UPS-vermogensfactor: Wat 0,8, 0,9 en 1,0 betekenen voor kVA en kW

Een paar maanden geleden vroeg een klant waarom een 100 kVA UPS in zijn serverruimte steeds overbelastingen meldde en af en toe naar bypass schakelde.

De aangesloten belasting was slechts iets meer dan 80 kW, dus hij ging ervan uit dat de UPS groot genoeg had moeten zijn.

We vroegen hem het typeplaatje te controleren.

100 kVA / 80 kW

Dat verklaarde het grootste deel van het probleem.

De UPS was nominaal 100 kVA, maar zijn actief-vermogen was slechts 80 kW. Met meer dan 80 kW reeds aangesloten, werkte het systeem op of boven zijn nominale kW-limiet. Een kleine toename van de belasting of een korte piekspanning kon al voldoende zijn om een overbelastingsconditie te veroorzaken.

Dit is een veelvoorkomende fout bij de selectie van UPS'en.

Mensen onthouden het getal 100 kVA of 120 kVA, maar negeren vaak de ernaast afgedrukte kW-rating.

Voor UPS-dimensionering zijn beide belangrijk.

Begin met het scheiden van de verschillende vermogensfactoren

Een UPS-datasheet kan verschillende vermogensfactorwaarden vermelden:

• Ingangsvermogensfactor
• Nominale uitgangsvermogensfactor
• Belastingsvermogensfactor

Ze zijn gerelateerd, maar beschrijven niet hetzelfde.

Ingangsvermogensfactor is voornamelijk een stroomopwaarts probleem

Ingangsvermogensfactor beschrijft de relatie tussen het actieve vermogen en het schijnbare vermogen dat de UPS uit de netvoeding of generator trekt.

Moderne dubbel-conversie UPS-systemen met IGBT-gelijkrichters of actieve PFC kunnen onder gespecificeerde bedrijfsomstandigheden een ingangsvermogensfactor dicht bij één bereiken, met een veel lagere stroomvervorming dan oudere gelijkrichterontwerpen.

Dit is belangrijk bij het dimensioneren van:

• Ingangskabels
• Stroomopwaartse beveiligingen
• Transformatoren
• Dieselgeneratoren

Voor stroomopwaarts elektrisch ontwerp is de nominale kVA van de UPS alleen niet voldoende.

Een nuttiger getal is meestal:

Maximale ingangsstroom

De UPS-ingang moet tegelijkertijd de aangesloten belasting, conversieverliezen en, in veel gevallen, batterij opladen leveren.

Dit wordt belangrijker in systemen met lange looptijden en grotere batterijbanken en hogere laadstromen.

Voor kabel- en beveiligingsdimensionering is de door de fabrikant gespecificeerde maximale ingangsstroom meestal een betere referentie dan een eenvoudige berekening op basis van alleen de UPS-uitgang kVA-rating.

Wat betekenen 0,8, 0,9 en 1,0?

Wanneer een UPS wordt beschreven met een uitgangsvermogensfactor van 0,8, 0,9 of 1,0, verwijst dit normaal gesproken naar de relatie tussen zijn nominale kW en nominale kVA.

Een eenvoudige manier om het te lezen is:

Nominale uitgangs-PF = Nominale kW ÷ Nominale kVA

Dus als een leverancier zegt:

Dit is een 100 kVA UPS.

Er is nog steeds één belangrijke vraag:

Hoeveel kW is hij nominaal?

Een 100 kVA / 80 kW UPS en een 100 kVA / 100 kW UPS kunnen dezelfde kVA-rating hebben, maar hun actief-vermogen is zeer verschillend.

Dit is ook zichtbaar bij huidigehoogfrequente UPSontwerpen, waarbij de nominale kW-naar-kVA-verhouding afhangt van het specifieke model in plaats van alleen de productcategorie.

Betekent een laagfrequente UPS altijd PF 0,8?

Nee.

Veel oudere transformator-gebaseerde systemen waren nominaal:

100 kVA / 80 kW

Later gingen veel transformatorloze hoogfrequente systemen over op:

100 kVA / 90 kW

En tegenwoordig worden 100 kVA / 100 kW ontwerpen steeds gebruikelijker.

Die geschiedenis creëerde een snelkoppeling:

Laagfrequente UPS = 0,8
Hoogfrequente UPS = 0,9
Modulaire UPS = 1,0

Het is geen betrouwbare regel.

