Socomec Sicon UPS

Bienvenue
INCONTRO TECNICO
LA CONTINUITA’ DELL’ALIMENTAZIONE ELETTRICA:
CORRELAZIONI TRA GRUPPI ELETTROGENI E GRUPPI STATICI DI CONTINUITA’UPS
Mercoledì 11 Maggio 2005
Presso:
Castel San Pietro - BO
Golf club “LE FONTI”
Viale Terme, 1800
Bienvenue
SOCOMEC SICON UPS
PROFILO AZIENDALE
Un gruppo, dueBienvenue
divisioni
Siti produttiviBienvenue
Interruttori industriali
sede 1
personale
sede 2
personale
12 000 m2
342
13 000 m2
334
UPS
Benfeld FRA
(sede 3)
personale
Villaverla ITA
personale
Processi produttivi certificati
13 000 m2
401
14 000 m2
238
Due divisioni
Bienvenue
UPS
Interruttori industriali
Sistemi UPS
Monofase da 300 a 120 kVA
Trifase da 4,5 a 800 kVA
Stazioni di Energia (SE)
Raddrizzatori e SE in c.c. da 7,5 a 6000 A
Inverter e SE in c.a. da 1,5 a 18 kVA
Sezionamento BT
Interruttori e sezionatori (con o senza fusibili)
Commutatori di potenza
Controllo – Gestione & protezione elettrica
Strumenti multimisura
Conteggio e gestione d’energia
Controllo e protezione delle reti
Sistemi di trasferimento del carico
MTC. Gamma monofase da 50 a 270 A
e trifase da 30 a 4 800 A
IT-Switch da 16 a 32 A
Compensatori di armoniche
Gamma da 15 a 90 kVA
Sistemi di distribuzione di potenza
Armadi vuoti o attrezzati
Centraline di rifasamento
Accessori di montaggio - cablaggio
Crescita costante
Bienvenue
192
189
190
169
138
108
Fatturato (MILIONI Euro)
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Una presenza mondiale
Bienvenue
1 700 persone ripartite in:
- 15 filiali nel mondo
- 7 siti industriali
(3 in Francia, 2 in Italia, 1 in
Tunisia, 1 in India)
Filiali
Distributori
Una ricerca e sviluppo
all’avanguardia
Bienvenue
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Premio Frost &Bienvenue
Sullivan
Il riconoscimento Frost & Sullivan 2003 per
“l’eccellenza nell’attenzione al cliente nel mercato degli
UPS” è assegnato al Gruppo Socomec.
Bienvenue
DefinizioniBienvenue
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Struttura
di un UPS
Bienvenue
Ingresso Rete
Alimentazione
Raddrizzatore
e/o Caricabatterie
Batterie
Inverter
Ingresso Rete
Soccorso
Il neutro è passante
By-Pass statico
By-Pass manuale
UPS tipo “VFI-SS-111” secondo EN62040-3
Tre tipologie
: IEC 62040-3
Bienvenue
LIVELLO
PARALLELO
DI PROTEZIONE
RIDONDANTE
/ COSTO
- STS
“off-line”
“line-interactive”
“on-line”
Parallelo: Ridondante
o di potenza
Bienvenue
PARALLELO DI RIDONDANZA
Il guasto UPS
carico su UPS
PARALLELO DI POTENZA
Guasto UPS
carico in rete
Parallelo: modulare
o centralizzato
Bienvenue
MODULARE:
Sistemi ridondanti 1+1
(i by-pass sopportano al massimo la corrente del singolo UPS)
CENTRALIZZATO:
Oltre sistemi ridondanti 1+1
Paralelli di potenza
(il by-pass sopprta la corrente dell’intero impianto)
(alta capactà di corto circuito)
Bienvenue
DIMENSIONAMENTO
UPS
Bienvenue
• Occorre conoscere la somma vettoriale delle potenze
dei carichi (STOT e fdpTOT);
• La distorsione armonica di tensione dell’UPS è funzione
del fattore di cresta del carico (C.F.UPS>C.F.CARICHI @
THDv);
• Il sovraccarico UPS da batteria deve “reggere” il
sovraccarico tipico del carico (in tempo e in potenza);
• L’autonomia da batteria deve essere calcolata per la
potenza ATTIVA del carico.
