RIELLO UPS_Presentazione Meeting OIC
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Riello UPS lo specialista dei gruppi di continuità SILUX Agenzia per la Sardegna 25 Maggio 2016 Maurizio Tortone Product Manager SEMINARIO TECNICO Riello Elettronica un grande Gruppo internazionale Una holding internazionale Negli ultimi 40 anni la famiglia Riello ha investito la propria esperienza manageriale e la grinta per riuscire in altri settori di tecnologia avanzata. Riello Industries è il frutto di questo spirito imprenditoriale e innovativo. Area Energia– RPS (Riello Power Solutions) Area Sicurezza & Automazione apparecchiature elettroniche per la gestione di sistemi di sicurezza, controlli accessi e prevenzione incendi Cancelli Automatici, Elettrici, porte automatiche, serramenti, telecomandi e salva parcheggio Prodotti destinati alla sicurezza degli operatori in aree pericolose impianti oleodinamici, di lubrificazione e di automazione Automazioni per porte, cancelli, parcheggi Riello UPS in Italia Viale Europa, 7 37045 LEGNAGO (VR) Tel. +39 0442-635811 Fax. +39 0442-629098 Via Somalia, 20 20032 CORMANO (MI) Tel. +39 02-663271 Fax. +39 02-66327351 Riello UPS nel mondo Aree con presenza diretta (società controllate) Presenza attraverso distributori / importatori Uffici di rappresentanza Progettazione Due moderni reparti di Ricerca e Sviluppo, con sede nel quartier generale di Riello UPS a Legnago ed uno a Cormano, sperimentano soluzioni allo stato dell'arte per migliorare continuamente i prodotti e tracciare le nuove tendenze, come solo un'impresa innovatrice sa fare. Costruzione Dopo aver superato le prove in laboratorio e ottimizzato gli aspetti costruttivi, l'assemblaggio dei componenti avviene in stabilimenti che prevedono l'impiego di personale qualificato e attento ai dettagli. Un controllo di qualità garantisce il perfetto funzionamento del 100% dei prodotti commercializzati. Tecnologia: ECO Energy I modelli di Riello UPS sono da sempre conformi ai più alti livelli di efficienza nella protezione dell’energia e vendono classificati secondo una scala su 6 livelli, corrispondenti al valore di efficienza dell’UPS rispetto ai limiti definiti dal Codice di Condotta europeo e nota come Eco Energy Level. Eco Energy Level di Riello UPS è più di un concetto; è un sistema che dimostra come gli UPS che ottengono le maggiori valutazioni (livelli 4, 5 e 6), e dunque maggiormente efficienti, siano più convenienti sia economicamente che dal punto di vista ambientale. Infatti il sistema Eco Energy Level dimostra sia che gli UPS più efficienti consentono di ottenere risparmi energetici che permettono di recuperare l’investimento per il loro acquisto in tempi estremamente ridotti rispetto ad UPS di efficienza standard, sia che il loro uso abbatte in modo significativo le emissioni di carbonio nell’atmosfera. Tecnologia: Smart Grid Ready Le Smart Grid non sono altro che una rete elettrica che integra e gestisce in modo efficiente il comportamento e le azioni di tutti gli utenti connessi (generatori, punti di prelievo), con l’obiettivo di garantire un funzionamento economicamente efficiente del sistema elettrico, con un elevato livello di sicurezza, continuità e qualità della fornitura. Per essere “Smart Grid Ready” gli UPS devono permettere l’implementazione di soluzioni di accumulo energetico, e contemporaneamente garantire altissima efficienza ed essere in grado di selezionare autonomamente la modalità di funzionamento più efficiente in base allo stato della rete. Devono essere in grado di interfacciarsi elettronicamente con l’Energy Manager, attraverso la rete di comunicazione delle Smart Grid. Riello UPS, da sempre attenta all’innovazione tecnologica, ha investito subito in ricerca e tecnologia per sviluppare prodotti “Smart Grid Ready”, realizzando le famiglie Master HP, Master MPS e Multi Sentry, i primi UPS sul mercato “Smart Grid Ready”. Riello UPS Made in Italy Gruppo Riello Elettronica ANNO 2015 1° produttore di UPS in Italia 3° produttore di UPS in Europa 4° produttore di UPS nel mondo dati IHS Research • 22 linee di UPS, da 400 VA a 6400 kVA • Soluzioni Rack & Tower • Soluzioni Modulari, Centralizzate e Distribuite • Bypass statici Distribuiti e Centralizzati • Static Transfer Switch (STS) • PDU • Batterie, Volani, SuperCaps, Li-XX • • Software di supervisione Suite di Comunicazione • • Sensori ambientali Soluzioni custom • • Technical pre-sales Consultancy (TEC) Post-sales support services (Service) • • Noleggio Tele-Service La qualità dell’alimentazione Qualità dell’energia • Cosa si intende per qualità dell’energia ? • Una fornitura perfetta di energia elettrica dovrebbe garantire: 1) Continuità del servizio 2) Rispetto dei limiti di tolleranza di tensione e frequenza 3) Una forma d’onda sinusoidale priva di distorsioni Disturbi nelle reti Lo standard EN 50160 definisce nel modo seguente le fluttuazioni normali in bassa tensione nelle reti di distribuzione europee : TENSIONE da -15% a + 10% (valore medio efficace per intervalli di 10’) FREQUENZA da +4% a – 6% (in un anno con +-1% per il 99,5% del tempo) Disturbi vari (I meno conosciuti) •Brown out •Sags/Swells •Flicker •Noisy Trays Variazioni di tensione in alto ed in basso aumenti o abbassamenti repentini della tensione di alimentazione (improvvise variazioni di carichi, problemi di regolazione della tensione) Correnti parassite ed armoniche •Interferences componenti sinusoidali a frequenza superiore della fondamentale (50Hz), distorcenti la forma d’onda di alimentazione (presenza di carichi non lineari) •Black out Micro interruzioni da 20 a 100 millisec. •Outages diminuzioni improvvise e transitorie della tensione di alimentazione inferiori a 1min (guasti accidentali) •Frequency Variation Variazioni di frequenza Disturbi nelle reti Problematiche dell’Alimentazione elettrica BLACK-OUT • • • • Eventi Naturali Errori Umani Corti Circuiti Sovraccarichi IMPURITA’ • • • • • Micro Interruzioni Variazioni Tensione Spikes/Sovratensioni Correnti Armoniche Variazioni Frequenza • • • • • • • Perdita Dati Rottura Dischi/HW Interruzione Servizi Malfunzionamenti Guasti Usura componenti Maggior Costo Energetico Disturbi nelle reti Garanzie fornite dall’UPS Problemi di alimentazione Picchi Cadute Variazioni di frequenza La soluzione Interferenze Micro interruzioni Fenomeni transitori Carico UPS Alimentazione sinusoidale sicura e pulita Qualità dell’energia Discontinuità d’erogazione 55% La continuità dell’alimentazione Soluzione per problemi di alimentazione Per garantire un funzionamento ininterrotto in caso di caduta dell’alimentazione per oltre 10-20 ms è necessaria la commutazione istantanea su una sorgente di alimentazione sostitutiva, utilizzando l’energia immagazzinata in un volano o in una serie di batterie. Agendo come interfaccia tra la rete e le utenze, gli UPS forniscono al carico un’alimentazione elettrica continua di alta qualità, indipendentemente dallo stato della rete. Gli UPS garantiscono una tensione di alimentazione affidabile, esente dai disturbi di rete, entro tolleranze compatibili con i requisiti delle apparecchiature elettroniche, avvalendosi di una fonte di alimentazione (batteria) generalmente sufficiente a garantire la sicurezza delle persone e delle apparecchiature. Tecnologia dell’UPS L’UPS è costituito essenzialmente da: • un raddrizzatore-carica batterie per la conversione AC-DC e la carica delle batterie • una batteria di accumulatori per immagazzinare l’energia elettrica e renderla disponibile per periodi variabili a seconda del numero e della capacità stessa della batteria • un convertitore statico (inverter) per la conversione DC-AC dell’energia fornita dalle batterie e per l’alimentazione del carico con una tensione perfettamente stabilizzata e pulita • un commutatore di By- pass statico per la commutazione dell’alimentazione del carico