Het werkelijke actief-vermogen hangt af van het inverterontwerp, de stroomcapaciteit van de halfgeleiders, het thermisch ontwerp en de meetmethode van de fabrikant.

Een uitgangsisolatietransformatormaker een UPS niet automatisch PF 0,8. Een transformatorloze of modulaire ontwerp is ook niet automatisch PF 1,0.

Bij het vergelijken vanlaagfrequente UPS, hoogfrequente systemen enmodulaire UPS, is de veiligste aanpak nog steeds om de nominale kVA en nominale kW op het datasheet te controleren.

Voor een bredere vergelijking van de twee belangrijkste UPS-topologieën, zie onze gids overlaagfrequente UPS vs. hoogfrequente UPS.

De belasting heeft ook zijn eigen vermogensfactor

De UPS heeft kW- en kVA-limieten.

De belasting heeft ook zijn eigen kW, kVA en vermogensfactor.

Stel dat de werkelijke belasting is:

80 kW bij PF 0,95

Het schijnbare vermogen is:

80 ÷ 0,95 ≈ 84,2 kVA

Dus de belasting gebruikt:

• 80 kW actief vermogen
• ongeveer 84,2 kVA schijnbaar vermogen

Sluit die belasting nu aan op een 100 kVA / 80 kW UPS.

De belasting is ongeveer:

• kW: 100%
• kVA: 84%

De UPS heeft geen kVA meer.

Hij heeft geen kW meer.

Plaats dezelfde belasting op een 100 kVA / 100 kW UPS en de cijfers worden:

• kW: 80%
• kVA: 84%

Beide blijven binnen de UPS-rating.

Daarom mag UPS-dimensionering nooit alleen op kW of kVA gebaseerd zijn.

De belasting moet binnen beide limieten blijven.

Welke het eerst wordt bereikt, wordt de beperking.

Voor een volledig dimensioneringsproces, zie onze gids overhoe een industriële of medische UPS te dimensioneren en te selecteren.

PF 1,0 betekent niet dat elke 100 kW belasting kan worden aangesloten

Dit is een ander veelvoorkomend misverstand.

Als een UPS is nominaal:

100 kVA / 100 kW

betekent dit niet dat elke belasting onder de 100 kW automatisch acceptabel is.

Neem een 80 kW belasting.

Bij PF 1,0:

80 kW = 80 kVA

Bij PF 0,8:

80 ÷ 0,8 = 100 kVA

Het actieve vermogen is nog steeds slechts 80 kW, maar de belasting heeft al de 100 kVA limiet van de UPS bereikt.

Dus een PF 1,0 rating betekent dat de UPS gelijke nominale kW- en kVA-capaciteit kan hebben.

Het betekent niet dat de belastingsvermogensfactor genegeerd kan worden.

Voorloop- en achterloop-vermogensfactor zijn ook belangrijk

Een belastingsvermogensfactor van 0,8 is niet het hele verhaal.

Het kan zijn:

• 0,8 achterlopend
• 0,8 voorlopend

Deze vertegenwoordigen verschillende bedrijfsomstandigheden voor de inverter.

Servers, schakelende voedingen, VFD's, motoren en andere industriële belastingen gedragen zich niet allemaal hetzelfde.

Daarom bevat een goede datasheet voor middelgrote of grote UPS'en vaak meer dan:

Uitgangs-PF = 1,0

Het kan ook specificeren:

Bereik belastingsvermogensfactor

en soms een uitgangs-deratingcurve geven die laat zien hoeveel kW of kVA beschikbaar is bij verschillende voorloop- en achterloop-vermogensfactoren.

Voor conventionele IT-belastingen is dit mogelijk geen groot probleem.

Voor apparatuur zoals:

• VFD's
• Motoren
• CNC-machines
• Medische beeldapparatuur
• Andere dynamische of niet-lineaire belastingen

moeten het bereik van de belastings-PF, de overbelastingscapaciteit en de piek-stroomvereisten ook worden gecontroleerd.

Voor motor- en inductieve toepassingen, ziewat te controleren bij het kiezen van een UPS voor inductieve belastingen.

Hetzelfde principe geldt voor medische beeldvormingssystemen. In een recent project werd een120 kVA laagfrequente UPS gebruikt voor een CT-scanner in Kameroen, waar dynamisch belastingsgedrag en transiënte vraag net zo belangrijk waren als de kVA-rating op het typeplaatje.

