Asistenční služby Zeppelin CZ pro servis a údržbu záložních zdrojů elektrické energie
Při výpadku elektrické energie by mohly vzniknout hospodářské škody, proto je dobré zajistit dodávku elektrické energie ze záložního energetického zdroje. Ve většině případů se jedná o dieselgenerátor, doplněný zařízením pro vykrytí krátké prodlevy mezi samotným výpadkem a nástupem dieselgenerátoru (obvykle záložní zdroj UPS nebo podobné zařízení s krátkou dobou zálohování).
Dieselgenerátor je většinu času v režimu STANDBY tedy připraven, než dojde k přerušení dodávky elektrické energie. Vzhledem k tomu, že dodávka elektrické energie v České republice je velmi spolehlivá, dieselgenerátor může na svou chvíli čekat řadu měsíců, nebo dokonce let. To není z hlediska provozní spolehlivosti ideální režim, protože o stavu zařízení, které je dlouhodobě pouze připraveno, příliš mnoho nevíme, pokud ovšem není pravidelně zkoušeno. Ze zkušenosti víme, že v mnoha případech je zkušební provoz opomíjen, ale jakmile k výpadku dojde, je dieselgenerátor tou jedinou bariérou, která dělí celý provoz od ponoření do úplné tmy.
Právě správná údržba a pravidelné zkoušky jsou rozhodujícími faktory pro míru spolehlivosti dodávky elektrické energie z tohoto stroje. Běžné záložní dieselgenerátory mají roční proběh 20 – 50 motohodin, převážná část tohoto času jsou rutinní starty při pravidelných kontrolách, jen zlomek času představují skutečně „ostré“ starty. Tyto stroje se tak prakticky nikdy nedožijí střední nebo generální opravy. To však neznamená, že nepotřebují servis alespoň na takové úrovni, jakou vyžadují hlavní části výrobní technologie. I s autem jezdíte na kontroly nejen podle ujetých kilometrů, ale i dle stáří vozu.
Z hlediska provozní spolehlivosti mají určitou výhodu generátory, které jsou používány i v jiných než nouzových situacích. Sem patří např. špičkování, provoz v ostrovních systémech, případně zařazení stroje do sítě SmartGrids. Tyto stroje startují častěji a jistota jejich provozuschopnosti je tak stále ověřována. Příkladem mohou být tři dieselgenerátorové farmy o výkonu 32MW, které byly instalovány na Slovensku původně jako pojistka pro případ omezení dodávek zemního plynu. Skutečnost je ale taková, že jsou v provozu prakticky denně.
Mezi klíčové vlastnosti dieselgenerátoru patří jeho spolehlivý start, rychlé dosažení provozních otáček a schopnosti dodat do zátěže plný výkon. To je podmíněno několika faktory:
<ul>
<li>provozuschopností startéru</li>
<li>stavem startovací baterie (napětí, kapacita, ale i stav kontaktů a kabelů)</li>
<li>stavem olejové náplně (teplota, kvalita oleje a filtrů)</li>
<li>stavem systému vstřikování paliva</li>
<li>kvalitou paliva</li>
</ul>
Podmínek je samozřejmě více, těchto pět je ale pro start stroje klíčových. První čtyři souvisí s kvalitou péče o dieselgenerátor, poslední pak znamená známé problémy se „stárnoucí“ naftou s biosložkou.
<h2>Asistenční služby</h2>
Pravidelnou údržbu lze provádět v zásadě třemi způsoby:
<ol>
<li>Sjednat si již při pořízení dieselgenerátoru Servisní smlouvu a pak už se o nic nestarat</li>
<li>Včas si objednat údržbu u autorizované firmy</li>
<li>Provádět údržbu svépomocí</li>
</ol>
Společnost Zeppelin CZ za více než dvacetileté působení na trhu zabezpečeného napájení elektrickou energií instalovala více jak 3000 záložních dieselgenerátorů nebo komplexních energocenter. Servisní péče o tuto rozsáhlou instalovanou bázi přinesla řadu poznatků a zkušeností, od logistiky náhradních dílů (sortiment, distribuce, výše zásob, případně konsignační sklady) po alokaci servisní techniků na celém území České republiky z důvodu optimalizace dojezdových časů. Právě na základě těchto zkušeností doporučujeme uživatelům záložních zdrojů Servisní smlouvy jako nejvyšší úroveň péče o tato důležitá zařízení.