dall’inverter alla rete di soccorso o viceversa By-pass statico raddrizzatore inverter batterie By-pass manuale Caratteristiche degli UPS Tecnologia dell’UPS Grazie all’impiego degli UPS possiamo garantire a ciascuno l’adeguato livello di protezione. Il livello di protezione dipende dalla tecnologia dell’UPS adottato e dall’architettura dell’impianto. • Tecnologia Off line (VFD) Line Interactive (VI / FD) On line a doppia conversione (VFI) • Architettura Protezione dedicata Protezione centralizzata Protezione mista Protezione mista con ridondanza Tecnologia dell’UPS VFD (Voltage and Frequency Dependent): in cui la tensione in uscita dell’Ups dipende dalla variazione della tensione e frequenza di alimentazione (rete). Tecnologia dell’UPS VI (Voltage Indipendent): in cui le variazioni della tensione di alimentazione sono stabilizzate da dispositivi di regolazione elettronici/passivi entro i limiti di normale funzionamento. dell’UPS VFI (Voltage and Frequency Independent): in cui la tensione in uscita dall’Ups è indipendente dalle variazioni della tensione di rete e le variazioni di frequenza sono controllate entro i limiti prescritti dalla Norma ENV 61000-2-2 (CEI 110-10). Questo tipo di Ups può funzionare come convertitore di frequenza. dell’UPS Off-Line Line Interactive On-Line Off-line Onda Quadra Caratteristiche: Tempo di intervento tra 4 e 10 msec. Rendimento al 98% Onda Onda Sinusoidale Pseudo sinusoidale Interactive Onda Pseudo sinusoidale Caratteristiche: Tempo di intervento tra 2 e 4 msec. Rendimento al 98% Onda Sinusoidale On Line doppia conversione Caratteristiche: MASSIMA PROTEZIONE Onda Sinusoidale Onda Sinusoidale d’uscita Tempo di intervento 0 msec. Rendimento al 92 98% Comunicazione RS232 Codice di Classificazione V F I S S 1 1 1 Codice di Classificazione Caratteristiche d’uscita Forma d’onda d’uscita Prestazione dinamica in uscita Solo in modo di funzionamento normale Primo carattere: Modo normale o da bypass Secondo carattere: Modo da batteria Primo Carattere: Variazione delle modalità operative (normale e da batteria) Secondo Carattere: Prestazioni al variare del carico lineare Terzo Carattere: Prestazioni al variare del carico NON lineare Opzioni di classificazione Opzioni di classificazione Opzioni di classificazione VFI S: La forma d’onda è sinusoidale con THDv<8% in tutte le condizioni di carico VFD X: La forma d’onda è sinusoidale con THDv<8% con carico lineare solamente; 1 -Nessuna interruzione 2 -0 in uscita per 1 ms 3 -0 in uscita per 10 ms 4 -Fare riferimento al costruttore VI Y: La forma d’onda non è di tipo sinusoidale Architettura Architettura Protezione dedicata : un UPS che alimenta la singola postazione Soluzione estremamente flessibile e poco costosa: l’aggiunta dell’UPS non comporta la modifica dell’impianto. Architettura Protezione centralizzata Soluzione più costosa e meno flessibile ma più affidabile e con una qualità di alimentazione superiore Architettura Protezione mista Centralizzata per le utenze strategiche Dedicata per i client Rete Architettura Protezione mista con ridondanza Centralizzata per le utenze strategiche con ridondanza Dedicata per i client Rete Dimensionamento degli UPS Dimensionamento dell’UPS Al fine di ottenere una sorgente ben dimensionata per l’impianto in continuità, è necessario conoscere alcuni particolari, così da raggiungere la migliore integrazione di tutti gli elementi presenti al suo interno. Quindi è necessario prestare attenzione, prima di tutto, ai seguenti aspetti: - Potenza assorbita dal carico privilegiato - Rendimento dell’UPS (rapporto tra la potenza in uscita ed in ingresso all’UPS) - Fase di carica delle batterie - Distorsione armonica in ingresso Conoscendo la potenza richiesta dal carico privilegiato e considerando il suddetto rendimento dell’UPS, si ottiene un primo dimensionamento del gruppo di continuità e della sorgente. E’, inoltre, opportuno considerare l’energia che il gruppo stesso deve dedicare alla ricarica delle batterie, poiché, ovviamente, questa fase richiede una quota aggiuntiva di potenza. I dati sul rendimento e sulla potenza richiesta dalla ricarica delle batterie sono indicati dal costruttore di UPS. Elementi di base per la definizione di un Ups • • • INGRESSO Parametri in ingresso: monofase o trifase (presenza o meno del neutro) ________ tensione d’ingresso: 230-400 V - altro (specificare)________ frequenza d’ingresso: 50-60Hz - altro (specificare)________ • • • • • • • • UTENZE ALIMENTATE - (dati nominali riportati sulla targhetta, se disponibili) Parametri elettrici: monofase o trifase________ tensione di carico: 230-400 V - altro (specificare)________ frequenza di carico: 50-60Hz- altro (specificare)________ Potenza Apparente (VA):________ Fattore di potenza (FP):________ Potenza Attiva (W):________ Fattore di Picco (Fpk):________ Sovraccarico (%):________ • Breve descrizione del carico: Sistemi informatici (computer, stampanti...), illuminazione, apparecchiature telecomunicazioni, apparecchiature elettromedicali Futura espansione di potenza (%) • • • BATTERIA Autonomia (min):________ Tipo di batteria: Pb ermetica (VRLA), Pb a vaso aperto, NiCd, altri (specificare), vaso autoestinguente , etc. Vita attesa (anni)_______ • Dimensionamento dell’UPS POTENZA APPARENTE (VA oppure KVA)= S S= V x I per carichi monofase es: S= 230Vx23A= 5.290VA ---->6kVA S= max [(V1xI1)+(V2xI2)+(V3xI3)] x 3 per carichi trifase Oppure S = V x I x 1,73 esempio corrente massima fase L3= 40 A quindi: S=(230Vx40A)x3=27.600VA------>30kVA La potenza di un UPS è espressa in VA o KVA. POTENZA ATTIVA (W oppure KW)=P P= S x FP dove FP è il fattore di potenza (Cosφ) Se il valore di P e di FP dei carichi non è precisato, una corretta scelta dell’UPS richiede l’accurata misura della potenza assorbita. Il carico tipico di un computer è associato ad un FP tra 0.65 e 0.8. Dimensionamento dell’UPS Potenza del carico Parametro fondamentale per il dimensionamento dell’UPS è la potenza del carico da alimentare, data dalla somma delle potenze delle singole apparecchiature. Laddove è possibile, è importante fornire al costruttore i valori di potenza apparente (in VoltAmpere) e il fattore di potenza (cosϕ) del carico poiché gli UPS vengono progettati per fornire una potenza apparente e una potenza attiva (in Watt) nominali. Normalmente gli UPS vengono dimensionati per carichi a cosϕ 0.7 o 0.8. Per valori diversi da tali parametri, sarà necessario sovradimensionare l’UPS. La corrente di spunto del carico (sovraccarico) Detta anche corrente “di spunto” o “di picco”, è il parametro più critico dei carichi utilizzati nell’emergenza e incide molto nel dimensionamento. Carichi quali le lampade per l’emergenza, possono assorbire correnti di spunto molto superiori a quelle nominali. Nel dimensionamento dell’UPS, sarà necessario tener conto di tale parametro. Da considerare che l’UPS può sopportare un sovraccarico (normalmente del 150% massimo) per un tempo superiore alla durata dello spunto di corrente. In caso di utilizzo di un UPS di potenza del carico, accettare che, in presenza di sovraccarico, l’utenza venga automaticamente alimentata da rete per il tempo necessario attraverso il commutatore automatico di bypass, se presente. Dimensionamento dell’UPS ESPANDIBILITA’ Una volta dimensionato l’UPS, è consigliabile prevedere un margine di potenza per eventuali espansioni future: • generalmente si considera un margine di potenza non inferiore al 30%; • possibilità di incrementare la potenza attraverso il sistema in parallelo. FATTORE DI PICCO (O DI CRESTA) Un carico lineare assorbe una corrente sinusoidale con un valore efficace (Irms) generalmente misurato e dichiarato ed un valore di picco (Ipk). Il fattore di picco è definito come: Fpk= lpk / Irms Il valore normale per un carico lineare è Fpk= 1,41 La maggior parte dei carichi applicati all’UPS sono distorcenti (fig. 12) e assorbono correnti non lineari con un valore di Fpk superiore a 1,41. Pertanto richiedono correnti di picco più elevate che possono provocare una maggiore distorsione della tensione di uscita se paragonati ai carichi lineari equivalenti. Il valore del fattore di picco praticamente non è mai indicato e potrebbe essere necessaria una sua specifica misura. La norma CEI EN 62040-1-x, Appendice M5 indica quale carico tipico distorcente Fpk = 3. Questo valore può essere utilizzato dall’acquirente in assenza di altri dati. Comportamento sorgenti luminose Dimensionamento dell’UPS Rendimento Per rendimento µ si intende il rapporto tra le potenze attive in uscita e in ingresso all’UPS. µ=Pu/Pi Il calore disperso durante il funzionamento dell’UPS rappresenta naturalmente un costo addizionale costituito dall’energia termica dissipata. A causa di ciò può essere necessario, per UPS di potenza medio-alta, un ulteriore consumo energetico destinato al condizionamento dell’ambiente. Al fine di ottimizzare i costi legati al rendimento (ad esempio costi operativi, aerazione e climatizzazione), occorre ricordare come ciascuna configurazione e tecnologia degli UPS presenti sì certi vantaggi, ma anche delle caratteristiche differenti tra loro. I parametri principali di cui tener conto sono: • configurazioni • livello di carico • parametri elettrici • tipologia del carico. Per quanto riguarda quest’ultimo parametro, è importante osservare come i carichi alimentati da UPS possano avere caratteristiche molto differenti. Raramente le utenze sono lineari (sinusoide perfetta) e i carichi non lineari presentano correnti non sinusoidali con elevato contenuto armonico. In particolare è questo il caso dell’hardware informatico e delle apparecchiature mediche e industriali. È pertanto essenziale conoscere il reale rendimento di un UPS quando esso alimenta questo tipo di carico, poiché le tecnologie di alcuni convertitori sono molto sensibili ai carichi non lineari. Il rendimento delle differenti tecnologie sarà messo a confronto utilizzando il carico non lineare definito nell’Appendice E della norma CEI EN 62040-3. Dimensionamento dell’UPS Rendimento in funzione del carico: 92 91,35 90,78 Rendimento della Macchina 91 90 89,2 89 88 87 86 86 85 0 20 40 60 80 Percentuale di carico (% ) 100 120 Opzioni TRASFORMATORE DI SEPARAZIONE GALVANICA Separazione Galvanica Variazione del regime di neutro a valle rispetto quello a monte Abbassare il potere di interruzione AUTOTRASFORMATORE AGGIUNTIVO Variazione della tensione alimentazione UPS o Utenza RIDUZIONE DELLE CORRENTI ARMONICHE D’INGRESSO Convertitore AC/DC tipo dodecafase: cancellazione delle armoniche più dannose Raddrizzatore con PFC (Power Factor Control): assorbimento della corrente dalla rete con un basso contenuto armonico. Solo per potenze modeste. Filtri Risonanti: sono installati all’ingresso UPS e forniscono una via locale di circolazione delle armoniche, che quindi non vanno più ad interessare la rete in modo sensibile. Filtri Attivi: il principio consiste nell’utilizzare per ogni UPS un circuito elettronico di controllo della corrente di assorbimento in ingresso UPS. Si ottengono prestazioni sia al variare del carico, sia al variare della tensione di ingresso UPS. Questo filtro è quindi attivo alle variazioni di parametri del carico e della tensione Doppio Ingresso Quando si parla di “ingresso di alimentazione di riserva separato”, si intende che il gruppo di continuità è provvisto di un collegamento per un ingresso di alimentazione supplementare o by-pass statico. Quest’ultimo può essere collegato sia ad una nuova sorgente, differente dalla primaria, oppure alla stessa che alimenta il raddrizzatore. Attraverso questa configurazione, nel caso di anomalie nel gruppo di continuità o sovraccarico in uscita, permette una commutazione immediata in by-pass, così da alimentare direttamente il carico dall’ingresso di riserva. Normalmente un gruppo statico di continuità è, inoltre, per la sorgente di alimentazione, un carico non-lineare. Un carico non lineare provoca una distorsione della corrente, o in altre parole, genera correnti armoniche a frequenza maggiore di quella fondamentale a 50 Hz. Si può quindi dire che un carico non lineare è un generatore di correnti armoniche. Il parametro che misura tale distorsione è il THDI % (distorsione armonica totale in corrente). Il comando di emergenza dell’impianto PRESCRIZIONE DELLA NORMA DI SICUREZZA Nelle attività soggette al controllo di prevenzione incendi (DPR 151/2011) è richiesto un comando di emergenza per sezionare l’impianto elettrico prima di intervenire per spegnere un incendio. Il comando di emergenza deve togliere tensione a tutte le possibili fonti di alimentazione dell’impianto, ad eccezione delle sorgenti che alimentano servizi di sicurezza, cioè i servizi che devono continuare a funzionare proprio per gestire l’emergenza, come ad esempio le pompe antincendio, gli ascensori antincendio, l’illuminazione di sicurezza. Il comando di emergenza dell’UPS: Arresto Remoto PRESCRIZIONE DELLA NORMA DI SICUREZZA Gli UPS permanentemente collegati all’alimentazione di rete sono dotati di un unico comando di interruzione di emergenza (ESD = Emergency Switching Device o EPO = Emergency Power Off) incorporato all’UPS o di morsetto per il collegamento ad un dispositivo esterno che consenta l’arresto remoto del carico e l’erogazione di energia dell’UPS in qualsiasi stato operativo. Normalmente richiesta dai Vigili del Fuoco. All’azionamento dell’arresto remoto l’UPS: Inverter OFF Contattore Statico OFF (linea di by-pass) Interruttore o teleruttore batteria OFF NO conduttore di Neutro se passante !! Se il neutro è passante, bisogna allora distinguere se l’alimentazione a monte dell’UPS è un sistema TT, TN oppure IT. Se il sistema è TT o IT il conduttore di neutro è da ritenere pericoloso e dunque l’EPO non è accettabile come comando di emergenza dei circuiti a valle dell’UPS. In questo caso l’EPO dovrà essere inserito in un comando di emergenza che mette fuori tensione l’intero impianto. Nei sistemi TN il conduttore di neutro, pur essendo un conduttore attivo, non è considerato pericoloso: tanto è vero che non è richiesto il sezionamento del conduttore di neutro (CEI 64-8). Back Feed Protection Dispositivo di non ritorno energia (DNRE) Per evitare la presenza di tensione sui terminali di ingresso in mancanza della rete di alimentazione, l’UPS deve essere dotato di una protezione contro il ritorno di tensione (backfeed protection). La protezione controlla un guasto dell’interruttore statico e negli UPS di tipo VI anche dello stabilizzatore di tensione. Questo dispositivo di sicurezza garantisce una protezione tipo back-feed che scollegherà meccanicamente la rete di riserva (o inibirà l’inverter) per evitare un ritorno di tensione verso la rete di riserva o il raddrizzatore. Dichiarazione di conformità alla CEI 0-16 Autonomia degli UPS BATTERIE Dimensionamento dell’UPS TECNOLOGIA DELLE BATTERIE Le batterie sono normalmente fornite in dotazione con l’UPS e possono essere installate nello stesso armadio: in questo caso il fornitore garantisce l’autonomia fornita dall’UPS specificando la potenza apparente del carico ed il fattore di potenza. Le differenti tecnologie di batteria disponibili sono descritte nella tabella seguente: Dimensionamento dell’UPS Dimensionamento dell’UPS La protezione delle batterie Normalmente vengono utilizzate batterie al Pb ermetico Free-maintenance La vita utile di progetto specificata si dimezza ogni 10°C di aumento rispetto alla temperatura di progetto, che in genere è di 20/25°C Test automatico o manuale Tensione tampone o floating dipendente dalla temperatura Protezione contro la scarica profonda delle batterie Protezione contro la scarica lenta delle batterie Controllo e segnalazione della temperatura del locale batterie