UTILIZAREA SURSELOR NEINTRERUPTIBILE DE TENSIUNE (UPS

GRUP SCOLAR INDUSTRIAL

,,DRAGOMIR HURMUZESCU"

MEDGIDIA

UTILIZAREA SURSELOR NEINTRERUPTIBILE DE TENSIUNE

Lucrare de specialitate pentru obtinerea certificatului de competente profesionale

ARGUMENT

Deoarece procesele industriale sunt caracterizate de mai multe marimi fizice al caror control nu mai poate fi efectuat decat prin utilizarea unor aparate corespunzatoare din punct de vedere tehnic, s-a impus ca o necesitate obiectiva introducerea pe scara larga a aparaturii de masura , control si automatizare, realizandu-se cu aceasta ocazie si o serie de cerinte.

Pentru distributia energiei electrice au fost propuse si utilizate la inceput doua sisteme: cu tensiune constanta si cu curent constant. In urma avantajelor pe care le prezinta insa primul sistem, astazi toate liniile electrice, fie de curent continuu, fie de curent alternativ, functioneaza cu tensiune constanta si sunt caracterizate tocmai prin valoarea acestei tensiuni numita tensiune nominala.

Totusi tensiunea unei linii electrice nu poate sa ramana riguros constanta in timpul functionarii. Din cauza sarcinii variabile cerute de consumatori, curentul este variabil, ceea ce conduce la caderi de tensiune diferite, in linie. Astfel se poate usor observa ca seara, cand consumul de energie este mare, tensiunea este scazuta, pe cand dimineata, tensiunea are o valoare mai ridicata. Pentru ca aparatele consumatoare sa nu aiba insa de suferit din cauza acestor diferente de tensiuni, regulamentele prescriu ca retelele electrice sa fie calculate astfel incat variatia tensiunii sa nu intreaca anumite limite ( intre 3 si 10% din tensiunea nominala ).

Uneori apar insa in liniile electrice si tensiuni cu mult mai mari decat cele normale. Aceste ridicari anormale de tensiune se numesc supratensiuni. In general pot fi considerate supratensiuni.

CAP.1 GENERALITATI UPS ( Unintrerruptible power source)

UPS-ul online (pe retea) este cel mai avansat si scump UPS. Atunci cand este accesibila utilizarea sursei primare, sistemul UPS transforma energia de c.a si o foloseste pentru incarcare. Conversia procesului este c.a - c.c - c.c - c.a. Intre timp, incarcatorul bateriei furnizeaza un nivel minim de tensiune de incarcare pentru a mentine capacitatea bateriei.

Atunci cand nu mai este disponibila sursa de la retea, sursa de curent a invertorului este inlocuita de baterie. Astfel, furnizarea de tensiune nu este intrerupta. Pe scurt, furnizarea de tensiune pentru incarcare este asigurata de invertor atunci cand UPS-ul online se afla in conditii normale de functionare. Timpul de mentinere a alimentarii cu baterie poate ajunge la cateva ore.

UPS-ul standby (in asteptare) se alimenteaza cu curent dintr-o sursa de c.a. si o furnizeaza direct sau dupa corectarea fluctuatiilor de tensiune. Invertorul nu opereaza atunci cand sursa de la retea functioneaza normal. Oricum, incarcarea are loc. Atunci cand UPS-ul detecteazo o tensiune necorespunzatoare, invertorul va incepe sa lucreze. Acest tip de UPS consuma mai putina energie decat cel anterior.

Principalele parti ale unui UPS sunt: bateria, incarcatorul, invertorul si un comutator de transfer. Bateriile folosite sunt baterii acide cu plumb fara intretinere, care au ca avantaje:

intretinere foarte usoara

un nivel ridicat de electrolit

siguranta foarte mare in functionare

descarcare naturala foarte scazuta

durata lunga de viata

rezistenta interna mica

CAP.2 PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE

AL SISTEMELOR

UPS STATICE

Structura de baza a unui astfel de UPS consta in:

stabilizator de incarcare

invertor

comutator static

baterie

Stabilizatorul primeste c.a de la retea si furnizeaza c.c invertorului, care incarca bateria. Invertorul transforma c.c in c.a pentru a furniza tensiune echipamentului. Curentul continuu este furnizat de catre stabilizator sau de catre baterie, in cazul in care sursa primara ,,cade".Invertorul furnizeaza tensiune doar in conditii normale de functionare. In cazul caderii invertorului, comutatorul static transfera alimentarea catre cealalta sursa de c.a.