<img class="size-full wp-image-73043 aligncenter" src="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Servis-min-2.png" sizes="(max-width: 767px) 89vw, (max-width: 1000px) 54vw, (max-width: 1071px) 543px, 580px" srcset="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Servis-min-2.png 1250w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Servis-min-2-512x275.png 512w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Servis-min-2-768x413.png 768w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Servis-min-2-1024x551.png 1024w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Servis-min-2-725x390.png 725w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Servis-min-2-800x430.png 800w" alt="" width="1250" height="672" />
Ne každý uživatel záložního zdroje tuto možnost využije. Zejména uživatelé dieselgenerátorů menších výkonů nebo uživatelé, kteří provozují objekty a technologie přímo nesouvisející s kritickou infrastrukturou, by uvítali jednodušší řešení, které by správně podpořilo provozuschopnost jejich záložního zdroje. Pravidelné provádění profylaktických prohlídek v rámci preventivní údržby v kombinaci s pravidelnou kontrolou stavu a kapacity baterií záložního energetického zdroje totiž zajišťuje maximální provozuschopnost a omezuje na minimum riziko náhlých a neočekávaných poruch.
Společnost Zeppelin CZ nabízí ucelený program preventivní údržby a servisu záložních dieselgenerátorů, tzv. asistenční služby. Za pravidelný roční paušální poplatek získá uživatel garanci pravidelné odborné profylaktické prohlídky, jistotu havarijní opravy v nejkratším možném čase a zároveň 24/7 kontakt na dispečink servisu Zeppelin CZ. Administrativně je proces velmi jednoduchý a jeho realizace také. Záložní zdroj je v péči odborné firmy a tím se zvyšuje celková spolehlivost jeho provozu i doba životnosti.
Důležitou součástí asistenční služby Zeppelin CZ je služba vyhodnocování laboratorních vzorků motorových olejů (S.O.S.™ – Scheduled Oil Sampling), která optimalizuje výměnu náplní oleje a výměnu náhradních dílů v olejovém a sacím vzduchovém systému. Tato služba se provádí vždy v rámci profylaktické prohlídky. Rozbor vzorků olejů se provádí v centrální laboratoři Zeppelin CZ v Modleticích, a zahrnuje nejen kontrolu kvality oleje, ale také obsah otěrových kovů, případně dalších nežádoucích látek v motorovém oleji. Tato analýza nám pomáhá predikovat budoucí poruchy a včas je odstranit. Tuto službu poskytuje Zeppelin CZ jako jedna z mála firem v České republice.
<img class="aligncenter size-full wp-image-73031" src="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Laborator1.png" sizes="(max-width: 566px) 100vw, 566px" srcset="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Laborator1.png 566w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/06/Laborator1-512x339.png 512w" alt="" width="566" height="375" />
Asistenční služba Zeppelin CZ zahrnuje práci a jízdu servisního mechanika na místo, provedení zásahu a likvidaci odpadů ze servisní činnosti. Cena neobsahuje dodaný použitý materiál (oleje, maziva, díly, vzduchové filtry), pro asistenční službu Zeppelin CZ však platí speciální ceníky náhradních dílů s výraznou slevou.
V rámci prohlídky jsou provedeny všechny potřebné opravy a nezbytné korekce nastavení stroje na předepsané hodnoty. Součástí preventivní údržby je i kontrola stavu a měření kapacity baterií záložního zdroje, která zajišťuje maximální ochranu před neočekávanou poruchou v důsledku závady baterií.
Asistenční službu poskytuje Zeppelin CZ uživatelům dieselgenerátorů Caterpillar, Olympian, FG Wilson a dalším s motory Perkins.
<h2>Servisní smlouvy</h2>
Pro záložní zdroje elektrické energie, které zabezpečují provoz kritických objektů a technologií, zůstávají i nadále nejlepším řešením Servisní programy Zeppelin CZ. Tyto programy představují ucelený soubor produktů, který garantuje nezbytnou podporu pro provoz systémů zabezpečeného napájení a jejich pravidelnou údržbu.
Jistota zákazníka, že o jeho systém zabezpečeného napájení bude vždy řádně postaráno, je založena na těchto základních principech:
<ul>
<li>Pravidelná preventivní údržba záložního energetického zdroje</li>
<li>Pevně definovaná doba nástupu servisního technika k servisnímu zásahu. Protože doba odstranění poruchy je závislá na její povaze, je v případě rozsáhlé poruchy k dispozici náhradní záložní zdroj dodaný prostřednictvím půjčovny The Cat Rental Store</li>
<li>Pravidelné vyhodnocování laboratorních vzorků motorových olejů (služba S.O.S.™)</li>
<li>Telefonická podpora (servisní linka a telefonická asistence)</li>
<li>Nepřetržitá servisní pohotovost 24 hodin denně a 365 dní v roce s možností nástupu servisního technika v mimopracovní době, v sobotu, v neděli i o svátcích dle zvoleného Servisního programu.</li>
<li>Komplexní revize stavu záložního energetického zdroje po domluvené době od uvedení záložního zdroje do provozu včetně vypracování písemného protokolu (součástí prohlídky je posouzení stavu zdroje, vypracování protokolu a doporučení pro další provozování s přihlédnutím k morální životnosti a aktuálnímu stavu zařízení).</li>
<li>Pravidelné proškolování personálu zákazníka a přístup k aktuální dokumentaci.</li>
</ul>
Podle zvoleného Servisního programu je poskytována sleva na sazby za práci a dopravu techniků, sleva na náhradní díly a celková sleva při větším počtu strojů pod servisní smlouvou.