Prolungamento dell’Hold UP Time o Battery Saving Controllo e segnalazione “emissioni di gas” (per batterie vaso aperto) Dimensionamento dell’UPS L’autonomia richiesta L’autonomia richiesta al sistema dipende dal contesto di installazione e dall’applicazione e può variare a seconda della configurazione di impianto (la presenza o meno di gruppo elettrogeno, è importante nella scelta dell’autonomia). Il tempo di autonomia può variare a seconda delle disposizioni di legge che prescrivono tempi diversi a seconda dell’applicazione. L’autonomia si calcola partendo dalla potenza attiva (kW) richiesta dal carico ma per convenzione è sempre espressa per UPS a pieno carico. L’autonomia è determinata dal numero delle batterie e dalla sua capacità (Ah), le batterie possono essere collocate nei seguenti tipi di sistemazione: Locali batterie separati, locali tecnici (cabine elettriche, …); all'interno dell'UPS e/o su armadio separato N.B. Le batterie utilizzate negli UPS possono essere del tipo a vaso aperto o regolate a Valvola VRLA, meglio note come batterie ermetiche al piombo a ricombinazione interna di gas, possono essere installate in locali che non prevedono particolari prescrizioni per la sicurezza, infatti, il ricambio d'aria necessario per queste batterie risulta essere molto esiguo. In caso di batterie a vaso aperto e/o nickel cadmio, queste vanno installate in un locale apposito seguendo la normativa EN 50272, particolare attenzione al ricambio d'aria. Dimensionamento dell’UPS Autonomia: Esprimere l’autonomia di un UPS a pieno carico è come esprimere l’autonomia di una automobile al massimo della sua velocità e potenza. Il dato è quindi inapplicabile nel normale utilizzo Meno carico si applica all’UPS, maggiore sarà l’autonomia di batteria A parità di batteria e potenza richiesta, qualsiasi sia la tipologia o marca di UPS, l’autonomia è identica Dimensionamento dell’UPS Autonomia in funzione del carico: Dimensionamento dell’UPS CONCETTO FUORVIANTE DI POTENZA INFORMATICA Nella definizione di potenza nominale di un UPS spesso compaiono indicazioni quali “potenza del computer”, “potenza switching”, “potenza effettiva”, potenza a valori particolari di temperatura, ecc. Questi sono parametri arbitrari che non hanno alcuna correlazione con la potenza apparente e la potenza attiva normale; non sono quantificabili né definiti e pertanto non devono essere utilizzati per un corretto dimensionamento dell’UPS stesso. Autonomia Batterie Tipica Informatica All’100 % della potenza richiesta Analizzare attentamente l’autonomia richiesta da progetto in funzione del carico applicato !!! A pieno carico All’80 % della potenza richiesta Autonomia Batterie Esempio : autonomia richiesta INFORMATICA UPS trifase da 10KVA / 9kW (cosfi 0,9) autonomia 2h considerazioni ? soluzioni IMPOSSIBILE QUALSIASI IDENTIFICAZIONE NON ESISTE !!!!!!! ; AUTONOMIA REALE ? costi ND ? OGNI PRODUTTORE UTILIZZA I PROPRI STANDARD SOLITAMENTE MAI DICHIARATI; PER RIELLO UPS EQUIVALE AL 70% DEL CARICO MST 10A0 + BB 1600 480 S5 130' € 7.800,00 al 50% del carico x autonomia minima di 120' per una potenza di 4,5KW MST10 S2 + BB 1320 480 T5 152' € 6.750,00 al 70% del carico x autonomia minima di 120' per una potenza di 6,3KW MST 10A0 + BB 1600 480 S5 130' € 7.800,00 al 100% del carico (PIENO CARICO) x autonomia minima di 120' per una potenza di 9KW MST 10A0 + BB 1900 480 V6 147' € 10.700,00 TIPICA Ventilazione locali di installazione Ventilazione Locale Batterie (CEI EN 50272-2) Quando l’idrogeno supera il 4% in aria forma una miscela esplosiva. Anche le batterie sigillate emettono idrogeno e ossigeno nella fase di ricarica. Il termine “batterie sigillate o ermetiche” trae in inganno, poiché in realtà sta ad indicare che la batteria non necessita di essere aperta per ripristinare l’acqua, mentre durante la ricarica i gas trafilano ugualmente attraverso la valvola, anche se in quantitativo ridotto rispetto alle batterie a vaso aperto; inoltre, in caso di anomalie del carica batterie la sovrapressione determina la completa apertura della valvola. L’armadio è opportunamente ventilato dal costruttore, secondo quanto indicato dalla norma di prodotto, in modo da evitare la formazione di una miscela esplosiva all’interno dell’armadio stesso. La norma fa carico al costruttore dell’UPS di fornire le informazioni relative al flusso d’aria necessario per ventilare il locale dove è installato l’armadio con le batterie (quando le batterie sono fornite insieme con l’UPS). Il costruttore dell’UPS spesso rinvia alle norme sulle batterie, le quali sono però poco note e di non facile applicazione. Ventilazione Locale UPS Una soluzione per ogni applicazione Guida alla scelta: Area SoHo Guida alla scelta: Area Datacenter Guida alla scelta: Area Industry Guida alla scelta: Area Transport Guida alla scelta: Area E-Medical Guida alla scelta: Area Emergency Guida alla scelta: Area Emergency (CSS) CSS Il termine “soccorritore” è da qualche anno entrato nel comune linguaggio impiantistico per identificare un sistema atto ad alimentare impianti di sicurezza e non solo. Esistono però opinioni differenti su quale sia la loro reale differenza con i gruppi statici di continuità (UPS). In effetti, se gli UPS sono definiti da una norma ben precisa (la CEI EN 62040, parti 1-2-3), il soccorritore non trova alcuna definizione nel contesto normativo italiano. Per trovare la corretta definizione di questa particolare tipologia di dispositivo occorre consultare la norma CEI EN 50171 “Sistemi di alimentazione centralizzata”. La norma definisce le caratteristiche costruttive del sistema che viene definito Central Supply System (CSS). E’ quindi il CSS il vero dispositivo conforme alla norma CEI EN 50171, a differenza del “soccorritore” che, non essendo relazionato ad alcuna norma specifica, non dovrebbe mai essere considerato nelle specifiche di impianto per evitare di essere confuso con un UPS. La norma, oltre alle caratteristiche costruttive, definisce infatti i campi di applicazione, ovvero, i casi in cui è necessario impiegare un sistema CSS al posto di un UPS: · illuminazione di sicurezza; · circuiti elettrici di impianti antincendio automatici; · sistemi di cercapersone e impianti di segnalazione di sicurezza; · apparecchiature di aspirazione fumi; · sistemi di segnalazione di presenza di monossido di carbonio; · impianti specifici di sicurezza per particolari edifici, ad esempio, in aree ad alto rischio. CSS La norma CEI EN 50171 cita espressamente: “Quando un UPS viene utilizzato per alimentare tali sistemi essenziali di sicurezza (i sistemi riportati nei campi di applicazione), esso deve essere conforme alla EN 50091-1 (ora CEI EN 62040), alle sue relative parti e alle prescrizioni aggiuntive della presente norma”. Chiarita la posizione normativa, di seguito verranno approfondite le differenze costruttive fra un UPS e un CSS che riguardano, in particolare, i seguenti sottoinsiemi: 1. BATTERIE 2. CARICABATTERIE 3. INVERTER 4. STRUTTURA DELL’INVOLUCRO 5. DUAL INPUT 6. MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO 7. DISPOSITIVI DI CONTROLLO E SUPERVISIONE CSS BATTERIE Le batterie impiegate nei sistemi CSS devono essere dichiarate e certificate per una vita attesa di almeno 10 anni. Se negli UPS possiamo impiegare senza alcun vincolo batterie con vita attesa 3-5 anni, nei sistemi CSS ciò non è consentito. E’ fatta eccezione per i sistemi “Low Power Supply”, dove sono richieste batterie con vita attesa di almeno 5 anni. Per Low Power Supply (LPS) si intende un sistema di alimentazione centralizzata con limitazione della potenza in uscita a 500 W per 3 ore o di 1500 W per un’ora. Le batterie inoltre dovranno garantire le prestazioni previste all’inizio, durante e alla fine della vita dichiarata. Ciò implica un sovradimensionamento iniziale dell’autonomia prevista, che (previe corrette condizioni