2.1 FUNCTIONARE NORMALA

In timpul functionarii normale, stabilizatorul converteste c.a primit de la intrare in c.c. Iesirea stabilizatorului este setata in mod normal la tensiunea de mentinere a bateriei pentru a o incarca, in timp ce furnizeaza c.c invertorului. Tensiunea de iesire a stabilizatorului este setata periodic la tensiunea de egalizare a bateriei pentru a mentine capacitatea acesteia. Bateria actioneaza ca un condensator si impreuna cu filtrul, atenueaza pulsatiile tensiunii de iesire.

Un oscilator intern mentine frecventa invertorului, controland semnalele rectificatorului pe baza de siliciu si potriveste frecventa c.c de intrare. Filtrele de la iesirea transformatorului secundar sunt necesare pentru filtrarea armonicilor semnalelor de iesire ale invertorului.

a)     Pierderea alimentarii cu tensiune. Pe perioada intreruperii alimentarii cu energie de c.a sau la avaria rectificatorului, bateria pastreaza alimentarea cu c.c a invertorului, pana cand alimentarea cu c.a este restabilita sau pana la epuizarea bateriei. In aceste conditii, invertorul continua sa alimenteze conectarea, fara vreo intrerupere.

b)    Restabilirea alimentarii cu energie. In timpul restabilirii alimentarii cu tensiune alternativa, dupa o intrerupere prelungita care a descarcat bateria, tensiunea de la iesirea rectificatorului este setata la tensiunea de egalizare a reincarcarii bateriei. Acest lucru se poate face manual sau automat. La terminarea timpului de incarcare a bateriei, incarcatorul acesteia revine la modul de mentinere iar sistemul trece la functionarea normala.

c)     Pierderea temporara a alimentarii. Pe perioada intreruperilor mici de tensiune alternativa sau atunci cand valoarea acesteia iese din limitele acceptabile, bateria intretine alimentarea invertorului, care continua sa alimenteze cu energie, fara intrerupere.

2.2 MODUL DE FUNCTIONARE BYPASS

Sistemul static UPS poate avea trei posibilitati de conectare bypass:

a)       in regim de comutare. La aparitia unei probleme in echipamentul UPS, incarcarea se transfera automat printr-un comutator static bypass la o alta sursa de energie, pentru a preveni intreruperile de alimentare. Acest mod este utilizat la eliminarea ..caderilor" UPS-ului, invertorul neputand alimenta suficient echipamentul, provocand in continuare eventuale cauze accidentale de avarie.

b)      in regim de intrerupere. Un sistem hibrid UPS poate utiliza un comutator electromecanic la iesirea invertorului pentru functionarea in paralel cu sursa alternativa, astfel incat la aparitia unei defectiuni, UPS-ul static bypass tip comutator va comuta inapoi pe iesirea invertorului cu intreruperea circuitului. Acest tip de hibrid necesita doar un comutator static care sa pastreze curentul si sa prevada o configuratie solida si normala daca nu sunt probleme la inchiderea intrerupatorului de comutare.

Pentru a preveni orice defect al comutatorului static, intrerupatorul circuitului trebuie sa poata inchida prin comutatorul static in cel mai scurt timp. Vor aparea probleme chiar si in cazul productiilor care prevad 450.000 ore de functionare, deci acest sistem nu poate fi apreciat pe deplin. Comutatorul hibrid este folosit ca o metoda de combinare a meritelor comutatorului static si ale intrerupatorului care este rapid si economic.

c)       in regim de intretinere a intreruperii circuitului. Un intrerupator de circuit bypass alimentare bypass. este pregatit sa opreasca complet sistemul UPS-ului, atunci cand alimentarea acestuia este intrerupta. Linia bypass asigura alimentarea continua pe timpul in care un modul al UPS-ului are o disfunctie. Daca disfunctia este de natura sa intrerupa alimentarea UPS-ului, atunci incarcarea trebuie schimbata pe linia de bypass.