Energetika v ČR

Udržujte motorgenerátor v kondici

Energetici v <a href='http://oenergetice.cz/jaderne-elektrarny/jaderna-elektrarna-temelin-technicky-skvost-z-jiznich-cech/'>jaderné elektrárně Temelín</a> dnes procvičili, jak by zvládli blackout v případě, že by nenaběhly záložní dieselové <a href='http://oenergetice.cz/technologie/elektroenergetika/synchronni-stroje-konstrukce-princip-a-pouziti/'>generátory</a>. Elektřinu by zajistily <a href='http://oenergetice.cz/technologie/obnovitelne-zdroje-energie/vodni-elektrarny-princip-a-rozdeleni/'>vodní elektrárny</a> Lipno a Orlík, které při výpadcích proudu tvoří jednu z důležitých záloh. Do cvičení se zapojilo 30 odborníků ze společností ČEZ, <a href='http://oenergetice.cz/spolecnosti-cr/ceps-s-profil-spolecnosti-cinnosti/'>ČEPS</a> a E.ON. ČTK to dnes řekl mluvčí elektrárny Marek Sviták. 
 Díky elektřině mohou čerpadla dodávat vodu důležitou pro chlazení reaktoru. V Temelíně mají 13 způsobů, jak napájet bezpečnostní systémy. Dva z nich představují vodní elektrárny Lipno a Orlík.
Podle zástupců Temelína je jaderná elektrárna na rozpad <a href='http://oenergetice.cz/technologie/elektroenergetika/ceska-prenosova-a-distribucni-soustava-1-dil-elektrifikace-a-princip-funkce/'>přenosové soustavy</a> připravena. V případě, že by byla elektřina z Lipna potřeba, proudila by rovnou bez jakéhokoli odbočení přímo do Temelína. 
<figure id="attachement_16353" style="width: 1024px" class="wp-caption aligncenter"><a href="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2016/02/temelín-725x482.jpg"><img class="size-large" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2016/02/temelín-725x482.jpg" alt="Jaderná elektrárna Temelín" width="1024" /></a><figcaption class="wp-caption-text">Ilustrační foto</figcaption></figure>
<blockquote>
&#8222;Máme dost možností, jak se s blackoutem vypořádat. Většinu z nich tvoří záložní dieselgenerátory. V další linii jsou připraveny vodní elektrárny. Jejich využití vyžaduje zapojení dalších energetických společností, a tuto koordinaci je tedy potřeba průběžně procvičovat,&#8220; uvedl směnový inženýr elektrárny Temelín Ladislav Dubský, který cvičení řídil.
</blockquote>
 Energetici jsou schopni chladit reaktor i při úplném výpadku všech 13 zdrojů elektrického napájení, de facto neomezeně dlouho. Důležitou roli v takovém případě hraje parogenerátor. 
<blockquote>
&#8222;Díky různým teplotám voda v primárním okruhu přirozeně cirkuluje a přes parogenerátor bychom ji ochlazovali. Jeho doplňování vodou pomocí mobilního čerpadla by zajistilo potřebné chlazení i bez elektřiny, v podstatě na neomezenou dobu,&#8220; popsal Sviták.
</blockquote>
 Od začátku roku vyrobil Temelín 12,1 terawatthodiny (TWh) elektřiny. Je největším výrobcem elektřiny v ČR, jeho produkce pokryje pětinu domácí spotřeby. ČEZ spustil elektrárnu v prosinci 2000. Loni vyrobila 16,48 TWh elektřiny, což byla zatím nejvyšší roční výroba. Temelínská elektřina by vystačila všem českým domácnostem na 13 měsíců, jihočeským domácnostem na 13,5 roku.

Elektřina

V Temelíně dnes procvičili, jak by Lipno elektrárně pomohlo při blackoutu

Na pravděpodobnost vzniku blackoutu a s tím spojených rizik, zejména v důsledku zapojovaní neregulovaných zdrojů energie do přenosové soustavy a zvýšeného mezistátního transferu elektrické energie v severojižním směru, upozorňují energetičtí experti v ČR stále častěji. S cílem eliminovat toto riziko se dostává na pořad dne problematika začlenění středních a menších energetických zdrojů do distribuční soustavy, a současně je podporována výstavba ostrovních energetických celků (smart-grid).
Zatímco malé zdroje o výkonu stovky kW až jednotky MW se vyznačují vysokou operabilitou a jsou schopny rychle reagovat na požadavek startu, střední zdroje o výkonu desítek MW potřebují pro svůj start externí zdroje počáteční energie pro pokrytí startovacího procesu. Patří sem teplárenské zdroje, podnikové elektrárny apod. Pokud je distribuční soustava v pořádku, není problém tuto energii získat ze sítě. Pokud tomu tak není, hovoříme o tzv. startu ze tmy (blackstart) a potřebujeme záložní zdroj.