CARICHI Bienvenue
PARTICOLARI
• In ambiente informatico: FAX, STAMPANTI,
FOTOCOPATRICI
• In ambiente industriale: MOTORI
• Nell’emergenza: LAMAPDE
• ... CARICHI CON CORRENTE PULSANTE
UNIDIREZIONALE
•… CARICHI DISTOCENTI MONOFASI COLLEGATI A
STELLA
MOTORI (spunto
all’avvio)
Bienvenue
dY: 425 A
Y: -226 A
Durata
spunto
100ms
Corrente di
spunto 9xIn
21 >
>
1) Ch 1:
2) Ch 2:
T
T
2
1>
>
1) Ch 1:
2) Ch 2:
200 Volt 100 ms
100 A 100 ms
Corrente sinusoidale
200 Volt 10 ms
100 A 10 ms
In figura 1 è riportato
l’oscillogramma della tensione
stellata (in blu) e della
corrente sulla rispettiva fase
(in rosso) durante la fase di
avviamento di un motore
asincrono trifase a rotore
avvolto da 7kW; Il motore è
utlizzato come pompa per il
sollevamento di acqua. La
corrente di avviamento è
sfasata in ritardo rispetto alla
tensione,ha forma sinusoidale
ed ha un valore nei primi cicli
molto elevato
MOTORI Bienvenue
Sovradimesionamento
IUPS(NOM)> (9/ ) IMOT(NOM)
per DIGYS EVO 3/3 da 10kVA a 30kVA
Durata sovraccarico
10 minuti (t<30°C)
1 minuti (t<30°C)
2 minuti (t>30°C)
10 sec (t>30°C)
1.25
1.5
Nel caso gli avviamenti siano frequenti
e contemporanei tra più motori =1;
MOTORI Bienvenue
Soluzioni:
•Sovradimensionare UPS (tutti i motori in
marcia + lo spunto del numero massimo di
motori che possono accendersi
contemporaneamente)
• Usare a monte del motore un avviatore con
rampa di avvio e bassa corrente di spunto
•Inibire l’avvio del motore se rete non
presente ( segnalare ai sistemi uP o PLC di
non avviare il motore)
MOTORI Bienvenue
Ritorni di energia
• L’UPS non riesce a recuperare “grandi” energie
sulle batterie
• Non esistono soluzioni applicabili sull’UPS
• Usare resistenze di frenatura sull’azionamento o
allungare le rampe di decelerazione
compatibilmente con l’applicazione
LAMPADEBienvenue
A SCARICA
T
T
T
1>
2>
1>
1) Ch 1:
2) Ch 2:
200 mVolt 10 ms
100 Volt 10 ms
Zoom (phi= 90°)
1) Ch 1:
200 mVolt 200 ms
Corrente di spunto=1.8 Inom per 600ms
LAMPADEBienvenue
A SCARICA
Corrente di spunto=1.8 Inom per 600ms
• 600ms è considerato dall’UPS come un
sovraccarico
• Considerare la “sovraccaricabilità” dell’
UPS ed il fattore di contemporaneità
• Un UPS con una sovraccarico tipico
dovrebbe essere sovradimensionamento del
+30% - +40%
Bienvenue
Armoniche di Bienvenue
corrente: problemi
• DISTORSIONE DELLA TENSIONE
• SURRISCALDAMENTO DEI TRASFORMATORI
• SURRISCALDAMENTO DEI CAVI
• DIMINUZIONE DEL FATTORE DI POTENZA
• INTERVENTO INOPPORTUNO DELLE PROTEZIONI
RADDRIZZATORE
A 6 IMPULSI
Bienvenue
• Three phase SCR rectifier (6 pulse)
High input THD > 30 %
Power factor 0.8 to 0.85
High efficiency
Harmonic spectrum
40%
30%
28 %
20%
10%
Input current
8%
7%
5%
4,7 %
H7
H11
H17
H19
0%
H5
RADDRIZZATORE
A 12 IMPULSI
Bienvenue
•
Dodecaphase SCR rectifier (12 pulse)
Input THD 10 to 12 %
Power transformer required
Reduced floor space = cost
Power factor 0.85
Harmonic spectrum
30%
20%
10%
9%
6%
3,4 % 2,4 %
Input current
0%
H11 H13 H23 H25
CORREZIONE
“DELTA”
Bienvenue
Line interactive technology
(eg Delta conversion)
Alimentation
primaire
THD from 2% to >12% load & supply conditions dependent.
