Consultanță - inginer specificat Cum se proiectează un sistem de alimentare cu energie la pământ
Sistemele de alimentare neîntreruptibilă fără transformator (UPS) funcționează neînfundate în timpul transferului de energie către o sursă de rezervă, dar un design robust de împământare poate satisface cerința atât a sistemelor împământate, cât și a celor fără împământare.
Obiective de invatare:
- Înțelegeți diferența dintre sistemele împământate și cele nefondate.
- Aflați ce necesită codul sistemelor de alimentare de curent alternativ și c.a.
- Știți cum diferă comportamentul sistemelor neîmpământate în timpul defectelor la sol de cel al sistemelor împământate și cum să atenuați acest efect.
În orice instalație care conține sarcini critice, indiferent dacă este legată de siguranța vieții sau de sarcini sensibile ale computerului vitale pentru funcționarea instalației, una dintre cele mai importante piese de echipament specificate în proiectare este sursa de alimentare neîntreruptibilă (UPS), care utilizează energie stocată pentru a furniza energie la aceste sarcini critice atunci când se pierde puterea normală și o sursă de alimentare de rezervă este pornită pentru a alimenta sarcinile clădirii.
La selectarea modulelor UPS pentru a alimenta sarcini critice într-o instalație, o decizie cheie de luat este dacă se utilizează un UPS cu sau fără transformatoare de intrare și/sau ieșire. Vedeți Figurile 2 și 3 pentru diagramele noționale care descriu un modul UPS bazat pe transformator și, respectiv, un transformator UPS.
În ultimul deceniu, sistemele UPS fără transformare au crescut rapid în popularitate, eclipsând proiectele bazate pe transformatoare. Această tranziție nu este surprinzătoare, deoarece modulele fără transformator oferă multe avantaje față de un UPS cu transformatoare. Cel mai mare avantaj este eficiența. Un UPS fără transformatoare poate vedea avantaje de eficiență de 5% sau mai mare, în comparație cu cele cu transformatoare. Acest lucru nu numai că înseamnă facturi mai mici de energie electrică, dar reprezintă și sarcini de căldură mai mici în camera care găzduiește UPS-ul, rezultând cerințe reduse de HVAC.
În instalațiile cu o cantitate mare de sarcină critică, economiile pot fi dramatice. În plus, sistemele UPS fără transformator reduc greutatea și amprenta fiecărui modul UPS în comparație cu sistemele bazate pe transformatoare, reducând dimensiunea și cerințele structurale ale încăperilor electrice și lăsând mai mult spațiu pentru spațiul alb sau alte porțiuni ale clădirii.
Cu toate acestea, transformatorul de ieșire al unui UPS bazat pe transformator oferă o opțiune care nu este disponibilă pentru sistemele UPS fără transformator: Izolația electrică furnizată de un transformator oferă posibilitatea de a crea o conexiune neutru-sol derivată separat la ieșirea UPS. În anumite situații - cum ar fi un sistem deservit de un serviciu delta nefondat, un serviciu împământat printr-un sol cu rezistență ridicată sau sisteme în care există potențialul ca cele două surse ale unui UPS cu intrare duală să provină din două surse independente - poate fi de dorit să se obțină un neutru la UPS fără transformator, pentru a furniza UPS-ului o referință stabilă la masă pe care o poate folosi pentru reglarea tensiunii la ieșirea sa și pe magistrala sa de curent continuu.
Dacă un astfel de neutru nu este derivat într-un sistem UPS fără transformator, atunci în timp ce bateria UPS se descarcă în timpul unei întreruperi a curentului de intrare și întrerupătorul de intrare UPS este deschis, sistemul din aval funcționează fără legare la pământ. În majoritatea instalațiilor, vor exista unul sau mai multe transformatoare din aval, externe UPS-ului, deservite de sistemul de alimentare critic. Aceste transformatoare din aval sunt de obicei găzduite într-o unitate de distribuție a energiei, iar pe partea lor secundară poate fi derivat un sistem împământat, dar acea porțiune a sistemului pe partea primară va fi totuși neînfundată în această perioadă.