2.3 MODUL DE VERIFICARE

Testarea incarcarii off-line a sistemului UPS dupa instalare si alimentare este totdeauna necesara. O testare permanenta a incarcarii concomitent cu verificarea intreruperii si interconectarii circuitului poate preveni o disfunctie accidentala a UPS-ului.

2.4 CARACTERISTICI SI LIMITARI

Pentru evitarea aparitiei unor cresteri ale curentilor de la sursa de energie di timpul initierii alimentarii, incarcatorul bateriei este prevazut sa incarce gradual. In mod normal, curentul de inceput este limitat la maximum 25% din curentul total. Curentul este introdus gradual in mod automat pana la valoarea finala, in 15 - 30 secunde; acest timp este denumit ,,timp de asteptare". Din aceasta cauza, toate incarcatoarele nu pot fi conectate simultan daca bateria a fost complet descarcata.

In timpul unei aplicari sau reveniri bruste a incarcarii, tensiunea de iesire a invertorului va scadea sau va creste peste valoarea stabila, dupa scurt timp revenind la valoarea de siguranta, da care depinde controlul tensiunii invertorului. Aceste variatii ale tensiunii sunt denumite ,,raspuns tranzitoriu al tensiunii", iar timpul de revenire la nivelul de siguranta este denumit ,, timp de restabilire".

In general, datorita lipsei conexiunii inverse a circuitelor de reglare in invertorul cu transformator ferorezonant, raspunsul tranzitoriu este mai scazut decat cel al invertorului cu pulsuri sau cu modulare a pulsurilor.

Rectificatorul si invertorul sunt proiectate sa se autoprotejeze de supratensiuni. Circuitul de autoprotectie reduce tensiunea de iesire excesiva la tensiunea de incarcare. In mod normal, invertorul este proiectat sa reduca tensiunea de iesire la zero, pentru o supratensiune de 115 - 135% din rata de incarcare.

2.5 AVANTAJE SI DEZAVANTAJE ALE SISTEMELOR STATICE UPS

Aceste sisteme au urmatoarele avantaje importante:

previn perturbatiile surselor neintreruptibile libere

lucreaza la nivele sonore joase

au siguranta mare in exploatare si timp scurt de remediere a defectelor

solicita o intretinere minima si o instalare simpla

pot fi extinse si reconfigurate usor

Sistemele statice prezinta insa si cateva dezavantaje:

introduc armonici in sistemul de alimentare cu energie

au cost mare de procurare

necesita un spatiu larg si conditii normale de ambient

solicita prezenta tehnicienilor specialisti pentru reparare.

CAP.3 PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE

AL SISTEMELOR

UPS ROTATIVE

Sistemul de baza rotativ UPS este un sistem pus in miscare prin inertie. Constructia lui consta intr-un motor sincron ce angreneaza un generator sincron cu un volant de mari dimensiuni.

In timpul functionarii normale, motorul angreneaza volantul si generatorul sincron la o viteza constanta, proportionala cu frecventa energiei de alimentare. Tensiunea de la iesirea generatorului este reglata de un regulator de tensiune iar frecventa este constanta si proportionala cu frecventa de alimentare a motorului.

Atunci cand tensiunea de alimentare se pierde momentan sau se degradeaza, volantul alimenteaza generatorul cu energia inmagazinata, iar frecventa este pastrata la o toleranta acceptabila, pe o durata de timp ce depinde de inertia volantului.

Pentru a mentine sistemul la o greutate scazuta, este necesara o viteza mare a volantului. Oricum, pentru a pastra nivelul de zgomot scazut, viteza mica este cea mai potrivita.

Sistemul este operational la o viteza de 1800 rot/min.