<figure id="attachment_52155" style="width: 1024px" class="wp-caption aligncenter"><img class="size-large wp-image-52155" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2018/05/CAT_20180531-1-1024x682.jpg" alt="Záložní zdroj proti blackoutu o celkovém výkonu 57 MWe – 10x Cat® 3616" width="1024" height="682" /><figcaption class="wp-caption-text">Záložní zdroj proti blackoutu o celkovém výkonu 57 MWe – 10x Cat® 3616</figcaption></figure>
Hlavní úlohou záložního energetického zdroje je v tomto případě napájení důležitých technologií, aby bylo možné obnovit provoz elektrárny bez přítomnosti napětí v rozvodné síti. Mezi tyto technologie patří především řídicí systém elektrárenského bloku (jeho napájení je navíc podepřeno speciálním zdrojem UPS), čerpadla a další elektropohony, související s nastartováním bloku.
Systémové elektrárny mají energii pro blackstart zajištěnu většinou vodní elektrárnou v přiměřené blízkosti. &#8211; u JE Temelín plní tuto úlohu vodní elektrárna Lipno, u JE Dukovany je to přečerpávací vodní elektrárna Dalešice. Napájení elektrárny z tohoto záložního zdroje je realizováno speciální VN linkou, v některých případech zdvojenou.
Jinak je tomu ale v případě středních a menších zdrojů elektrické energie (o výkonu řádově desítky MW), případně tepláren. Význam těchto energetických zdrojů roste se zvyšujícím se rizikem blackoutu. Právě na těchto lokálních zdrojích bude záviset napájení alespoň základní infrastruktury v oblasti, postižené plošným výpadkem.
Proto bylo společností Zeppelin CZ s r.o. zpracováno modelové řešení nouzového napájení elektrárenského (teplárenského) bloku v případě dlouhodobého výpadku napájecí soustavy.
Základní vstupní informací pro návrh nouzového napájení je především stávající schéma napájení vlastní spotřeby bloku, včetně seznamu všech pohonů a dalších technologií. Někdy bývá vhodné (zejména u starších instalací) změřit skutečnou spotřebu u jednotlivých pohonů. Důležitý je také algoritmus spouštění jednotlivých pohonů a jejich rozdělení do skupin (zatěžovací sekvence). Určité problémy může způsobit přítomnost různých úrovní napájecího napětí. Většina pohonů má napájecí napětí 400 V, ale mohou být přítomny motory s pracovním napětím 6 kV, případně jinou hodnotou. Typickým příkladem jsou asynchronní motory pro pohon kouřových ventilátorů, kde se s ohledem na jejich výkon běžně používá napětí 6 kV. S ohledem na tuto skutečnost je pak třeba určit „hlavní“ napěťovou hladinu záložního zdroje.
Záložní zdroj pro blackstart teplárny má poněkud jiné požadavky na rychlost startu, oproti klasickým záložním zdrojům, které známe například z nemocnic. Z důvodu charakteru provozu není nutné automatické najíždění bloku ihned po výpadku rozvodné soustavy. Blackstart bude proveden až při delším výpadku, nebo při hrozícím nebezpečí zamrznutí horkovodní a parovodní soustavy.
Další specifickou vlastností záložních zdrojů pro blackstart bývá požadavek na zvýšené napětí, např. 3 x 420 V / 50 Hz. Toto zvýšené napětí bývá požadováno pro kompenzaci úbytku napětí, který při jmenovitém proudu v řádu tisíců ampér už není zanedbatelný.
Vzhledem k tomu, že největší spotřebiče (napájecí čerpadlo, zauhlovací linka, kouřové ventilátory atd.) pracují často s napětím 6 kV, musí být i záložní zdroj připojen do rozvodu 6 kV. Současné napájení těchto celků z hladiny 6 kV je možné pouze při zajištění určitých organizačně technických opatření. Mezi tato opatření patří zablokování životně nedůležitých odběrů, které by mohly způsobit výpadek záložního zdroje při nájezdu bloku, a zajištění napájení pouze vybraných technologických celků.
Prioritně musí být obnoveno napájení pro dobíjení záložních zdrojů (baterie, případně zdroje UPS, napájející řídicí systémy bloku) a dalšího zařízení, potřebného pro provoz rozvoden. Dále bude obnoveno napětí pro napájení zauhlovacích tras a zásobníků uhlí. Teprve po zajištění dostatečné zásoby uhlí pro najetí kotle bude zahájeno jeho postupné najíždění. Po dosažení parametrů výstupní páry z kotle bude provedeno postupné prohřívání turbíny, spuštění turbogenerátoru a jeho přifázování k záložnímu zdroji. Tento proces je nutno konzultovat s dodavatelem turbíny. Vždy se fázuje turbogenerátor k záložnímu zdroji, nikdy naopak. Po provedeném přifázování turbogenerátoru a převedení vlastní spotřeby bloku ze záložního zdroje na turbogenerátor bude záložní zdroj odstaven.
