Współczynnik mocy UPS: Co 0,8, 0,9 i 1,0 oznaczają dla kVA i kW

Kilka miesięcy temu klient zapytał, dlaczego 100 kVA UPS w jego serwerowni ciągle zgłaszał przeciążenia i sporadycznie przełączał się na obejście.

Podłączone obciążenie wynosiło nieco ponad 80 kW, więc założył, że UPS powinien być wystarczająco duży.

Poprosiliśmy go o sprawdzenie tabliczki znamionowej.

100 kVA / 80 kW

To wyjaśniło większość problemu.

UPS był oceniony na 100 kVA, ale jego moc czynna wynosiła tylko 80 kW. Przy podłączonym obciążeniu przekraczającym 80 kW system pracował na granicy lub powyżej swojej znamionowej mocy kW. Niewielki wzrost obciążenia lub krótki skok mocy mógł wystarczyć do wywołania stanu przeciążenia.

Jest to częsty błąd przy doborze UPS.

Ludzie pamiętają liczbę 100 kVA lub 120 kVA, ale często pomijają moc znamionową kW wydrukowaną obok.

Przy wymiarowaniu UPS obie wartości są ważne.

Zacznij od rozdzielenia różnych współczynników mocy

Karta katalogowa UPS może zawierać kilka wartości współczynnika mocy:

• Współczynnik mocy wejściowej
• Znamionowy współczynnik mocy wyjściowej
• Współczynnik mocy obciążenia

Są one powiązane, ale nie opisują tego samego.

Współczynnik mocy wejściowej jest głównie problemem zasilania z upstream.

Współczynnik mocy wejściowej opisuje zależność między mocą czynną a mocą pozorną pobieraną przez UPS z sieci zasilającej lub generatora.

Nowoczesne systemy UPS z podwójną konwersją wykorzystujące prostowniki IGBT lub aktywne PFC mogą osiągnąć współczynnik mocy wejściowej bliski jedności w określonych warunkach pracy, z znacznie niższymi zniekształceniami prądu niż starsze konstrukcje prostowników.

Ma to znaczenie przy wymiarowaniu:

• Kable wejściowe
• Wyłączniki nadprądowe upstream
• Transformatory
• Generatory diesla

W przypadku projektowania elektrycznego upstream, sama znamionowa wartość kVA UPS nie wystarcza.

Bardziej użyteczną wartością jest zazwyczaj:

Maksymalny prąd wejściowy

Wejście UPS musi jednocześnie zasilać podłączone obciążenie, straty konwersji i, w wielu przypadkach, ładowanie akumulatorów.

Staje się to ważniejsze w systemach o długim czasie podtrzymania z większymi bankami akumulatorów i wyższymi prądami ładowania.

W przypadku wymiarowania kabli i wyłączników nadprądowych, podany przez producenta maksymalny prąd wejściowy jest zazwyczaj lepszym odniesieniem niż proste obliczenie oparte wyłącznie na znamionowej wartości kVA wyjściowej UPS.

Co oznaczają 0,8, 0,9 i 1,0?

Gdy UPS jest opisywany jako posiadający współczynnik mocy wyjściowej 0,8, 0,9 lub 1,0, zazwyczaj odnosi się to do zależności między jego znamionową mocą kW i znamionową mocą kVA.

Prosty sposób odczytu:

Znamionowy współczynnik mocy wyjściowej = Znamionowy kW ÷ Znamionowy kVA

Więc jeśli dostawca mówi:

To jest 100 kVA UPS.

Pozostaje jeszcze jedno ważne pytanie:

Na ile kW jest oceniony?

UPS 100 kVA / 80 kW i UPS 100 kVA / 100 kW mogą mieć tę samą znamionową wartość kVA, ale ich zdolność do mocy czynnej jest bardzo różna.

Jest to również widoczne w obecnych konstrukcjach UPS o wysokiej częstotliwości, gdzie stosunek znamionowej mocy kW do kVA zależy od konkretnego modelu, a nie tylko od kategorii produktu.

Czy UPS niskiej częstotliwości zawsze oznacza współczynnik mocy 0,8?

Nie.

Wiele starszych systemów opartych na transformatorach było ocenianych na:

100 kVA / 80 kW

Później wiele beztransformatorowych systemów o wysokiej częstotliwości przeszło na:

100 kVA / 90 kW

A dziś konstrukcje 100 kVA / 100 kW stają się coraz bardziej powszechne.

Ta historia stworzyła skrót myślowy:

UPS niskiej częstotliwości = 0,8
UPS o wysokiej częstotliwości = 0,9
UPS modułowy = 1,0

Nie jest to niezawodna zasada.

Rzeczywista moc czynna zależy od konstrukcji falownika, zdolności prądowej półprzewodników, konstrukcji termicznej i metody oceny producenta.