In acest sistem, un motor sincron este folosit pentru a mentine o viteza constanta, independenta de nivelul de incarcare. Unii proiectanti folosesc baterii, sistemul fiind realizat dintr-un motor sincron care angreneaza un generator sincron, un rectificator, un invertor si o baterie de inmagazinare.

In timpul functionarii normale, motorul sincron angreneaza generatorul sincron si asigura energia necesara. Pe durata lipsei energiei de c.a la intrarea motorului, bateria alimenteaza motorul prin invertor, care angreneaza generatorul.

Bateria asigura energia pentru sistem in timpul tranzitiilor de la functionarea normala la starea de avarie. Acest sistem poate folosi si baterii cinetice in locul bateriilor standard cu plumb sau nichel.

AVANTAJE SI DEZAVANTAJE ALE SISTEMULUI UPS ROTATIV

Avantajele sunt:

impedanta mica la iesire face posibila introducerea unor erori mari ce apar in circuit. Este propusa o izolare totala a incarcatoarelor sensibile la surse de energie puternice

sistemele fara baterii de inmagazinare au un cost mic iar eficienta este foarte mare in comparatie cu sistemele statice

au o mare toleranta la mediul ambiant potrivnic

necesita spatii mici

nu cauzeaza distorsiuni tensiunii de alimentare

au randament mare si numar mic de componente

Dezavantajele sunt:

lucreaza la un nivel sonor mare daca nu au un echipament special de ecranare fonica

necesita o mai atenta intretinere si timpi de reparatie mai lungi

au nevoie de o fundatie speciala iar instalarea este mai complexa.

CAP.4 CONFIGURATII UZUALE ALE SISTEMELOR

UPS    STATICE

Blocurile componente ale unui sistem UPS static sunt rectificatorul, invertorul, bateria si comutatorul static. Aceste blocuri pot fi asamblate in multe configuratii care sa intruneasca cat mai multe consideratii economice:

4.1 SISTEMUL UPS STATIC NEREDUNDANT

Un mare neajuns al acestei configuratii este insuficienta invertorului cu plumb in lipsa energiei de alimentare. Aceasta limitare face aceasta configuratie nepotrivita, cu exceptia alimentarii redundante, la care pierderea unui grup incarcator nu are impact asupra functionarii.

O alta limitare este aceea ca supraincarcarea limiteaza capacitatea elementelor invertorului.

4.2 SISTEMUL UPS STATIC CU COMUTATOR BYPASS

Este alcatuit din sistemul de baza, adaugandu-se un comutator de transfer static, pentru a transfera la o alta sursa de energie alternativa. Suplimentar, comutatorul de transfer static si circuitul logic monitorizeaza continuu iesirea de tensiune a invertorului, initializand un transfer la o sursa diferita, in momentul caderii iesirii invertorului.

Pentru a minimiza perturbatiile la sursele conectate in timpul transferului, invertorul este sincronizat cu sursa de c.a. Comutatorul static de transfer este realizat pentru a transfera automat caderile de tensiune inapoi la invertor, atunci cand iesirile de tensiune revin la limitele acceptabile.

Adaugarea comutatorului static de transfer la configuratia de baza a sistemului creste fiabilitatea acestuia prin conectarea consumatorilor de tensiune la o alta sursa, pe perioada caderii invertorului.

4.3 SISTEMUL UPS STATIC REDUNDANT

Aceasta configuratie este alcatuita din doua sau mai multe sisteme normale de baza, conectate in paralel sau sincronizate unul la celalalt. Intrerupatoarele statice folosite sunt dispozitive unitare care servesc la izolarea de sursa de tensiune a unui invertor defect si     de a opri celelalte invertoare de a furniza curenti mari catre invertorul defect. In aceasta configuratie, chiar daca redresor/invertor sunt dublate pentru o mai mare fiabilitate, numai o singura baterie normala este folosita, deoarece aceasta are fiabilitate foarte mare.