Praxe ukazuje, že největším spotřebičem u vlastní spotřeby bloku je napájecí čerpadlo a spalinové, případně vzduchotechnické ventilátory. Jen tyto tři pohony představují více než 50 % vlastní spotřeby bloku:
<div>Attention: The internal data of table &#8220;2207&#8221; is corrupted!</div>
Veškerá dostupná data a výsledky měření jsou použita jako vstupy pro výpočtový software Cat® SpecSizer. Výsledkem výpočtů je jednak doporučený jmenovitý výkon záložního zdroje (a tím i jeho typ) a také sekvence připínání jednotlivých zátěží (většinou ve dvou nebo ve třech stupních). Jako jeden ze vstupních parametrů je třeba zadat povolené kolísání napětí a frekvence záložního zdroje při blackstartu.
Záložní zdroje pro blackstart se instalují většinou v kontejnerech. Důvodem je mobilita zařízení, kdy je možné jedním záložním zdrojem „obsloužit“ více energetických bloků. Dalším důvodem je minimální požadavek na stavební připravenost – stačí rovná zpevněná plocha. V takovém případě musí být elektrická instalace vlastní spotřeby bloku naprojektována a realizována s připojovacím bodem pro záložní zdroj, a to včetně výchozí revize.
Palivová nádrž je součástí kontejneru nebo je umístěna v jeho těsné blízkosti. Vzhledem k výkonům záložních zdrojů pro blackstart (1-2,5 MW) a požadavku na provoz v jednotkách hodin se jedná o poměrně velké nádrže. Někdy je možné využít stávající palivové hospodářství v elektrárně/teplárně.
Záložní zdroje o uvedeném výkonu jsou schopny převzít jmenovitou zátěž cca 20 sekund po startu. To ovšem platí za předpokladu, že olej a chladicí kapalina motoru jsou předem zahřáty na provozní teplotu. V případě, že motorgenerátor bude startovat „ze studeného stavu“, se jedná o několik desítek sekund navíc.
Nejpoužívanější záložní zdroje pro blackstart jsou motorgenerátory Cat® řady 3500. K dispozici jsou typy Cat® 3512B-HD o výkonu 1850 kVA STBY, a Cat 3516B-HD o výkonu 2500 kVA STBY. Oba typy jsou vhodné k zabudování do ocelových kontejnerů o standardní délce 40 stop. Vnitřní prostor kontejneru je tepelně a akusticky zaizolován. Podlaha kontejneru plní funkci záchytné ekologické vany se sběrnou jímkou. V podlaze pod rozvaděčem je připraven prostup pro přivedení silových kabelů.
<figure id="attachment_52156" style="width: 725px" class="wp-caption aligncenter"><img class="size-full wp-image-52156" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2018/05/CAT_20180531-2.png" alt="Motorgenerátor Cat® 3519B-HD" width="725" height="318" /><figcaption class="wp-caption-text">Motorgenerátor Cat® 3519B-HD</figcaption></figure>
Motorgenerátory Cat® řady 3500 jsou standardním produktem, který je v České republice i na Slovensku nasazen v řadě aplikací. Jsou využívány například akademickými institucemi ČR, v nadnárodních telekomunikačních společnostech nebo v automobilovém průmyslu. Nejzajímavější instalací jsou bezesporu 3 „generátorové farmy“ instalované na Slovensku, kde je v provozu celkem 48 těchto strojů.

Záložní zdroje pro blackstart

Lekce z nedávných přírodních katastrof, rozvíjející se trhy s elektrickou energií a pokroky v technologii motorgenerátorů mění pohled a požadavky na záložní zdroje. Dnešní agregáty na zemní plyn se stále více vyrovnávají tradičním záložním naftovým generátorům. Otvírají se tak příležitosti pro snížení nákladů na elektřinu a ke zvýšení energetické soběstačnosti.
<h2>Plynový záložní zdroj?</h2>
Superbouře Sandy, záplavy a další nedávné katastrofy nás mnohému naučily: naftové generátory nejsou nutně ideálním náhradním zdrojem elektrické energie.
Sandy způsobila záplavy a výpadky proudu, které ovlivnily mnoho palivových terminálů, zatímco stromy popadané na elektrická vedení  odřízly tisíce ulic a silnic, a zabránily tak dodávce motorové nafty do zařízení, která ji potřebovala. Některým naftovým záložním zdrojům došlo palivo a byly odstaveny. Oproti tomu regionální sítě zemního plynu zůstaly téměř nedotčené a byly plně v provozu.