Transformator izolacyjny wyjściowy nie sprawia automatycznie, że UPS ma współczynnik mocy 0,8. Konstrukcja beztransformatorowa lub modułowa również nie oznacza automatycznie współczynnika mocy 1,0.

Porównując UPS niskiej częstotliwości, systemy o wysokiej częstotliwości i UPS modułowe, najbezpieczniejszym podejściem jest nadal sprawdzenie znamionowej wartości kVA i znamionowej mocy kW w karcie katalogowej.

Aby uzyskać szersze porównanie dwóch głównych topologii UPS, zapoznaj się z naszym przewodnikiem UPS niskiej częstotliwości vs. UPS o wysokiej częstotliwości.

Obciążenie również ma swój własny współczynnik mocy

UPS ma limity kW i kVA.

Obciążenie również ma swój własny współczynnik mocy kW, kVA i mocy.

Załóżmy, że rzeczywiste obciążenie wynosi:

80 kW przy współczynniku mocy 0,95

Moc pozorna wynosi:

80 ÷ 0,95 ≈ 84,2 kVA

Więc obciążenie zużywa:

• 80 kW mocy czynnej
• około 84,2 kVA mocy pozornej

Teraz podłącz to obciążenie do UPS 100 kVA / 80 kW.

Obciążenie wynosi w przybliżeniu:

• kW: 100%
• kVA: 84%

UPS nie wyczerpał kVA.

Wyczerpał kW.

Umieść to samo obciążenie na UPS 100 kVA / 100 kW, a liczby będą wyglądać następująco:

• kW: 80%
• kVA: 84%

Oba pozostają w granicach znamionowych UPS.

Dlatego wymiarowanie UPS nigdy nie powinno opierać się wyłącznie na kW lub kVA.

Obciążenie musi pozostać w obu granicach.

Którakolwiek z nich zostanie osiągnięta pierwsza, staje się ograniczeniem.

Aby uzyskać pełny proces wymiarowania, zapoznaj się z naszym przewodnikiem jak wymiarować i dobierać przemysłowy lub medyczny UPS.

Współczynnik mocy 1,0 nie oznacza, że można podłączyć każde obciążenie poniżej 100 kW

Jest to kolejne powszechne nieporozumienie.

Jeśli UPS jest oceniony na:

100 kVA / 100 kW

nie oznacza to, że każde obciążenie poniżej 100 kW jest automatycznie akceptowalne.

Weźmy obciążenie 80 kW.

Przy współczynniku mocy 1,0:

80 kW = 80 kVA

Przy współczynniku mocy 0,8:

80 ÷ 0,8 = 100 kVA

Moc czynna nadal wynosi tylko 80 kW, ale obciążenie już osiągnęło limit 100 kVA UPS.

Więc ocena współczynnika mocy 1,0 oznacza, że UPS może mieć równe znamionowe moce kVA i kW.

Nie oznacza to, że można zignorować współczynnik mocy obciążenia.

Współczynnik mocy indukcyjny i pojemnościowy również mają znaczenie

Współczynnik mocy obciążenia 0,8 to nie cała historia.

Może to być:

• 0,8 indukcyjny
• 0,8 pojemnościowy

Reprezentują one różne warunki pracy falownika.

Serwery, zasilacze impulsowe, falowniki, silniki i inne obciążenia przemysłowe nie zachowują się tak samo.

Dlatego dobra karta katalogowa UPS o średniej lub dużej mocy często zawiera więcej niż:

Współczynnik mocy wyjściowej = 1,0

Może również określać:

Zakres współczynnika mocy obciążenia

a czasami zawiera krzywą obniżenia mocy wyjściowej, pokazującą, ile kW lub kVA jest dostępne przy różnych współczynnikach mocy indukcyjnej i pojemnościowej.

W przypadku konwencjonalnych obciążeń IT, może to nie być duży problem.

W przypadku sprzętu takiego jak:

• Falowniki
• Silniki
• Maszyny CNC
• Sprzęt do obrazowania medycznego
• Inne obciążenia dynamiczne lub nieliniowe

należy również sprawdzić zakres współczynnika mocy obciążenia, zdolność do przeciążenia i wymagania dotyczące prądu szczytowego.

W przypadku zastosowań silnikowych i indukcyjnych, zapoznaj się z co sprawdzić przy wyborze UPS do obciążeń indukcyjnych.

Ta sama zasada dotyczy systemów obrazowania medycznego. W niedawnym projekcie 120 kVA UPS niskiej częstotliwości został użyty do skanera CT w Kamerunie, gdzie dynamiczne zachowanie obciążenia i chwilowe zapotrzebowanie były równie ważne jak znamionowa wartość kVA na tabliczce znamionowej.