ambientali di utilizzo delle batterie, in particolare la temperatura) si può stimare del 20 %. Le batterie infine devono essere protette dalla scarica completa, evento che può influire sulla vita media delle stesse. CARICABATTERIE (Battery Care System) I caricabatterie impiegati devono essere in grado di caricare le batterie fino all’80%, partendo dalla condizione di batterie scariche, entro 12 ore. Viste le autonomie generalmente previste nei sistemi di sicurezza questa richiesta si traduce nell’utilizzo di caricabatterie maggiorati. Negli UPS invece non è richiesta alcuna prestazione di questo tipo, e i tempi di ricarica possono essere definiti in base alle richieste del cliente e alle caratteristiche delle batterie impiegate. E’ infine richiesta la possibilità di variare la tensione del caricabatterie in funzione della temperatura del locale batterie. CSS INVERTER Gli inverter utilizzati nei CSS devono essere in grado di gestire permanentemente il 120% del carico prescritto per la durata nominale e di avviare, a pieno carico, un sistema precedentemente spento (ad es. illuminazione di sicurezza S.E. – Sola Emergenza, motori aspirazione fumi). Devono, inoltre, essere protetti contro i danni derivanti da cortocircuito in uscita. La distorsione armonica massima ammessa è del 5% con carico lineare. La richiesta più rilevante è comunque la protezione contro l’inversione polarità batterie: nel caso di inversione polarità delle batterie l’inverter non deve subire danneggiamenti, ad eccezione dei fusibili di protezione. Tipicamente si utilizzano, a tal fine, dei diodi di potenza collegati nei rami di batteria, in modo da escludere anche il danneggiamento dei fusibili di protezione. STRUTTURA DELL’INVOLUCRO L’involucro dei CPSS deve avere un’adeguata resistenza meccanica, con un grado di protezione minimo IP20. Deve essere resistente al calore e al fuoco: ciò significa che la carpenteria del CSS deve essere metallica. I dispositivi all’interno dell’involucro devono essere sistemati in modo da facilitarne la manutenzione e le prove funzionali. I condotti dei cavi devono essere privi di sbavature, bordi affilati ecc. che possano danneggiare l’isolamento dei cablaggi. CSS DUAL INPUT o GESTIONE FW Questa importante caratteristica permette di effettuare con la massima facilità, tramite un interruttore di ingresso, e nella massima sicurezza, le verifiche periodiche obbligatorie di funzionalità e autonomia del sistema, permettendo di interrompere l’alimentazione della macchina senza però interrompere la linea di by-pass che rimane perciò in grado di sostenere il carico in caso di cattivo esito della verifica. MODALITA’ DI FUNZIONAMENTO Contrariamente al pensiero comune, la norma CEI EN 50171 prevede diverse tipologie di funzionamento, a dimostrazione del fatto che il cosiddetto “soccorritore” non è solo un sistema che “entra in funzione” alla mancanza rete dal precedente stato di bypass, nemmeno solo un sistema che alimenta sempre il carico da continuità, e neppure solo un sistema che alimenta il carico alla sola mancanza rete. La norma CEI EN 50171 infatti contempla tutte queste (e altre) possibilità di funzionamento. Nei casi pratici vengono utilizzate 4 principali modalità di funzionamento, di seguito descritte. CSS Certificato di Prova Luci di sicurezza : EN 50171 Comportamento sorgenti luminose Guida alla scelta: SuperCaps UPS I SuperCaps sono un tipo di gruppi di continuità sviluppati da Riello UPS, che utilizzano super condensatori per accumulare energia, al posto delle batterie tradizionali. Quindi permettono un risparmio in termini d’installazione della batteria, monitoraggio, manutenzione, sostituzione e riciclo. Norma CEI 0-16 edizione III Norma CEI 0-16 edizione III “Regola tecnica di riferimento per la connessione di utenti attivi e passivi alle reti AT ed MT delle imprese distributrici di energia elettrica” NOVITÀ INTRODOTTE NELLA TERZA EDIZIONE DELLA NORMA CEI 0-16 PER IL SISTEMA DI PROTEZIONE DI INTERFACCIA (SPI) DEGLI UTENTI ATTIVI UPS compatibile alla CEI 0-16 COMUNICAZIONE Comunicazione COMUNICAZIONE LOCALE: • • Indicatori Luminosi sul frontale UPS: Lampada spia o Led , buzzer Visualizzazione Alfanumerico sul frontale UPS: Display COMUNICAZIONE REMOTA CON CONTATTI: • Comunicazione tramite contatti LIBERI (FUORI TENSIONE): pannello sinottico a distanza o fornito con l’UPS o pannello di segnalazione del cliente Comunicazione COMUNICAZIONE REMOTA CON SERIALE: Comunicazione avviene attraverso una linea seriale standard RS232, RS422 o RS485 per garantire una trasmissione completa d’informazioni ad un singolo PC o ad un sistema di supervisione, utilizzando reti informatiche già esistenti (SNMP - Simple Network Management Protocol) permettendo il monitoraggio del sistema e l’eventuale Shut down dei sistemi informatici. COMUNICAZIONE TRA UPS E CENTRO ASSISTENZA Comunicazione avviene utilizzando una normale linea telefonica/modem. L’UPS trasmette numerosi dati al centro di assistenza segnalando eventuali allarmi ed un controllo preventivo per una corretta gestione (gestione bidirezionale delle informazioni), messaggi SMS, invio Test Report periodici (TELESERVICE). Comunicazione PROTEZIONI: sovracorrenti (CEI 64/8) SOVRACORRENTI - Ingresso Il dimensionamento delle protezioni di ingresso contro le sovracorrenti, deve essere realizzato sui dati della corrente massima di ingresso ed in conformità alla CEI 64/8 relativa al tipo di impianto in cui l’UPS è installato. Negli UPS di piccola e media potenza, gli ingressi del raddrizzatore e del by pass sono normalmente accomunati in un unico ingresso singolo; talvolta, in particolare nelle potenze più elevate, gli ingressi sono separati con protezioni distinte, per una miglior discriminazione dei guasti e per dare maggior garanzia di continuità alle utenze, nel caso in cui in corrispondenza di uno dei due ingressi avvenga un guasto. E’ utile sottolineare che l’assorbimento dei due ingressi non può essere contemporaneo, pertanto nel dimensionamento dell’ingresso singolo, è sufficiente considerare il valore massimo fornito dal costruttore, normalmente il dato del raddrizzatore. A completamento dell’informazione, va anche detto che sono comunque presenti delle protezioni interne di tipo rapido che, qualora avvenissero guasti interni all’UPS, interverrebbero certamente prima degli eventuali interruttori magnetotermici esterni. INGRESSO SINGOLO Assorbimento non contemporaneo dei due ingressi INGRESSI SEPARATI L’interruttore su linea di By-pass deve avere un adeguato PI, essere selettivo o ritardato con gli interruttori a valle e non intervenire all’inserzione dei carichi previsti per essere inseriti simultaneamente PROTEZIONI: guasti a valle Nella valutazione delle protezioni per sovracorrenti contro i guasti a valle dell’UPS, è necessario distinguere due diverse condizioni di funzionamento: la prima quando è presente la rete di alimentazione, la seconda quando invece è assente. Nel primo caso, in presenza di un corto circuito a valle, quasi istantaneamente l’UPS commuta su by pass, perché lo stadio inverter può fornire una corrente massima comunque limitata, pertanto la tensione da questi generata assumerà dei valori tendenti a zero, non più accettabili dall’UPS. In conseguenza della commutazione sul lato by pass, la corrente necessaria a far intervenire le protezioni per interrompere il guasto, sarà limitata dalla disponibilità della rete di alimentazione ed ovviamente dalle caratteristiche dell’impianto in oggetto. Fondamentale ai fini della discriminazione del guasto e della continuità dell’alimentazione ai circuiti funzionanti correttamente, è la selettività delle protezioni: a questo proposito si fa notare che va considerata anche la protezione interna all’UPS sul lato by pass. Questa protezione talvolta può essere eliminata per facilitare la scelta e la selettività delle