Parametri di dimensionamento

La scelta dell’UPS è influenzata principalmente dalla corrente, dalla potenza assorbita dal carico e dalla caratteristica di distorsione massima ammissibile.

Oltre a questo occorre sottolineare che gli UPS, essendo caratterizzati da un’impedenza interna e da una tensione pressoché costanti solo fino alla corrente nominale (superata la corrente nominale il comportamento non è più lineare e va preso in considerazione nella scelta degli apparecchi di protezione contro le sovracorrenti e i guasti a terra), in condizione di sovraccarico non sono più adatti ad alimentare gli utilizzatori.

Alcuni UPS sono dotati di dispositivi di protezione contro le sovracorrenti che, diminuendo l’impedenza del carico, aumentano automaticamente l’impedenza interna (fig. 10.1).

Altri modelli infine sono autoprotetti contro i contatti indiretti per mezzo di un dispositivo che riduce automaticamente la tensione a 40V nel caso in cui dovesse annullarsi l’isolamento verso massa.

Tutto questo è realizzato elettronicamente con una risposta pressoché immediata creando a volte problemi quando i carichi alimentati presentano forti correnti di spunto. In questo caso, in particolare con modalità di funzionamento di tipo on-line, l’UPS deve essere opportunamente sovradimensionato (fig. 10.2).

Per quanto riguarda la corrente di guasto a terra, in genere molto limitata, per l’interruzione del guasto solitamente si impiegano interruttori differenziali.

Di seguito vengono elencati i parametri più importanti per il dimensionamento di un UPS.

• Potenza apparente in VA o kVA - (S = U_L1 x I_L1 in monofase;
  S = (U_L1 x I_L1) + (U_L2 x I_L2) + (U_L3 x I_L3) in trifase.
  
  
• Potenza attiva in W o kW - Dai dati rilevabili dalle targhe dei carichi o tramite misure: P = S x cosφ. La potenza dell’UPS deve essere uguale o superiore alla potenza totale calcolata (è consigliato mantenere un margine superiore di almeno il 30%).
  
  
• Fattore di cresta - Normalmente i carichi applicati agli UPS non sono lineari e come tali assorbono correnti distorte che presentano un fattore di cresta maggiore di 1,41 che è il valore normale di un carico lineare ( FC=I_pk/I_eff: dove FC è il fattore di cresta, I_pK è il valore di picco e Ieff è il valore efficace). É necessario verificare che l’UPS sia adatto all’alimentazione di carichi non lineari con un FC uguale o superiore a quello dei carichi nel loro insieme e che la distorsione di tensione in uscita sia accettabile dalle utenze alimentate. La determinazione del fattore di cresta potrebbe richiedere apposite misure. In mancanza di altri dati ci si può riferire ad un FC=3 definito dalla norma per effettuare test sugli UPS.
  
  
• Sovraccarico - É caratterizzato da assorbimenti di corrente, da parte delle utenze, superiori a quelli che si hanno in regime permanente. É necessario quantificare questi sovraccarichi e verificare che L’UPS sia in grado di sopportarli. Se i sovraccarichi fossero superiori alle capacità dell’UPS si possono scegliere UPS di taglia superiore o impiegare gruppi di continuità che siano in grado di commutare automaticamente l’alimentazione sulla rete primaria per il tempo necessario a superare il sovraccarico. Un problema può presentarsi in un tal sistema se al momento del sovraccarico la rete primaria fosse assente o fuori tolleranza : l’utenza potrebbe risultare non alimentata. Per ovviare a questo inconveniente si potrebbe, ove possibile, effettuare gli avviamenti dei carichi in modo progressivo.
  
  
• Servizio continuo o intermittente - Nel dimensionamento occorre indicare la gravosità del servizio cui l’UPS sarà sottoposto.
• Temperatura di funzionamento - Potrebbe in alcuni casi di UPS di potenza medio alta essere necessario predisporre un sistema per il condizionamento dell’ambiente.
• Rendimento - Il rapporto tra la potenza attiva in uscita e la potenza attiva in ingresso:
  

  η =	PU
  	Pi

  
  A causa dell’energia termica dispersa a volte può essere necessario condizionare l’ambiente in cui viene installato l ‘UPS per cui oltre al costo dovuto all’energia dispersa occorre aggiungere anche il costo per il condizionamento.
  