<figure id="attachment_46097" style="width: 1024px" class="wp-caption aligncenter"><img class="size-large wp-image-46097" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2017/12/Zivelne-pohromy-1024x659.jpg" alt="Katastrof a živelných pohrom stále přibývá" width="1024" height="659" /><figcaption class="wp-caption-text">Katastrof a živelných pohrom stále přibývá</figcaption></figure>
Zkušenosti se Sandy a dalšími katastrofami zapříčinily, že provozovatelé záložních zdrojů a místní orgány začali přehodnocovat potenciál plynem poháněných motorgenerátorů jako záložních zdrojů. Zároveň výrobci přizpůsobují schopnosti plynových motorů tak, aby upevnili svoje postavení na trhu náhradních zdrojů. Modifikace a inovace snížily výhodu, kterou klasické naftové motory držely v rychlosti startování a převzetí zátěže.
Dalším důvodem k nasazení plynového agregátu je i jeho možnost využití nad rámec pouhého záložního zdroje. Zatímco emisní limity silně omezily roční provozní hodiny naftových agregátů mimo skutečnou pohotovostní službu, dnešní plynové motory se spalováním ochuzené směsi mohou obecně běžet delší dobu v souladu s legislativou a předpisy o čistotě ovzduší.
To znamená, že záložní zdroje poháněné plynovým palivem mohou v mnoha případech sloužit také jako zdroje energie pro špičkování nebo sloužit jako podpůrný zdroj přenosové soustavy. Výsledné úspory elektrické energie tak přináší rychlou návratnost investice do plynem poháněného záložního zdroje – jasná výhoda oproti dieselagregátu, kde o návratnosti investice nemůže být řeč.
<h2>Plyn nebo nafta?</h2>
Naftové motorgenerátory ovládly trh záložních zdrojů zejména z těchto důvodů: nízké náklady na instalaci, rychlý start a téměř okamžité převzetí požadované zátěže.
V typické aplikaci nemusejí naftové motory během daného roku vůbec běžet, kromě pravidelného testování a zkoušení a v období skutečné pohotovosti, což jsou velice krátké časové úseky. To znamená, že náklady na provoz a údržbu – pokud neuvažujeme dlouhodobý provoz – jsou u náhradního zdroje méně důležité.
Typické naftové motory certifikované EU Stage II stojí při instalaci o 20 až 40 procent méně na kW než srovnatelné plynové jednotky. Nicméně náklady na plynové motory jsou přibližně stejné, jako je tomu u naftových motorů EU Stage IIIB, které jsou vybavené následným zpracování výfukových plynů, jako jsou filtry pevných částic a selektivní katalytické redukční systémy.
<figure id="attachment_46098" style="width: 1024px" class="wp-caption aligncenter"><img class="size-large wp-image-46098" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2017/12/Dieselovy-motorgenerator-Cat-1024x682.jpg" alt="Dieselový motorgenerátor Cat® ve strojovně" width="1024" height="682" /><figcaption class="wp-caption-text">Dieselový motorgenerátor Cat® ve strojovně</figcaption></figure>
Pokud jde o převzetí zatížení, naftové motory tradičně reagují rychleji než plynové, a to z důvodu podstatných rozdílů v tom, jak je do válců vháněna směs paliva a vzduch. U naftových motorů je palivo přímo vstřikováno do válců. Když systém vyžaduje výkon, je doba otevření vstřikovače delší, což umožní vstříknutí většího množství paliva, ve válci je již přítomen zbytkový vzduch. Teplejší vzduch prochází výfukovým potrubím do turbodmychadla, které se otáčí rychleji, tím se zvýší proudění vzduchu v motoru a proces začíná znovu, nyní s vyšší kompresí vzduchu pro vytvoření vyššího výkonu.
U plynových motorů je proces pomalejší. Motory jsou karburátorové, což znamená, že palivo se musí před dodáním do válců smísit se vzduchem ve správném poměru. Když systém vyžaduje výkon, škrticí klapka se otevře a vpustí více směsi vzduch/palivo. Tato směs pak musí projít přes turbodmychadla, chladič plnicího vzduchu, škrticí klapku a sací potrubí, než dosáhne válců. Jiskra zahájí spalování a směs hoří. Teplejší vzduch prochází přes výfukové potrubí do turbodmychadla. Turbodmychadlo se otáčí rychleji, tím se zvýší proudění vzduchu v motoru. Regulační ventil paliva zvýší množství dodávaného paliva, aby vyrovnal zvýšené proudění vzduchu, a proces začíná znovu, nyní s vyšší kompresí vzduchu/paliva pro vytvoření vyššího výkonu. Celý tento proces je delší než u naftových motorů.