Randamentul fiecaruia dintre sistemele de baza paralele ar trebui sa fie astfel incat, daca unul din sisteme cade, sistemele ramase sa fie capabile sa furnizeze tensiunea necesara.

4.4 SISTEMUL STATIC UPS RECE REDUNDANT STANDBY

Este alcatuit din doua sisteme de baza cu o baterie obisnuita. Fiecare din cele doua sisteme are o capacitate de 100%. In timpul functionarii normale un sistem este nealimentat iar celalalt este alimentat pentru sustinerea incarcarii, prin actionarea manuala a comutatorului de circuit. Pe perioada caderii invertorului, comutatorul static conecteaza automat incarcatorul pe sursa alternativa, fara intreruperi. Cel de-al doilea sistem al comutatorului static este inchis manual, deci conecteaza incarcatorul la sursa alternativa.

Un dezavantaj al acestei configuratii, daca o comparam cu sistemul redundant, este acela ca incarcatorul este alimentat pentru o perioada scurta de timp de la o sursa alternativa nereglata , inainte ca transferul sa fie complet.

Acest sistem este mult mai eficient insa decat cele anterioare si datorita existentei celor doua sisteme care nu se pot defecta in acelasi timp.

4.5 SISTEMUL STATIC UPS DUBLU REDUNDANT

Ca si sistemul redundant, cel dublu redundant este realizat din doua sisteme de baza normale, conectate in paralel cu o baterie comuna. Fiecare din cele doua sisteme este sincronizat cu o sursa alternativa. Functionarea acestei configuratii este similara cu cea a sistemului redundant.

CAP.5 CONFIGURATII UZUALE ALE SISTEMELOR

UPS ROTATIVE

Blocurile functionale sunt motorul sincron, generatorul de curent alternativ si volantul. Se pot adauga motoare inductive, baterii sau invertoare statice, obtinandu-se configuratii care sa realizeze cele mai convenabile si economice consideratii:

5.1 SISTEMUL ,,MISCARE PRIN INERTIE" CU MOTOR SINCRON

Principala limitare a acestei configuratii este aceea ca timpul de trecere este 0,5 s. Este folosita curent in aplicatiile de schimbare a frecventei, pentru a transforma frecventa tensiunii de alimentare la o alta frecventa, de 420 Hz.

5.2 SISTEMUL ,,MISCARE PRIN INERTIE" CU MOTOR INDUCTOR

Acest sistem este identic cu cel din figura anterioara cu exceptia faptului ca se inlocuieste motorul sincron cu unul inductor. Aceasta configuratie are aceleasi limitari ca si configuratia prezentata anterior.

5.3 SISTEMUL ,,MISCARE PRIN INERTIE" CU MOTOR INDUCTOR SI AMBREIAJ

Consta dintr-un motor inductor care invarte un volant si un ambreiaj de curent, la o viteza proportionala cu frecventa de alimentare. Generatorul se roteste cu o viteza constanta, mai mica decat viteza motorului, controland frecarea ambreiajului.

5.4 SISTEMUL DE MENTINERE CU BATERIE PRIN INERTIE CU MOTOR DE C.A.

Motorul de c.a poate fi sincron sau de inductie, cu alunecare mica.

Aceasta configuratie este folosita la instalatii unde tensiunea de alimentare este de slaba fiabilitate si intreruperile pe termen lung sunt frecvente.

CAP.6 NORME DE TEHNICA SECURITATII MUNCII

NORME GENERALE

In tara noastra sunt elaborate norme republicane de protectia muncii care cuprind cadrul general de tehnica securitatii muncii si normele de igiena a muncii:

personalul care lucreaza la instalatiile electrice sub tensiune va folosi totdeauna mijloacele individuale de protectie impotriva electrocutarii si actiunii arcului electric. Acestea sunt:

Mijloace de protectie izolante, care au drept scop protejarea omului prin izolarea acestuia fata de elementele aflate sub tensiune sau fata de pamant: clesti sau prajini electroizolante (pentru manipularea sigurantelor si separatoarelor din instalatiile electrice exterioare), scule cu manere electroizolante, manusi, cizme, covoare, platforme electroizolante.