  
• Armoniche di corrente in ingresso - Il gruppo raddrizzatore carica batterie assorbe dalla linea una corrente perturbata, contenente armoniche multiple della fondamentale a 50Hz. Le armoniche iniettate nella rete a monte dell’UPS possono causare una distorsione sulla tensione che, se di notevoli proporzioni, può pregiudicare il normale funzionamento dei carichi non privilegiati. Questo è particolarmente evidente se la potenza dell’impianto non è almeno 4 o 5 volte quella dell’UPS installato. La Norma stabilisce i limiti di armonica introdotte in rete per correnti al di sotto di 16 A (3kW). Le soluzioni più diffuse per ridurne il valore sono le seguenti:
  
  
  • raddrizzatore di tipo dodecafase alimentato da trasformatore con doppie uscite in modo che la combinazione delle correnti al primario provochi la cancellazione delle armoniche più dannose;
    
    
  • raddrizzatore con PFC (Power Factor Control) che assorbe correnti dalla rete con basso contenuto in armoniche;
    
    
  • filtri risonanti installati all’ingresso dell’UPS che forniscono un circuito locale per le armoniche che, in questo modo, non vanno più ad interessare la rete.
    
    
• Rumorosità - La rumorosità deve essere contenuta entro i valori stabiliti dalla Norma che sono:
  52 dBA per gli uffici;
  60 dBA per le sale di elaborazione dati;
  65/75 dBA per i locali elettrici.
  
  
• Dimensioni e manutenzione - L’UPS se ben progettato deve essere contenuto nelle dimensioni senza pregiudicare la facilità di manutenzione.
  
  
• Grado di protezione - É il codice IP (grado di protezione degli involucri) che definisce la protezione contro l’ingresso dai corpi solidi (prima cifra) e contro i liquidi (seconda cifra ed eventuale lettera supplementare).
  
  
• Parametri di affidabilità - MTBF, (Mean Time Between Failures) è il parametro che valuta la durata di buon funzionamento dell’UPS tra un guasto e il successivo. Dipende dalle condizioni climatiche, dall’altitudine, dall’affidabilità dei componenti impiegati e dalla loro frequenza d’uso, dalle soluzioni tecnologiche adottate e dalla presenza di eventuali sistemi in parallelo (ridondanza d’uso). MTTR, (Mean To Repair) fornisce una valutazione sulla facilità di riparazione e quindi del tempo di interruzione del servizio. É influenzato dalla progettazione costruttiva, dalla diagnostica di bordo che permette una più facile identificazione del guasto e dalla facile reperibilità dei pezzi di ricambio in loco.
  
  
• Autonomia - Per definire l’autonomia si impiega spesso la definizione di “autonomia tipica” che si riferisce ad un UPS con carico allo 80%. L’autonomia delle batteria varia a seconda del tipo che normalmente può essere : tipo VRLA (Batterie Regolate a Valvola) meglio note come batterie ermetiche, con elettrolita immobilizzato, basse perdite di gas e quindi installabili in locali pubblici e uffici senza particolari precauzioni (CEI 21-6). Possono essere alloggiate all’interno dell’armadio dell’UPS o in quadri elettrici e hanno una durata che dipende dalla temperatura ambiente di utilizzo, dalle caratteristiche costruttive e dalle qualità delle stesse. Per installazioni di notevole potenza e lunga autonomia si possono invece utilizzare Batterie Stazionarie a Vaso Aperto (CEI 21-6). Questo particolare tipo di batterie richiede l’installazione in appositi locali e manutenzione periodica con rabbocco dell’elettrolita. Per ambienti particolarmente ostili (temperature da -30° a +60° C, forti sollecitazioni elettriche e meccaniche, ecc..) si possono utilizzare batterie al Nichel Cadmio che, per una vita di circa 15-20 anni, presentano un costo diverse volte superiore a batterie equivalenti del tipo VRLA.

Fig.10.2 - Legenda

U_n Tensione nominale in uscita dell’UPS
P_U Potenza attiva nominale dell’UPS
S_U Potenza nominale apparente dell’UPS
I_n Corrente nominale in uscita dell’UPS
U Tensione nominale del carico
P_C Potenza attiva nominale del carico
I_B Corrente nominale del carico
I_S Corrente massima del carico (compresi eventuali spunti)

Allegati scaricabili

Gruppi generatori statici di energia in B.T. (UPS)

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