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criteri di
di un UPS
rente che viene a circolare nel circuito elettrlco
per un tempo limitato. Essa può dipendere da
molteplici fattori, legati a inserzioni improwise di
carichi sulla linea che si sta alimentando:
1) awio di un motore elettrico;
2) magnetizzazione di un nucleo ferromagnetico
(es trasformatori e bobine, vecchi monitor CRT);
3) inserzione di un carico capacitivo (es. awio di
ll dimensionamento di un UPS per
l'alimentazione di utenze privilegiate
necessita di essere effettuato solo
seguendo alcune "linee guida"
che consentano di ottenere
il miglior risultato
un server).
Leffetto è di richiedere all'UPS una maggiore
potenza. Se I'UPS non è in grado di erogare
questa maggiore potenza, ll carico può subire:
1) interruzlone nell'alimentazione se si sta usando un UPS con tecnologia interattiva o Off line.
2) commutazione su By-pass con ilcarico non più
protetto da UPS se si sta utilizzando un UPS
con tecnologia On-Line doppia conversione
diMaurizio Giordano*
ome dimensionare correttamente un
UPS? La prima cosa da fare è I'analisi
del tipo di applicazione a cui I'UPS è
soggetto, per identificare la tecnologia delI'UPS da ulilizzare. Ad esempio, per proteggere una normale workstation basta utilizzare un
UPS con tecnologia Line lnteractiye con onda
pseudo sinusoidale, mentre per un server è
possibile ulilizzare la tecnologia Line Interacti-
con i10l'onda alternata sinusoidale a frequenza fondamentale (di linea), con fi10 le onde alternate sinusoidali a frequenza multipla di quella fondamentale. f entità della distorsione armonica è quantificata con un indice denomina-
ve e onda sinusoidale, mentre per un apparato
seguente formula:
medicale (TAC, Sala operatoria etc), un data
center o applicazioni industriali, meglio rivolgersi direttamente alla tecnologia ON-LINE
doppia conversione che rappresenta per eccellenza I'UPS. Definita la tecnologia dell'UPS,
il secondo passo è quello di analizzare la tipologia del carico che si deve alimentare. Questo
ci permette di determinare I'entità di due grandezze: distorsione armonica e Sovraccarico.
Distorsione armonica
Un carico può essere Lineare o Distorcente.
Un carico è lineare se la tensione e la corrente
hanno entrambe lo stesso andamento (es: alternato sinusoidale), viceversa, se una delle
due forme d'onda si presenta deformata, allora
il carico si definisce distorcente. Facciamo un
po'di chiarezzasul problema delle armoniche.
Se analizziamo i moderni circuiti eletîronici di
potenza (es: alimentatori switching) possiamo
notare che generano notevoli distorsioni della
corrente assorbita in ingressq. lmmaginiamo di
alimentare il circuito con una tensione alternata
sinusoidale la cui rappresentazione vettoriale è
u(t) = {q
sin o
t
dove v(t) è il valore istantaneo della tensione, Vy il suo valore massimo, tD la pulsazione
(hfl,flafrequenzae
f il
tempo. lningressonon
si avra.una corrente con forma d'onda alternata
sinusoidale ma bensì una forma d'onda alter-
nata e distorta. La rappresentazione di tale
forma ci viene fornita dall'analisi di Fourier
i(t)=iril;*ItnCO
h+t
Con i(t) indichiamo l'onda alternata distorta,
26
slrr{
lo Distorsione Armonica Totale THD (Tolal
Harmonic Distortion). Questo indice può es-
sere facilmente misurato in campo con un
analizzalore di rete oppure calcolato con la
'.lP
rHDi
=
-
42
;
anche essere espresso in percentuale
(%THD|). Perché è importante considerare la
distorsione armonica generata da un carico?
La distorsione armonica fa variare il Fattore di
Potenza (PF) ovvero ìl coseno dell'angolo tra
tensione e corrente delle forme d'onda distorte,
1
Prendiamo i seguenti valori: /n = 100 A; Vn =
400 V (concatenata); f = 50 Hz; Sovraccarico
$rf1 = 40% di in; carico distorcente THD|=
0,6 (60%); DPF = 0,7:
PF
nDr
+ THDiz
dove DPFè il fattore di sfasamento tra tensione e corrente delle forme d'onda sinusoidali (il
cosg introdotto dal carico). Variando il PFnon
tutta la potenza apparente si trasforma in potenza attiva generando cosi un'energia reattiva, che fa diminuire I'efficienza dello scambio
energetico tra rete e utilizzatore.
Un altro effetto della distorsione armonica è il
riscaldamento dei cavi elettrici proporzionale
al quadrato della corrente che vi circola.
Quindi in presenza di armoniche oltre al contributo dell'onda fondamentale bisogna considerare anche quello di ogni componente armonica. Altro effetto della distorsione armonica è
quello di far circolare corrente nel neutro anche
nel caso di bilanciamento perfetto dei carichi
sulle fasi. Sarà necessario sovradimensionare la
sezione del cavo di neutro. Sempre in riferimento alla tipologia di carico, al fine di un corretto dimensionamento dell'UPS, dobbiamo considerare il "sovraccarico", definito come una sovracor-
1
= :0.7
lt
=0.6
+ o,oz
Si puo notare come diminuisce il fattore di potenza in virtù delle armoniche. Calcoliamo la
corrente che dovrà erogare ìl nostro UPS, considerando il sovraccarico (sr%) del 4O/":
Isr = In +
"-l?-
lndicando con / il valore efficac e, I - t u l\[i
lMvalore massimo della corrente di linea e
con /7 il valore efficace della prima armonica
(fondamentale). ll THD|varia tra 0 e 1 e può
Dr - _
'{l
Esempio di dimensionamento
=
sro/o
100
*
40
= 140 A
dove /sn valore massimo della corrente che
I'ups deve essere in grado di erogare (sovrac-
carico). La potenza attiva erogata dal nostro
UPS dovra essere
P=t,73 xV xlsr x PF =
= 1,73 x 400 x
140
x
0,6 -- 58,128 kW
Se non avessimo considerato il problema dal
sovraccarico e delle armoniche avremmo inserito nel nostro impianto un UPS notevolmente sottodimensionato:
P=1,73 xV xlnxcose =
= 1,73 x400 x 100 x 0,7 =48,440kW
ln conclusione
A conclusione abbiamo due scelte:
1) dimensionare correttamente l'UPS acquistandone uno da 58 kW e non da 48 kW come
avremmo fatto se non avessimo considerato il
sovraccarico e la distorsione armonica.
2) dimensionare I'UPS considerando il sovraccarico dell'utenza e inserire nel nostro impianto dei filtri attivi o passivi che eliminano il problema delle armoniche. La soluzione migliore
è la prima prospettata: dimensionare correttamente I'UPS e utilizzare un UPS on line a doppia conversione con PFC (con funzione Power Factor Correction) che fa da rifasatore attivo: elimina le armoniche reiettate in rete, li-
mita i consumi e la mora oltre all'eventuale
obbligo di rifasare il carico.
*Mauil1o Giordano,
Direttore Tecnico 4Power Srl
attualita elettrotecnica - gennaio/febbraio 2014 - numero
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