Tel niet zomaar 15% batterijlaadvermogen op bij de UPS-uitgang

Een veelvoorkomende snelkoppeling voor dimensionering ziet er als volgt uit:

80 kW belasting
+ 15% batterij opladen
+ 20% reservecapaciteit
= kies een 120 kVA UPS

Het is gemakkelijk te berekenen, maar het mengt de UPS-ingangs- en uitgangszijde.

Batterij opladen verhoogt voornamelijk de stroomvereiste aan de ingangszijde.

De capaciteit van de lader kan ook aanzienlijk variëren tussen modellen.

Twee 100 kVA UPS-systemen kunnen zeer verschillende laadstromen hebben, vooral als de ene is ontworpen voor een externe batterijbank met lange looptijd.

Bij het dimensioneren van:

• UPS-ingangskabels
• Ingangsbeveiligingen
• Stroomopwaartse transformatoren
• Dieselgeneratoren

controleer de fabrikant's:

Maximale ingangsstroom

en:

Maximale laadstroom

Die cijfers zijn nuttiger dan aan te nemen dat batterij opladen altijd 10%, 15% of 20% van de UPS-capaciteit is.

Generator-dimensionering mag geen vaste multiplier gebruiken

Een andere veelvoorkomende regel is:

Generatorcapaciteit = UPS-capaciteit × 1,5

Soms is de aanbeveling ×2.

Er zijn systemen waar die marge redelijk is, vooral oudere UPS-ontwerpen met een lagere ingangsvermogensfactor en hogere stroomvervorming.

Maar het mag niet als een universele regel worden behandeld.

Moderne UPS-gelijkrichters met IGBT of actieve PFC kunnen een zeer verschillende belasting op een generator leggen.

Generator-dimensionering moet rekening houden met:

• Maximale UPS-ingangsstroom
• Ingangsvermogensfactor
• Ingangs-THDi
• Batterij laadvermogen
• Gelijkrichter soft-start of walk-in tijd
• Generator AVR-respons
• Gouverneur-respons
• Andere belastingen aangesloten op dezelfde generator

Als de generator ook airconditioning, pompen, verlichting of andere apparatuur levert, moeten die belastingen ook worden meegenomen.

Voor kritieke systemen is generator-dimensionering slechts een deel van de totale stroomarchitectuur. Redundantie kan net zo belangrijk zijn. Ons artikel overN+1 vs. 2N UPS-redundantiebehandelt dat onderwerp afzonderlijk.

Voor projecten met generator-back-up moeten de UPS en generator idealiter samen worden gecontroleerd met behulp van de werkelijke modellen in plaats van een vaste multiplier.

Wat moet worden opgenomen in een technische specificatie van een UPS?

Voor een middelgrote of grote UPS is het specificeren van alleen:

100 kVA online UPS

niet voldoende.

Bevestig minimaal:

Voor ongebruikelijke of zeer dynamische belastingen is het ook de moeite waard om de output derating curve van de fabrikant versus de belastingsvermogensfactor te vragen.

Dat is veel nuttiger dan te horen dat een UPS "elke belasting aankan".

Nog een laatste punt

De volgende keer dat u een 100 kVA UPS ziet, ga er dan niet van uit dat deze 100 kW kan leveren.

Controleer de volgende regel van het datasheet.

Is het:

80 kW?

90 kW?

of:

100 kW?

Vergelijk die ratings vervolgens met de werkelijke belastings-kW en kVA.

Als de toepassing motoren, VFD's, medische apparatuur of andere dynamische belastingen omvat, controleer dan ook het toegestane bereik van de belastingsvermogensfactor en de overbelastingscapaciteit.

Veel fouten bij UPS-dimensionering worden niet veroorzaakt door een slechte formule.

Ze beginnen omdat iemand keek naar100 kVAen daar stopte.

Dit artikel is gebaseerd op de ervaring van TAFENG met UPS-dimensionering en veldtoepassingen. Het definitieve systeemontwerp moet worden gecontroleerd aan de hand van de technische gegevens van het geselecteerde UPS-model en de vereisten van het specifieke project.

Hulp nodig bij het controleren van uw UPS-grootte?

Stuur ons uw apparatuurlast, vermogensfactor en benodigde back-uptijd. Wij kunnen helpen bij het beoordelen van de UPS-capaciteit en batterijconfiguratie.

Stuur ons uw belastingslijst
Hulp bij UPS-dimensionering