Cei mai mulți ingineri de proiectare sunt obișnuiți să lucreze cu sisteme împământate și perspectiva de a lăsa o porțiune din clădire neîmpământată, chiar și într-o perioadă de tranziție în general scurtă între întreruperea alimentării cu energie și pornirea sistemului de alimentare de rezervă a instalației, poate părea îngrijorătoare. Cu toate acestea, crearea unui sistem de alimentare neîmpământat sigur, robust și conform codului este relativ simplă, necesitând doar modificări minore ale sistemelor de legare la pământ și de legătură necesare în orice sistem de alimentare la pământ.
Împământat versus nefondat
Sistemele împământate sunt de obicei preferate sistemelor nepământate din mai multe motive. Sistemele cu împământare stabilizează nivelurile de tensiune în întregul sistem, asigurându-se că toate echipamentele din sistem funcționează sub aceeași diferență de potențial. Acest lucru este deosebit de important pentru un UPS, deoarece este însărcinat cu reglarea precisă a nivelurilor de tensiune atât la ieșire, cât și pe magistrala sa de curent continuu, iar reglarea precisă a tensiunii necesită o referință solidă și stabilă la masă pentru a se menține. Sistemele cu împământare reduc, de asemenea, vârfurile de tensiune din cauza trăsnetului, ajută la prevenirea diferențelor de potențial între diferitele echipamente din sistem și asigură un circuit pentru curentul de defect la sol care să circule prin conductorii circuitului împământat înapoi la sursa de alimentare, permițând dispozitivele de protecție împotriva supracurentului. pentru a opera rapid și a izola defecțiunea.
NFPA 70: Codul electric național (NEC), articolul 250.4, prevede cerințe generale, bazate pe performanță, atât pentru sistemele cu împământare în 250.4 (A), cât și pentru sistemele fără împământare în 250.4 (B). Sistemele cu împământare au cinci cerințe: legarea la pământ a sistemului electric, legarea la pământ a echipamentelor electrice, legarea echipamentelor electrice, legarea materialelor conductoare electric și căile efective de curent de defect la sol.
În mod special, cele patru cerințe ale sistemelor neîmpământate enumerate la 250.4 (B) sunt similare sau identice cu cele din urmă patru cerințe ale sistemelor împământate. La fel ca în sistemele cu împământare, sistemele fără împământare necesită ca materialele conductoare care nu transportă curenți care să cuprindă conductori sau echipamente electrice și cele care sunt susceptibile să devină energizate să fie conectate la sol printr-o cale de impedanță redusă. Suprapunerea dintre aceste două seturi de cerințe ilustrează noțiunea că proiectarea unui sistem neîmpământat nu este prea teribil de diferită decât proiectarea unui sistem împământat.
Pentru a înțelege ce necesită NEC unui sistem UPS fără transformator atunci când acesta funcționează neînfundat în timpul descărcării bateriei, trebuie mai întâi să identificăm modul în care este definit acest sistem folosind limbajul NEC. Când întreruptorul de intrare UPS este deschis, UPS-ul nu este conectat la sistemul de alimentare din amonte și, prin urmare, la serviciul de alimentare, prin intermediul oricăror conductoare, altele decât cele utilizate pentru împământare și legare.
Este important să rețineți că, chiar dacă carcasa UPS-ului și echipamentele din aval pot fi încă lipite efectiv de carcasa sursei de alimentare în această stare, sistemul nu este considerat împământat decât dacă un conductor care transportă curent este conectat la masă. Prin urmare, NEC definește sistemul în această stare ca un sistem derivat separat și bateriile UPS ca sursă derivată separat. Cerințele de legare la pământ pentru sistemele derivate separat fără legare sunt definite la articolul 250.30 litera (B).