V praxi to znamená, že zatímco naftové generátorové soustrojí může typicky nastartovat a převzít plné zatížení přibližně do 10 sekund, plynové motory mohou potřebovat podstatně více času. Například motorgenerátor dimenzovaný na více než 2,5 MW může potřebovat až 120 sekund, než je schopen převzít plné zatížení, a pravděpodobně ještě delší dobu u nízkootáčkového motoru (1 200 ot/min). Na druhou stranu některé menší, vysokootáčkové agregáty (1 800 ot/min) přejdou po nastartování do plného zatížení za 60 sekund nebo v některých případech i značně rychleji s plně přijatelnými krátkodobými poklesy napětí a frekvence, pokud jsou zatíženy lineárně spíše než blokově.
<h2>Aplikace plynových záložních zdrojů</h2>
Majitelé či provozovatelé objektů, zvláště z oblasti kritické infrastruktury, jako jsou nemocnice a datová centra, mohou ve výběrových řízeních klást velice vysoké požadavky na agregát a rychlost převzetí zátěže, i když tyto požadavky nejsou přímo opodstatněné. V takových případech stojí za to uvážit, zda by kompromis v požadavcích, jako například delší interval pro zvládnutí plného zatížení, nemohl ušetřit značné náklady na instalaci. Pečlivá analýza může snadno vnést do hry také plynem poháněné agregáty, v jejichž případě se dokonce může investice do záložního zdroje i vrátit.
Výrobci se mezitím zaměřují na fyzikální faktory u plynových motorů, které ovlivňují jejich schopnost přijmout zatížení – zejména na tlak paliva a omezení spojená s palivovým filtrem. Množství emisí je další faktor &#8211; motory s nejnižšími emisemi NOx jsou pomalejší při převzetí zátěže. Neustálé pokroky v technologii záložních plynových motorů pokračují ve zkracování časů pro zvládnutí plného zatížení.
<figure id="attachment_46309" style="width: 1280px" class="wp-caption aligncenter"><a href="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2012/12/A010716B.jpg"><img class="size-full wp-image-46309" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2012/12/A010716B.jpg" alt="" width="1280" height="853" /></a><figcaption class="wp-caption-text">Plynový záložní zdroj Cat® řady G3500</figcaption></figure>
Jedním takovým pokrokem je i možnost přechodného obohacení s přemostěním turbodmychadla, které je integrováno do elektronického řídicího systému motoru. Přechodné obohacení zvyšuje poměr vzduchu a paliva, když je uplatněno blokové zatížení, což umožňuje, aby motor reagoval rychleji. Když je zatížení rychle odstraněno, ovládání přemostění turbodmychadla rozptýlí přebytečný tlak do systému: otevře se ventil, aby odvedl přebytečný vzduch a palivo zpět do přívodu turbodmychadla, tím se zabrání možnému překročení otáček.
<h2>Náklady na životní cyklus</h2>
Zatímco EU Stage II agregáty vyhrávají ve sprintu záložních zdrojů díky výhodě v podobě nízkých pořizovacích nákladů, tak plynové zdroje vyhrávají maratonským způsobem, když uvážíme všechny náklady včetně provozu a údržby po celou životnost stroje.
Provozní náklady záložních zdrojů jsou v mnoha případech relativně nízké, ale nejsou nutně bezvýznamné. I když je pravda, že většina výpadků proudu je krátká, dopad delšího výpadku na náklady může být značný. Superbouře Sandy například přinesla výpadky trvající až 22 dnů, erupce Sv. Heleny v roce 1980 způsobila přerušení dodávky elektřiny trvající v některých oblastech déle než rok.
U dlouhodobých výpadků mají jasnou výhodu plynové agregáty se svojí 40 až 44 procentní elektrickou účinností vůči 33 až 38 procentům u dieselagregátů a samozřejmě cenou paliva. Pro ilustraci předpokládejme 100 hodin provozu – plynový agregát o výkonu 1,5 MW spotřebuje v palivu o 34 000 dolarů (cca 736 000 korun) méně než naftový agregát podobné velikosti.
Zdánlivě jednoduchým řešením je nainstalovat větší zásobníky na naftu, ale i to má jisté nevýhody: zvyšuje to náklady na skladování a ochranu paliva. Nádrže a systém zásobování vyžadují údržbu na ochranu integrity paliva. Dlouhodobé vystavení vzduchu může způsobit oxidování paliva. Změny okolní teploty mohou vést ke kondenzaci v nádržích a možnému růstu řas, což může způsobit korozi nádrží a komponent, filtrů zátek, a narušit tak výkon motoru.
Při chladných teplotách tvoří parafín obsažený v naftě voskové krystaly, které mohou pokrýt palivové filtry. Při stálých nízkých teplotách může palivo rosolovatět a nebude téct. I při nejlepší péči má nafta skladovatelnost přibližně jeden rok, potom se musí vyměnit nebo musí být použit filtrační (čisticí) systém, aby odstranil vlhkost a částečky. Paliva s nízkým obsahem síry, napomáhající snížení znečištění vzduchu, jsou obzvlášť náchylná k rozkladu, protože proces rafinace, který odstraní síru, odstraní také složky, které pomáhají udržet palivo stabilní.