Power factor dependent on load conditions & supply conditions.
No frequency correction.
Limited protection against over-voltage.
Can be affected by load high short circuit current.
Charge
FILTRI PASSIVI
Bienvenue
Three phase rectifier + Passive LC filter
Typical THD 6 to 10 %,
only tuned at nominal load.
Filtering effectiveness is load dependent,
drops with load rate.
More space requirements.
Resonance & over-capacitive risks.
Filter overloading risk,
by utility harmonics.
H5 filter
FILTRI ATTIVI
Bienvenue
SCR Three phase rectifier + Active Filter
Input THD 3% to 5%,
Additional Hardware = lower system reliability,
Lower efficiency,
High cost,
Filter shall be rated at ≈ 1/3 of rectifier nominal current
Higher extra losses
eg. 30 Amps active filter ≈ 1,5 to 2 kW losses
RADDRIZZATORE
IGBT
Bienvenue
• PWM IGBT three phase rectifier bridge
U
I
U
I
I
CONFRONTO
RADDRIZZATORI
Bienvenue
% THDi
30
Raddrizzatore Boost
25
20
15
6 p. + filtro LC
12
impulsi
10
5
0
Raddriz.
IGBT
0,3 Pn
0,5 Pn
Pn
UPS IN PARALLELO
Bienvenue
Phase shifted rectifiers
results depending on nb of shifted units
distortion increases when unit(s) stop(s)
poor Power Factor
costly solution
extra floor space requirements (transformer)
UPS
UPS
UPS
Bienvenue
BATTERIE
Bienvenue
• Per il calcolo dell’autonomia occorre conoscere la
potenza ATTIVA del carico.
• La potenza apparente o peggio quella “informatica”
non permettono il calcolo corretto dell’autonomia.
• L’autonomia dipende dalla tensione di fine scarica
(typ=1.7V/el) e dalla temperatura (typ=20°C).
•Il tempo di ricarica dipende dalla corrente di ricarica
min 5-6% C10 (20 ore ca.), max 20% C10 (5 ore ca.).
•Attenzione alla “profondità” della scarica
VTA ATTESA Bienvenue
Classificazione EUROBAT
•3-5 anni
•6-9 anni
•10-12 anni
•>12 anni
BATTERIE (calcolo
autonomia)
Bienvenue
Stringhe in parallelo: 2
Batterie in serie (ogni stringa): 34
Tipo batteria: SWL750
Potenza del carico: 12000W
Rendimento UPS a 12000W: 0,906
Temp. Amb.: 20 °C (lambda= 0,005)
Potenza richiesta carico
Prichiesta(1 batt) =
---------------------------------------------------- = 193,923W (32.3 W/el)
(Num batterie X Num Stringhe X Rendimento)
Autonomia (interpolazione tabella batteria a 1,70 V/el) = 64'
VENTILAZIONE
BATTERIE
Bienvenue
Batterie stazionarie:
Sicurezza (EN50272-2)
Formula per calcolo ventilazione locali
batterie:
scopo mantenere la concentrazione di idrogeno <4%
Q: flusso d’aria minimo per mantenere
una corretta ventilazione
Q (m3/h) = 0,05 x n x Ig x C x 10-³
n: numero di elementi (celle)
Ig: corrente di ricarica [mA/Ah]
C: capacità (Pb:1.8V /20°C)
Ventilazione naturale (raccomandata) o forzata
A (cm2) = 28 x Q (2 aperture ingresso e uscita per varia supposta 0.1 m3/s)
Bienvenue
SOVRACORRENTI
- Ingresso
Bienvenue
INGRESSI SEPARATI
INGRESSO SINGOLO
SOVRACORRENTI
- Ingresso
Bienvenue
La taglia viene consigliata dal costruttore
•Preferire UPS a bassa distorsione armonica in
ingresso
Casi patricolari:
• UPS 3/1
La corrente di by-pass è il triplo della corrente
del raddrizzatore: dimensionare la protezione
sulla corrente di by-pass
• UPS 3/3 e carichi Non Lineari monofasi
La corrente sul neutro (150Hz) può raggiungere
2.2 volte la corrente di fase: dimensionare la
protezione sulla corrente del neutro
SOVRACORRENTI
- Uscita
Bienvenue
Due correnti di corto circuito:
• con rete presente (15-20In)
• in assenza rete
•
Da BATTERIA: 2-3In
•
Da GRUPPO EL: ZGE>3xZtrasf
Usare il criterio del caso peggiore
(cortocircuito da inverter)
Non interviene MAI:
• E’ in serie con l’inverter
• E’ in serie con la protezione di by-pass
SELETTIVITA
’
Bienvenue
I2tMCB-2
I2tSCR =11000 A2s
I2tMCB-2 A2s
I2tMCB-3
I2tUPS = 22.05 A2s
I2tMCB-3 A2s
Icc-inv= 21A
Selettività a valle tra una sorgente a potenza
limitata e distribuione di interruttori
magnetotermici. Selettività da by-pass e da
batteria
Icc-line= 6000A
PROTEZIONE
DIFFERENZIALE
Bienvenue
• I filtri EMI di ingresso dell’UPS impongono di
sovradiemsionare il differenziale di ingresso.