Indicatoare mobile de tensiune, pentru a verifica prezenta tensiunii

Garnituri mobile de scurtcircuitare si legare la pamant pentru protectie impotriva aparitiei tensiunii la locul de munca

Panouri, paravane, imprejmuiri si semnalizari sau indicatoare mobile, folosite pentru a delimita zonele protejate si de lucru

Placi avertizoare care au rol: a) de avertizare a pericolului pe care il reprezinta apropierea de elementele aflate sub tensiune; b) de siguranta, prin care se aduce la cunostinta personalului ca au fost luate masuri inainte de inceperea lucrului si ca se pot executa anumite manevre si lucrari; c) de interzicere a unor actiuni care vor putea duce la accidente; d) de informare cu privire la unele puncte de lucru.

2 - pentru scoaterea accidentatului de sub tensiune este necesar sa se cunoasca urmatoarele:

Atingerea cu mana a unui conductor aflat sub tensiune provoaca in majoritatea cazurilor o contractare convulsiva a muschilor, in urma careia degetele se strang atat de tare, incat nu pot fi desprinse de pe conductor.

Cel care intervine nu trebuie sa vina in contact direct cu accidentatul aflat sub tensiune.

- regulile de efectuare a respiratiei artificiale sunt:

Respiratia artificiala se aplica numai atunci cand accidentatul nu respira deloc sau cand aceasta este foarte greoaie

Respiratia artificiala incepe imediat dupa scoaterea de sub tensiune si continua fara intrerupere pana la obtinerea unui rezultat pozitiv

executarea, exploatarea, intretinerea si repararea instalatiilor electrice se va face numai de catre electricieni calificati.

Pentru o buna insusire a cunostintelor de tehnica securitatii muncii, de scoatere de sub tensiune si acordarea de prim ajutor, personalul muncitor este supus urmatoarelor instructaje:

Instructajul introductiv general, care se efectueaza la angajare si care poate sa dureze intre 8 ore si 2 zile, in functie de specificul intreprinderii.

Instructajul la locul de munca, care se efectueaza la locul de munca unde a fost repartizata persoana nou incadrata si care dureaza cel putin 8 ore

Instructajul practic, care se efectueaza la locul de munca de catre conducatorul acestuia. Se efectueaza la termenele fixate (o data la 6 luni).

NORME DE PREVENIRE SI STINGERE A INCENDIILOR

Activitatea in mediul explosiv obliga la luarea de masuri care sa previna declansarea unei explozii sau a unui incendiu. Pentru aceasta, in functie de mediu, s-a stabilit o serie de masuri suplimentare:

Se interzice folosirea in stare defecta a instalatiilor electrice si a receptoarelor de energie electrica de orice fel, precum si a celor uzate sau improvizate.

Se interzice incarcarea instalatiilor electrice peste sarcina admisa.

Se interzice suspendarea corpurilor de iluminat direct de conductele de alimentare.

Se interzice folosirea la corpurile de iluminat a filtrelor de lumina improvizate din carton, hartie sau alte materiale combustibile.

Se interzice intrebuintarea radiatoarelor si a resourilor electrice in alte locuri decat cele stabilite

Se interzice utilizarea receptoarelor de energie electrica fara luarea masurilor de izolare fata de elementele combustibile din incaperi

Se interzice asezarea pe motoarele electrice a materialelor combustibile

Se interzice lasarea neizolata a capetelor conductelor electrice, in cazul demontarii partiale a unei instalatii.

BIBLIOGRAFIE

v     https://WWW.tldp.org/HOWTO/UPS-HOWTO/

v     APARATE, ECHIPAMENTE SI INSTALATII DE ELECTRONICA INDUSTRIALA

A. I. STAN, T. CAMESCU, M. HUHULESCU, C.

POPESCU, D. SIMULESCU

Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1996

v     MASINI ELECTRICE SPECIALE PENTRU SISTEME AUTOMATE

RAZVAN MAGUREANU

Editura Tehnica, Bucuresti, 1980