altre protezioni presenti sull’impianto. Q1 Q interno CON RETE PRESENTE: corrente di intervento è fornita dalla rete di alimentazione Selettività protezioni ingresso Q1, uscita Q2 e Qn (anche interne se esistenti). In caso di CC gli interruttori a valle devono essere dimensionati considerando che I2t lasciato passare sia <o= a quello sopportabile dall’interruttore statico. Qn … Q2 PROTEZIONI: guasti a valle La seconda condizione è quella relativa alla mancanza della rete di alimentazione: quando avviene un guasto od un corto circuito a valle dell’UPS, la corrente di guasto potrà essere fornita solamente dall’inverter il quale, per limiti tecnologici, non potrà fornire una corrente paragonabile a quella della rete, ma un valore di molto inferiore. In linea generale gli inverter sono dimensionati per fornire una corrente massima pari a 2, 3 volte la corrente nominale dell’UPS. Per un corretto dimensionamento delle protezioni, è opportuno garantirne l’intervento in caso di guasto, in un tempo sufficientemente breve inferiore a 10 millisecondi, cosicché le altre utenze alimentate non avvertano questo transitorio come una mancanza di tensione. Per realizzare questa condizione, è necessario utilizzare delle protezioni magnetotermiche in curva C oppure fusibili tipo gG, dimensionati per una corrente pari a circa un settimo della corrente nominale dell’UPS. Nell’esempio si vede che per un 30kVA con una corrente nominale di 43 A, per garantire le condizioni descritte in precedenza, si deve utilizzare una protezione da 6 A. E’ evidente come non sia sempre facile garantire questo corretto funzionamento, in particolare quando si debbano alimentare pochi carichi di grande potenza in rapporto alla potenza dell’UPS ed, a maggior ragione, in presenza di UPS di potenza nominale inferiore a 30/40kVA trifase o 10kVA monofase. Soluzioni a questo problema si possono trovare con l’impiego di dispositivi quali i sistemi di trasferimento che, oltre a garantire una doppia alimentazione alle utenze più critiche, aiutano a non propagare un guasto a tutte le utenze collegate allo stesso UPS. In assenza rete, corrente uscita limitata: in generale per c.to c.to magnetotermici curva C o fuse gG intervengono (ca. 10 msec) se dimensionati per In/7 UPS Q2 Es: 30KVA In = 43A Prot. C.to = 6A Q1 Qn … PROTEZIONI: contatti indiretti (CEI 64/8) CONTATTI INDIRETTI – Interruttori differenziali Gli UPS sono destinati a garantire la continuità di servizio, mentre gli interruttori differenziali sono soggetti ad interventi intempestivi. In presenza di UPS (senza trasformatore di separazione), gli interruttori differenziali vanno impiegati soltanto se indispensabili per la protezione contro i contatti indiretti, cioè: • sempre nei sistemi TT, • nei sistemi TN soltanto se non è possibile conseguire la sicurezza mediante le protezioni di sovracorrente. L’interruttore differenziale sente le correnti di dispersione sia dell’UPS, sia degli apparecchi da esso alimentati. La soglia d’intervento (Idn) va quindi scelta in modo che superi tre volte la corrente totale di dispersione. Fare riferimento alle indicazioni del costruttore dell’UPS. CONTATTI INDIRETTI – Interruttori differenziali Anche se non sempre indispensabile, l’interruttore differenziale è comunque la soluzione più utilizzata nella protezione contro i contatti indiretti. Il suo funzionamento si fonda sulla corrente differenziale, appunto, cioè quella che non circola tra fase e neutro o fase fase, ma quella che si può richiudere attraverso i collegamenti di terra. Quando questo valore supera il valore nominale della protezione, ad esempio 30mA, l’interruttore protegge i circuiti perché la considera una corrente di guasto. Quasi tutte le attuali apparecchiature elettriche ed elettroniche, sono dotate di piccole capacità connesse tra i conduttori attivi e la terra per poter essere conformi alle normative sulla compatibilità elettromagnetica. Queste capacità derivano una piccola corrente di dispersione verso terra che, se in presenza di numerose apparecchiature di questo tipo, può assumere anche valori tali da far intervenire le protezioni differenziali. A seguito di queste considerazioni, si può affermare che la soluzione per la protezione contro i contatti indiretti con unico differenziale da 30mA a monte è certamente quella più semplice ed economica; in caso di primo a guasto, l’intervento del differenziale provoca l’assenza dell’alimentazione all’UPS, il quale preleverà l’energia dalle batterie per poter continuare ad alimentare le proprie utenze. Questa soluzione è però utilizzabile solo su UPS di piccola potenza, tipicamente intorno ai 3kVA; oltre, il valore della corrente di dispersione di tutti i carichi alimentati insieme a quella dell’UPS, può raggiungere valori anche superiori alla corrente di intervento di 30mA. UNICO DIFFERENZIALE A MONTE Tipo istantaneo Id = 30mA (solo per UPS di piccola taglia) Vantaggi: • economico • in caso di primo guasto a valle dell’UPS, le utenze continuano ad essere alimentate in isola Svantaggi: • possibile solo x UPS di piccola potenza • utenze alimentate per la durata consentita dall’autonomia delle batterie id CONTATTI INDIRETTI – Interruttori differenziali Pertanto, oltre una certa potenza, è necessario prevedere a valle dei differenziali da 30mA di tipo A o B, per il riconoscimento delle componenti continue, ed un differenziale unico di valore più elevato e/o selettivo a monte dell’UPS. Vantaggi: • tutte le utenze non interessate dal primo guasto rimangono permanentemente alimentate Tipo S selettivo e Id valore opportuno id Svantaggi: • costoso Tipo A/B 30mA id id id id id id CONTATTI INDIRETTI – Interruttori differenziali UPS CON DOPPIO INGRESSO E’ utile evidenziare alcune condizioni di impianto, dove l’inserimento di differenziali a monte deve essere opportunamente valutato. Nel caso in oggetto, si tratta di un UPS con ingressi di by pass e raddrizzatore, separati: molti degli attuali UPS di media potenza, sono provvisti per motivi tecnologici costruttivi, di un doppio neutro, uno per ciascun ingresso ed accomunati internamente. Qualora si andassero a collegare due distinti differenziali, uno per ciascun ingresso, con certezza si avrebbe l’intervento di uno od entrambi anche in funzionamento normale. Ciò è dovuto al fatto che i due collegamenti di neutro si trovano in parallelo tra di loro, pertanto la corrente di neutro andrebbe a ripartirsi in funzione delle impedenze dei collegamenti stessi; sicuramente la somma delle correnti circolanti su ciascun differenziale non sarebbe zero, ed entrambi la percepirebbero come fosse una corrente di guasto differenziale, aprendo il circuito. In questo caso la soluzione è quella di inserire un solo differenziale a monte di entrambi gli ingressi. Ingresso RD N Id Id Ingresso Rete Soccorso UPS IN PARALLELO Un caso analogo è quando si è in presenza di un impianto in parallelo; anche in questo caso, in particolare nel funzionamento da by pass, la corrente circolante sul neutro si suddivide in relazione alle impedenze dei collegamenti, pertanto con una forte probabilità di interventi inopportuni dei differenziali. La soluzione anche in questo caso è quella di un unico differenziale a monte, a protezione di tutti gli UPS del parallelo. Id Id N IT temporaneo: funzionamento in isola Un’altra condizione che merita di essere evidenziata è il funzionamento in isola: normalmente gli UPS non alterano lo stato del neutro, cioè il sistema di distribuzione presente sulla rete di alimentazione è quello che si ritrova in uscita all’UPS stesso, perché non c’è isolamento tra ingresso ed uscita. Quando un qualsiasi interruttore a monte apre il circuito per un qualsiasi motivo, andrà ad interrompere il collegamento del neutro esistente a monte, pertanto l’uscita dell’UPS, che nel frattempo preleva energia dalle batterie, si troverà ad avere