DRUPS — dieslowo-wirujące systemy UPS i dlaczego ich moc zwarciowa różni się od statycznego UPS

Przewodnik o typach akumulatorów UPS oraz przewodnik o ciągłości zasilania awaryjnego UPS opisują powszechny statyczny UPS: prostownik, bank akumulatorów i przekształtnik, zbudowane w całości z energoelektroniki. Ten artykuł opisuje zasadniczo inny typ: DRUPS (Diesel Rotary UPS), zwany także wirującym lub dynamicznym UPS — system bez akumulatorów, o właściwościach istotnych dla koordynacji zabezpieczeń instalacji.

Zasada działania: koło zamachowe, sprzęgło i silnik wysokoprężny na jednym wale

DRUPS składa się z koła zamachowego (magazynu energii kinetycznej), maszyny elektrycznej (działającej jako silnik/generator) oraz silnika wysokoprężnego, mechanicznie sprzężonych na jednym wale. Przy normalnym zasilaniu z sieci wał obraca się z prędkością synchroniczną, a maszyna elektryczna dostarcza do odbioru przefiltrowaną, nieprzerwaną moc. Przy zaniku napięcia sieci moment bezwładności koła zamachowego dostarcza wystarczająco energii zwykle na od 10 do 30 sekund, aby utrzymać wał na obrotach, podczas gdy silnik wysokoprężny się uruchamia i osiąga pełne obroty — po czym silnik wysokoprężny napędza wał, a zasilanie jest kontynuowane bez przerwy.

Ponieważ w torze mocy nie ma banku akumulatorów, DRUPS nie zna starzenia się akumulatorów, okresowej wymiany baterii ani ryzyka ucieczki termicznej, które dotyczy banków akumulatorów litowo-jonowych (zob. [przewodnik o ucieczce termicznej w litowo-jonowych BESS](/guides/nen-3140/lithium-ion-bess-thermal-runaway-brandveiligheid)) — często wymieniana zaleta przy zastosowaniu w centrach danych o dużej mocy.

Moc zwarciowa: kluczowa różnica względem statycznego UPS

Właśnie tu DRUPS zachowuje się zasadniczo inaczej niż statyczny UPS, z bezpośrednimi konsekwencjami dla koordynacji zabezpieczeń:

• Statyczny UPS zbudowany jest z energoelektroniki (IGBT), która, chroniąc samą siebie, zwykle ogranicza prąd wyjściowy przy zwarciu do około 150-300% prądu znamionowego. Może to być niewystarczające, aby wyłącznik niższego szczebla zadziałał szybko i selektywnie (zob. [przewodnik o spodziewanym prądzie zwarciowym i doborze Icu](/guides/nen-1010/prospectieve-kortsluitstroom-icu-dimensionering) o tym, dlaczego wystarczający prąd zwarciowy jest istotny dla prawidłowego zadziałania wyzwalacza elektromagnetycznego).
• DRUPS przy zwarciu zachowuje się jak wirująca maszyna synchroniczna — porównywalnie z agregatem awaryjnym (zob. przewodnik o mocy zwarciowej i selektywności zabezpieczeń agregatów) — i dlatego może dostarczyć prąd stanowiący wielokrotność prądu znamionowego, zwykle wystarczający do zadziałania konwencjonalnych zabezpieczeń termiczno-magnetycznych (zob. przewodnik o ustawieniach LSI) w zwykły sposób.

Przy projektowaniu koordynacji zabezpieczeń za statycznym UPS należy zatem wyraźnie sprawdzić, czy ograniczony prąd zwarciowy UPS jest wystarczający, aby wyłączniki niższego szczebla zadziałały w wymaganym czasie — kontrola, która dla DRUPS jest zwykle mniej krytyczna ze względu na jego generatorowe zachowanie zwarciowe.

Obejście (bypass) i konserwacja

Podobnie jak statyczny UPS, DRUPS zwykle ma ścieżkę obejścia (bypass) do zasilania odbioru bezpośrednio z sieci podczas konserwacji. Niektóre wykonania DRUPS wykorzystują do tego elektroniczny (tyrystorowy) bypass porównywalny ze statycznym UPS, inne — mechaniczne odsprzęglenie wału. Konserwacja okresowa, oprócz zwykłych punktów kontroli NEN 3140, koncentruje się na łożyskach i sprzęgle koła zamachowego oraz na teście obciążeniowym silnika wysokoprężnego (zob. przewodnik o teście obciążeniowym agregatów awaryjnych o zasadzie, mającej zastosowanie również do części dieslowej DRUPS).

Uwaga: systemy DRUPS są zwykle stosowane przy dużych mocach (od kilkuset kVA) — centra danych, ciągłe procesy przemysłowe; dla mniejszych zastosowań zasilania awaryjnego statyczny UPS z bankiem akumulatorów jest niemal zawsze powszechniejszym i bardziej ekonomicznym wyborem.

Znaczenie praktyczne

Przy ocenie koordynacji zabezpieczeń za UPS istotne jest, aby najpierw ustalić, czy chodzi o statyczny, czy wirujący (DRUPS) UPS — ograniczony prąd zwarciowy statycznego UPS może stworzyć problem selektywności, który przy DRUPS, dzięki jego generatorowemu zachowaniu, zwykle nie występuje.

Typowe błędy

1. Utożsamianie prądu zwarciowego statycznego UPS z prądem przyłącza sieciowego lub generatora przy doborze zabezpieczeń niższego szczebla — ograniczony prąd wyjściowy energoelektroniki jest zasadniczo niższy.
2. Zakładanie, że DRUPS wymaga tego samego cyklu konserwacji co UPS akumulatorowy — w DRUPS uwagę należy poświęcić właśnie elementom mechanicznym (łożyska, sprzęgło, silnik wysokoprężny), a nie starzeniu akumulatorów.
3. Brak testu obciążeniowego części dieslowej ponieważ system nazywany jest „UPS-em" — część dieslowa DRUPS wymaga tego samego okresowego testu obciążeniowego, co konwencjonalny agregat awaryjny.

Powiązane

• Typy akumulatorów UPS — VRLA a lit
• Ciągłość zasilania awaryjnego UPS
• Spodziewany prąd zwarciowy — dobór Icu
• Agregat awaryjny — moc zwarciowa i selektywność zabezpieczeń