• Deve essere garantita la selettività tra differenziale di
ingresso (“S”) e differenziali della distribuzione in uscita
(“g”) come in un normale impianto di distribuzione (“S”
ritardato di almeno 0.6s o IdS >3Idg, “g” non ritardato) [CEI
64-8/5, sistema TT].
• Nel sistema IT (o in isola) può intervenire
intempestivamente.
•Il differenziale di ingresso deve essere sensibile alle
correnti a valore medio diverso da zero
CONTATTI INDIRETTI
Bienvenue- Ingresso
id
id
id
Il neutro del
raddrizzatore e del
by-pass sono
accomunati
all’interno dell’UPS
CONTATTI INDIRETTI
Bienvenue- Ingresso
Σ I≠ 0
•Utilizzare un unico differenziale
•Disaccoppiare i neutri
CONTATTI INDIRETTI
Bienvenue- Ingresso
id
Per UPS in PARALLELO
I neutri delle due UPS sono
accomunati
CONTATTIBienvenue
INDIRETTI - Uscita
Nel caso di interruttori
differenziali sia a monte che
a valle dell’UPS bisogna
prestare attenzione alla
corretta selettività
id
id
id
id
id
id
Funzionamento
dell’UPS in isola
Bienvenue
Funzionamento
in isola
Bienvenue
FUNZIONAMENTO IN ISOLA
con controllo dell’isolamento
FUNZIONAMENTO IN ISOLA
con trasformatore di isolamento
FUNZIONAMENTO IN ISOLA
con connessione neutro-terra
Neutro
USARE PROTEZIONI TRIPOLARI
(SE POSSIBILE) [TN-C]
RITORNI DI ENERGIA
Bienvenue
Direttiva ENEL DK 5600
• Nel caso in cui il cliente sia dotato di gruppi statici di continuità per
servizi non interrompibili di un certo rilievo, e quindi non di tipo mobile
monofase <= 6 kW, si deve evitare che tali apparecchiature possano
fornire, anche transitoriamente, energia alla rete ENEL. La separazione
di tali apparecchiature dalla rete deve essere garantita, oltre che dal
dispositivo statico anche da un dispositivo capace di assicurare una
separazione metallica rispondente alle norme CEI 64-8, CEI EN 500911/1 e CEI EN 60947-4-1. La richiusura automatica o manuale di tale
sezionamento deve essere possibile solo dopo la ripresa del servizio
sulla rete ENEL.
RITORNI DI ENERGIA
Bienvenue
uP
RITORNI DI TENSIONE
Bienvenue
uP
ESD
Bienvenue
Bienvenue
!
!
!
INTEGRAZIONE
CON « GE »
Bienvenue
INTEGRAZIONE
CON « GE »
Bienvenue
•Il raddrizzatore dell’UPS assorbe una corrente distorta: in
funzione del valore di distorsione occorre sovradimensionare
il gruppo elettrogeno a monte :
Pge=kxPUPS
Dove k può variare da 1.2 a 2 e oltre.
•Per grosse potenze (>100kVA) il GE può soffrire la presa di
carico a gradino