, z energii zmagazynowanej oraz z obwodami obejściowymi,

• podczas skokowego wzrostu lub zmniejszenia obciążenia liniowego oraz nieliniowego,

• dla przebiegów nieustalonych o czasie trwania poniżej połowy cyklu, procentowa odchyłka stanu przejściowego wynikająca z charakterystyk odnosi się do szczytowej wartości w tym pół-cyklu, w którym pojawił się stan przejściowy.

Wartości graniczne napięć wyjściowych w warunkach dynamicznych dla UPS o deklarowa-nym napięciu sinusoidaldeklarowa-nym nie powinny przekraczać poziomów podanych dla klas 1,2 i 3, także podczas pracy normalnej oraz pracy ze źródła energii zmagazynowanej. Natomiast dla UPS o de-klarowanym napięciu wyjściowym niesinusoidalnym, gdy urządzenie zasilane będzie tolerowało taki przebieg, wymagane są następujące ograniczenia: czas narastania dU/dt mierzony od 0, 1

7.8. BADANIA WŁA ´SCIWO ´SCI UKŁADÓW UPS

Up do 0,9 Up nie większy niż 10V/µs oraz wartość szczytowa Up nie większa niż √

2 × (zna-mionowa wartość skuteczna napięcia wyjściowego). Charakterystyki wyjściowe dynamiczne UPS klasy 1 i 2 są odpowiednie dla większości rodzajów spotykanych w praktyce zasilanych urządzeń, natomiast w przypadku, gdy charakterystyki te są przekroczone, ale akceptowalne przez zasilane odbiorniki, maksymalne zalecane odchyłki określa klasa 3.

0.1 1 10 100 1000

Graniczne wartości obniżenia napięcia przejsciowego Graniczne wartości zwyżki napięcia przejsciowego

+10%

+30%

Napięcie [%]

Czas przebiegu przejściowego (ms)

-10%

Rys. 7.16 Wartości graniczne zmian napięcia wyjściowego w warunkach dynamicznych – wymagania dla klasy 1