Nie dodawaj po prostu 15% mocy ładowania akumulatorów do wyjścia UPS

Typowy skrót myślowy przy wymiarowaniu wygląda tak:

Obciążenie 80 kW
+ 15% ładowania akumulatorów
+ 20% zapasu
= wybierz UPS 120 kVA

Jest to łatwe do obliczenia, ale miesza stronę wejściową i wyjściową UPS.

Ładowanie akumulatorów głównie zwiększa zapotrzebowanie na moc po stronie wejściowej.

Pojemność ładowarki może się również znacznie różnić między modelami.

Dwa systemy UPS 100 kVA mogą mieć bardzo różne prądy ładowania, zwłaszcza jeśli jeden jest przeznaczony do banku akumulatorów zewnętrznych o długim czasie podtrzymania.

Przy wymiarowaniu:

• Kable wejściowe UPS
• Wyłączniki nadprądowe wejściowe
• Transformatory upstream
• Generatory diesla

sprawdź podane przez producenta:

Maksymalny prąd wejściowy

oraz:

Maksymalny prąd ładowania

Te wartości są bardziej użyteczne niż zakładanie, że ładowanie akumulatorów zawsze stanowi 10%, 15% lub 20% mocy UPS.

Wymiarowanie generatora nie powinno używać jednego stałego mnożnika

Inna powszechna zasada to:

Pojemność generatora = Pojemność UPS × 1,5

Czasami zalecenie to ×2.

Istnieją systemy, w których ten margines jest rozsądny, zwłaszcza starsze konstrukcje UPS o niższym współczynniku mocy wejściowej i wyższych zniekształceniach prądu.

Ale nie należy tego traktować jako uniwersalnej zasady.

Nowoczesne prostowniki UPS wykorzystujące IGBT lub aktywne PFC mogą stanowić bardzo różne obciążenie dla generatora.

Wymiarowanie generatora powinno uwzględniać:

• Maksymalny prąd wejściowy UPS
• Współczynnik mocy wejściowej
• THDi wejściowe
• Moc ładowania akumulatorów
• Miękki start prostownika lub czas rozruchu
• Reakcja AVR generatora
• Reakcja regulatora obrotów
• Inne obciążenia podłączone do tego samego generatora

Jeśli generator zasila również klimatyzację, pompy, oświetlenie lub inne urządzenia, te obciążenia również muszą być uwzględnione.

W przypadku systemów krytycznych, wymiarowanie generatora jest tylko częścią ogólnej architektury zasilania. Redundancja może być równie ważna. Nasz artykuł o redundancji N+1 vs. 2N UPS omawia ten temat osobno.

W przypadku projektów zasilanych z generatora, UPS i generator powinny być idealnie sprawdzane razem przy użyciu rzeczywistych modeli, a nie stałego mnożnika.

Co powinno być zawarte w specyfikacji technicznej UPS?

W przypadku UPS o średniej lub dużej mocy, określenie tylko:

100 kVA UPS online

nie wystarcza.

Przynajmniej potwierdź:

W przypadku nietypowych lub bardzo dynamicznych obciążeń, warto również poprosić o krzywą obniżenia mocy wyjściowej producenta w zależności od współczynnika mocy obciążenia.

Jest to znacznie bardziej użyteczne niż informacja, że UPS “może obsłużyć każde obciążenie.”

Jeszcze jedna uwaga

Następnym razem, gdy zobaczysz UPS 100 kVA, nie zakładaj, że może on dostarczyć 100 kW.

Sprawdź następną linię w karcie katalogowej.

Czy jest to:

80 kW?

90 kW?

czy:

100 kW?

Następnie porównaj te wartości z rzeczywistym obciążeniem kW i kVA.

Jeśli aplikacja obejmuje silniki, falowniki, sprzęt medyczny lub inne obciążenia dynamiczne, sprawdź również dopuszczalny zakres współczynnika mocy obciążenia i zdolność do przeciążenia.

Wiele błędów w wymiarowaniu UPS nie jest spowodowanych złym wzorem.

Zaczynają się od tego, że ktoś spojrzał na 100 kVA i na tym poprzestał.

Ten artykuł opiera się na doświadczeniu TAFENG w zakresie wymiarowania UPS i zastosowań terenowych. Ostateczny projekt systemu powinien być sprawdzony pod kątem danych technicznych wybranego modelu UPS i wymagań konkretnego projektu.

Potrzebujesz pomocy w sprawdzeniu rozmiaru UPS?

Prześlij nam swoje obciążenie sprzętu, współczynnik mocy i wymagany czas podtrzymania. Pomożemy ocenić pojemność UPS i konfigurację akumulatorów.

Wyślij nam listę obciążeń
Uzyskaj pomoc w wymiarowaniu UPS