il neutro svincolato da ogni legame con il conduttore di protezione o la massa. Se in precedenza esisteva un sistema di distribuzione di tipo TT o TN, le utenze alimentate dall’UPS si ritroveranno a funzionare ora in un sistema IT. Per la 64-8, questa condizione definita in isola o IT temporaneo, non richiede le normali protezioni per l’IT, perché considera improbabile l’insorgere di un secondo guasto nel breve periodo dell’autonomia concessa dalle batterie. La norma consiglia comunque di segnalare l’eventuale cambiamento di funzionamento, ma d’altra parte è la normale indicazione di mancanza rete che l’UPS segnala quando manca alimentazione in ingresso. CEI 64-8 art. 413.1.5.1: non sono richieste le normali protezioni per IT, perchè situazione temporanea Segnalazione del 1° guasto: contatto ausiliario IT temporaneo: funzionamento in isola e se i tempi di funzionamento si prolungano … Talvolta la condizione di funzionamento in isola non viene accettata perchè genera qualche problema, quale l’intervento di differenziali a valle per le variazioni della corrente di fuga sui condensatori di filtro per la compatibilità elettromagnetica, oppure perché semplicemente non si accetta la condizione di maggior rischio tollerata dalla norma 64-8. La soluzione tecnicamente più corretta è di isolare galvanicamente l’ingresso dall’uscita, per permettere un collegamento fisso, non interrompibile del neutro di uscita. Così facendo il sistema di distribuzione a monte può essere diverso da quello in ingresso e comunque non subirà alcuna variazione, qualunque cosa accada all’ingresso. Isolamento galvanico N Crea sistema IT o TN fisso IT temporaneo: funzionamento in isola NEUTRO non protetto, ove possibile Un’altra soluzione applicabile dove consentito e cioè con cabina di trasformazione propria, è di non interrompere il neutro dal trasformatore all’ingresso dell’UPS. Ovviamente il neutro non sarà così protetto, ma la connessione a terra del sistema TN-S in questo caso, non potrà subire mai alcuna variazione. Neutro non interrompibile: sistema non cambia Risparmio Energetico Risparmio Energetico COSTI DELL’ENERGIA Su base annuale, il costo dell’energia elettrica persa è dato da: Costo dell’energia = Pu x (1/µ - 1) x T x c dove: Pu è la potenza attiva (kW) in uscita all’UPS fornita ai carichi µ è il rendimento dell’UPS riferito ad un determinato livello di carico e, quindi, non necessariamente il rendimento nominale della macchina T è il tempo annuo in ore di servizio, al medesimo livello di carico c è il costo unitario dell’elettricità per kWh Per avere un dato reale è necessario considerare i costi legati al condizionamento dell’aria dei locali. RISPARMIO ENERGETICO: Esempio UPS X 20KVA Rendimento Pnom.=91% MULTISENTRY 20KVA Rendimento Pnom.=94% UPS X Rendimento totale = 94% Perdite = 1,021 kWh Air cond. richiede 1/3 potenza UPS Perciò 560W aggiuntivi => Altri 170W 560 225€ AGGIUNTIVI /Anno più Risparmio Reale Totale 960€! -35% Rendimento totale = 91% Perdite = 1,582 kWh Wh risparmiati RISPARMIO ENERGETICO: Esempio MULTISENTRY 40KVA Rendimento Pnom.=96,5% UPS X 40KVA Rendimento Pnom.=92% UPS X Condizioni: Settimane lavorative 47 5 giorni lavorativi: 10 ore/giorno @ 75% potenza nom. 14 ore/giorno @ 25% potenza nom. 2 giorni non lavorativi: 24 ore @ 25% P nom Settimane non lavorative 7 giorni: 24 ore @ 25% P nom. RISPARMIO ENERGETICO: Esempio Traditional 40KVA UPS High Efficiency 40KVA UPS RISPARMIO ENERGETICO: Es. Riassunto Perdite energia Multi Plus Perdite energia UPS standard Risparmio energia Risparmio euro/settimana Risparmio euro/anno Settimana lavorativa (47) 83.856Wh 288.754Wh 204.898Wh 30,73€ 1444,3€ Settimana non lavorativa (5) 57.456Wh 248.304Wh 190.848Wh 28,62€ 143,4€ Totale annuo 4.228kWh 14.813kWh 10.585kWh 1587,7€ Energia necessaria al condizionamento del locale UPS è stimata ad un terzo della potenza dissipata dall’UPS, pertanto il Risparmio sale a 13.761kWh che equivale a 2.064,1€ anno. SMART GRID Possiamo pensare ai nostri UPS in modo differente? Smart Grid Le Smart Grid sono reti elettriche che integrano e gestiscono in modo efficiente il comportamento e le azioni di tutti gli utenti connessi ( generatori, punti di prelievo) ; Integrazione tra diverse sorgenti di generazione elettrica ( fonti rinnovabili come Solare ed Eolico e tradizionali come Generatori Diesel e UPS ), trasporto bidirezionale , reti di scambio di informazioni e gestione centralizzata. Power Net Control Net Smart Grid: come accumulatore di energia Smart Metering Smart Metering Smart Metering UPS CARICO UTENZA Rete di distribuzione Programmabilità del profilo di prelievo ed immissione STORAGE Smart Grid come accumulatore di energia decentrale Picco di offerta energetica Tariffa A Smart Metering Smart Metering Smart Metering UPS Battery CARICO UTENZA La extra-produzione di energia è accumulata dallo STORAGE Rete di distribuzione − Energy back-up UPS STORAGE Smart Grid come generatore di energia variabile Soluzione 1 Picco di domanda energetica Tariffa B Smart Smart Metering Metering Smart Metering UPS Batterie CARICO UTENZA Rete di distribuzione ∆-energia − Energy back-up UPS ll picco di domanda è gestito utilizzando la riserva di energia delle batterie STORAGE Smart Grid come generatore di energia variabile Soluzione 2 DSM Tariffazione dinamica Picco di domanda energetica Tariffa C Smart Tariffa B Smart Metering Metering Smart Metering UPS Battery CARICO UTENZA Rete di distribuzione ∆-energia − Energy back-up UPS ll picco di domanda è gestito utilizzando la riserva di energia dei DC STORAGE Smart Grid combinati con fonti di energia rinnovabile (combination architecture) Tariffa D Smart Metering PV adapter Pannelli fotovoltaici Smart Metering Smart Metering UPS Smart Metering Battery Rete di distribuzione − Energy back-up UPS STORAGE CARICO UTENZA OFF grid: Aree senza rete di distribuzione elettrica pubblica Aree rurali Isole Aree remote Immagazzinare energia in un furgone per portarla dove serve!!! Primo progetto al mondo nel suo genere UPS progettato ed industrializzato per questo specifico progetto Dati di progetto «Via col Verde» Unità mobile ad altissima efficienza con UPS Master MPS da 30KVA Sistema di accumulo costituito da 130 batterie al litio-ferro-tetrafosfato per una potenza complessiva di 100kW Rifornimento di energia per la ricarica dell’unità mobile con fonte rinnovabile (Impianto FV da 160KWp a supporto della centrale operativa) Fornitura di energia per la ricarica di un veicolo elettrico dal 30% all’80% in 15’ 100% energia rinnovabile FUEL SAVING Master MPS –Key Features Reliable Power for a sustainable World Power Facator 0,9: maggior potenza sul carico Ingombro ridotto: grande versalità Protezione totale assoluta (grazie al trasformatore di Isolamento galvanico a valle dell’inverter) Massima efficienza (Efficiency Control System) Elevata capacità di sovraccarico (110% for 60 minutes) Elevata resistenza alla sovratemperatura Battery Care system Comunicazione Evoluta Punti critici di progetto affrontati: Vibrazioni del veicolo: Speciali ammortizzatori anti vibranti sulla struttura Gestione con batterie al litio Litio tecnologia matura con prestazioni elevate 4000 – 4500 cicli vita (10/12 anni) poi un decadimento del 20% Elevata efficienza (80 – 95%) Minore sensibilità sulle variazioni di temperatura Struttura compatta Limitati problemi legati alla sicurezza Ideali per applicazioni di STORAGE in energia (scambiano potenza per alcune ore) ed in potenza (scambiano grandi potenza per secondi o minuti) Sistema di ricarica BMS (Battery Management System) I potenziali di carica e scarica variano in base al tipo di batteria e sono specificati dal produttore. Misurare la tensione di ciascuna cella e altri parametri come la temperatura, con precisione e risoluzione elevate. Il bilanciamento delle celle che consente di compensare eventuali lievi discrepanze ottimizzando la durata del pacco batteria. Ricarica rapida del veicolo Carica batterie maggiorato STORAGE Sirio Power Supply (SPS) Sirio Power Supply (SPS) è un sistema per l’accumulo di energia prodotta da diverse sorgenti di alimentazione elettrica: Campo fotovoltaico attraverso l’inverter Rete Gruppo elettrogeno (GE) Il sistema è composto essenzialmente da: • • • • Sirio Power Supply (SPS) Inverter fotovoltaico AROS Solar Technology Batterie Generatore Elettrico (facoltativo) L’inverter fotovoltaico deve essere dimensionato per poter alimentare il carico e poter ricaricare le batterie in 6 ore. La potenza del GE deve essere almeno del 20% maggiore alla potenza del carico. SPS AC /DC Inverter Sirio DC /AC L’SPS deve essere dimensionato in funzione della potenza massima di picco dell’utenza. 1----n La taglia della batteria dipende dal profilo di carico (KWh) o dall’autonomia richiesta (non dalla potenza massima del carico). Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Modalità di funzionamento Step 1: l’inverter FV alimenta il carico e ricarica la batteria SPS X X Inverter Sirio AC /DC DC /AC Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Batteria Modalità di funzionamento Step 2: l’inverter FV alimenta direttamente tutto il carico SPS X X Inverter Sirio AC /DC DC /AC Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Batteria Modalità di funzionamento Step 3: il carico è alimentato in parte dall’inverter FV e in parte dall’SPS attraverso la batteria SPS X X Inverter Sirio AC /DC DC /AC Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Batteria Modalità di funzionamento Step 4: l’inverter FV è spento e tutta l’energia è fornita dall’SPS attraverso la batteria SPS X X AC /DC Inverter Sirio DC /AC (OFF) Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Batteria Modalità di funzionamento Step 5: l’inverter FV è spento, la batteria è scarica e il carico è alimentato da rete o GE SPS AC /DC DC /AC Inverter Sirio (OFF) Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Batteria Modalità di funzionamento Step 6: con basso irraggiamento l’inverter FV e l’SPS alimentano in parallelo il carico. La batteria non viene ricaricata. SPS AC /DC DC /AC Inverter Sirio Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Batteria Modalità di funzionamento Step 7: in condizioni di buon irraggiamento l’inverter FV alimenta il carico e ricarica le batterie SPS AC /DC DC /AC Inverter Sirio Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Batteria Modalità di funzionamento Step 8: in condizioni di buon irraggiamento e batteria carica quanto prodotto dall’inverter FV alimenta l’utenza e l’eccedenza può essere immessa in rete SPS X AC /DC DC /AC Inverter Sirio Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Battery Per questa modalità la taglia dell’SPS deve essere ≥ alla potenza dell’inverter FV. Caratteristiche principali Range di potenza: da 10 a 200 kVA - Pf 0,9 Tensione in/out: 400Vac- 3ph 50 Hz Tensione nominale batteria: o 384 Vdc (da 10 a 80 KVA) o 396 Vdc (da 100 a 200 KVA) Numero di celle 2V: o 192 (da 10 a 80 kVA) o 198 (da 100 a 200 KVA) Cold Start: standard Batterie Battery types L’SPS può essere accoppiato con le principali tipologie di batterie per applicazioni cicliche o solari: Batterie senza manutenzione OPzS (a vaso aperto) OPzV (batterie al Gel) Batterie Ni-Cd Batterie Batterie ermetiche al piombo Valve Regulated Lead Acid (VRLA) Capacità tipica: da 60 a 500 Ah Range di funzionamento: da - 40 a + 50°C (20°C consigliata) Senza manutenzione Installazione: armadio o racks Basso costo Batterie Batterie ermetiche al piombo Esempio: numero di cicli in funzione del DoD% (deep of discharge) 2000 cicli Batterie OPzS Valve Regulated Lead Acid (VRLA) Tecnologia: vaso aperto con elettrolito liquido (acido solforico diluito). Capacità tipica: da 70 a 5000 Ah Range di temperatura: da - 40 a + 50°C (da 10 a 30°C consigliata ) Bassa manutenzione: nessun rabbocco Installazione: racks Batterie OPzS Esempio: numero di cicli in funzione del DoD% (deep of discharge) 3500 cicli Batterie OPzV Valve Regulated Lead Acid (VRLA) Tecnologia: batterie stazionarie sigillate con elettrolito fissato in gel Capacità tipica: da 200 a 4000 Ah Range di temperatura: da - 40 a + 50°C (da 10 a 30°C consigliata ) Bassa manutenzione: nessun rabbocco Installazione: racks Batterie OPzV Esempio: numero di cicli in funzione del DoD% (deep of discharge) 2500 cicli Batterie Nickel Cadmium Tecnologie: Nickel- Cadmium Carica e scarica anche a correnti molto elevate E’ sufficiente solo una piccola capacità nominale per correnti elevate. Può operare in modo affidabile in un range di temperatura da -20 a +50 °C. Long life Capacità tipica: da 10 a 500 Ah Installazione: racks Batterie Nickel Cadmium Esempio: numero di cicli in funzione del DoD% (deep of discharge) 3200 cicli Applicazioni tipiche OFF grid: Aree nelle quali la rete pubblica non è presente (1) Il sistema e principalmente composto da: • SPS • Inverter FV • Generatore • Batterie SPS L’impianto FV deve essere dimensionato per poter alimentare il carico e poter ricaricare le batterie in 6 ore. Inverter Sirio AC /DC DC /AC Carico 400 V 3Ph – 50 Hz L’SPS deve essere dimensionato in funzione della potenza massima di picco dell’utenza. La taglia della batteria dipende dal profilo di carico (KWh) o dall’autonomia richiesta (non dalla potenza massima del carico). Applicazioni tipiche OFF grid: Aree nelle quali la rete pubblica non è presente (2) L’inverter è settato per ridurre la potenza d’uscita all’aumentare della tensione erogata dall’SPS. SPS Inverter Sirio AC /DC DC /AC Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Applicazioni tipiche OFF grid: Aree nelle quali la rete pubblica non è presente (3) Esempio di calcolo • Perdite totali per caricare & scaricare le batterie: 13-15% SPS 5% perdite AC /DC Inverter Sirio DC /AC 5% perdite 3% perdite Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Applicazioni tipiche Grid connected : Il sistema è concepito per sopperire alle richieste di energie “extra soglia”(2) Il sistema e principalmente composto da: • SPS • Inverter FV • Batterie L’impianto FV deve essere dimensionato per poter alimentare il carico e poter ricaricare le batterie in 6 ore. SPS Inverter Sirio AC /DC DC /AC La batteria è dimensionata per sopperire ai picchi di potenza L’SPS deve essere dimensionato in funzione della potenza massima di picco dell’utenza.. Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Applicazioni tipiche Grid connected : l’utente vuole diminuire I costi di prelievo (2) Il sistema e principalmente composto da: • SPS • Inverter FV • Batterie SPS La taglia dell’impianto FV e calcolata per alimentare il carico approssimativamente dalle 9.00 alle 16.00 e contestualmente ricaricare le batterie . Inverter Sirio AC /DC DC /AC Load 400 V 3Ph – 50 Hz L’SPS deve essere dimensionato in funzione della potenza massima di picco dell’utenza. Il dimensionamento delle batterie sarà un compromesso tra il profilo in KWh dei consumi e i costi della batteria. Applicazioni tipiche ON Grid: l’utente vuole diminuire i costi di prelievo e immettere l’energia eccedente in rete Il sistema è principalmente composto da: • SPS • Inverter FV • Batterie SPS La taglia dell’impianto FV e calcolata per alimentare il carico approssimativamente dalle 9.00 alle 16.00 e contestualmente ricaricare le batterie . Inverter Sirio AC /DC DC /AC Il dimensionamento delle batterie sarà un compromesso tra il profilo in KWh dei consumi e i costi della batteria. Carico 400 V 3Ph – 50 Hz Applicazioni tipiche ON Grid: l’utente vuole diminuire i costi di prelievo e immettere l’energia eccedente in rete Power Profile (kW) Produzione FV Carica della batteria Carico Esempio di profili per il calcolo Seguici sui social networks www.riello-ups.com Grazie I servizi di Riello UPS Servizi