<h2>Flexibilita využití</h2>
Největší výhodou plynového zdroje může být jeho potenciální využití pro špičkování nebo jako služby pro stabilizaci přenosové soustavy. Zatímco emisní předpisy obecně omezují naftové motory na 300 hodin provozu ročně, plynové motory mohou typicky pracovat po neomezený počet hodin 
v souladu s platnou legislativou.
<h2>Spolehlivost</h2>
Ať je to plyn nebo nafta, záložní zdroje vyžadují pečlivou údržbu. Reálně to znamená o trochu víc než pravidelné kontroly, výměny kapalin a testování v souladu s doporučením výrobce vybavení. Bohužel i tyto základní kontroly jsou zanedbávány častěji, než byste čekali. Nejčastější příčiny selhání nastartování v nouzi jsou vybité baterie, opomenutí nastavit systém do režimu automatického nastartování, žádné nebo nesprávné palivo, nízké hladiny kapalin či kontaminace filtru.
Údržba se stává obzvlášť důležitou při dlouhodobých pohotovostech, které mohou vyžadovat, aby agregáty fungovaly nepřetržitě až několik stovek hodin. Musí být učiněna opatření pro provádění kontrol, výměn oleje a filtru, doplňování paliva a dalších základních úkolů údržby podle potřeby. Je také nezbytné mít dostatečné zásoby kritických náhradních dílů, oleje, kapalin a filtrů. Údržba je také naléhavější tam, kde jsou plynové generátory v provozu mnoho hodin.
<h2>Shrnutí</h2>
Zdálo by se, že dieselové agregáty budou vždy mít na trhu záložních zdrojů jedinečnou pozici. Ale jejich dominance se postupně vytrácí.  Výrobci uvádějí stále nové a dokonalejší typy plynových strojů s lepšími transientními charakteristikami. Nové typy plynových motorů Cat® řady G3500 dokážou převzít až 100 % zatížení do několika málo minut, při použití technologie Cat® Fast Response Modul se bavíme dokonce o pár desítkách vteřin a to vše při dodržení tolerancí dle normy ISO 8528.
Plynové agregáty pravděpodobně stále ještě nejsou tak dokonalé jako jejich dieselové protějšky. Pokud ovšem dokážou splnit požadavky provozovatele, lze doporučit zvážení dalších výhod plynu, aby bylo možné zvolit nejlepší řešení. Klíčovým bodem je to, že plynová varianta je nyní zpět ve hře.  Po dlouhou dobu se předpokládalo, že dieselové jednotky jsou jedinou volbou pro záložní zdroje.  Ale mezi zlepšující se plynovou technologií a zpřísňujícími se emisními předpisy se plynové záložní zdroje opět staly životaschopnou možností.
A rada na konec. Ať už se rozhodnete pro naftový nebo plynový agregát, obracejte se pouze na společnosti, které mají dlouhodobé zkušenosti, kvalitní servisní zázemí a mohou standardně nabídnout plynové a naftové jednotky v odpovídajících výkonech.
<h3>Literatura:</h3>
1. Swathwood J., Owen M., Devine M.: The Case for Natural Gas Engines for Standby Power Caterpillar Inc., www.cat.com 
2. Owen M.: Natural Gas: A Better Option for Your Standby Application? Caterpillar Inc., www.cat.com 
3. Firemní materiály Zeppelin CZ s.r.o., www.zeppelin.cz 
4. Kuchta K.: Musí mít záložní elektrocentrály vždy dieselový motor? Technický týdeník 2014

Využití plynových agregátů jako záložních zdrojů

Britská společnost <a href="http://www.decentralized-energy.com/articles/2017/07/big-stand-by-power-win-for-jcb-at-london-s-canary-wharf.html">JCB Broadcrown uzavřela smlouvu na dodávku záložních zdrojů</a> elektrické energie. Společnost dodá celkem 5 velkých dieselgenerátorů pro vznikající výškovou budovu One Bank Street v londýnském finančním centru Canary Wharf. Celkový instalovaný elektrický výkon záložních zdrojů bude 10 MWe.
Společnost JCB Broadcrown uzavřela smlouvu na dodávku <a href="http://oenergetice.cz/technologie/zalozni-zdroje-elektricke-energie-1-dil-uvod-do-problematiky/">záložních zdrojů</a>, které budou zálohovat jednu z nejvýraznějších víceúčelových budov v Londýně. Budova známá jako One Bank Street bude mít celkem 27 podláží o celkové rozloze 65 000 metrů čtverečných. Budova se staví v londýnském finančním centru Canary Wharf a po dokončení v roce 2018 bude jednou z nejprestižnějších obchodních budov. 

Smlouva o dodání záložních zdrojů byla společnosti JCB Broadcrown udělana společností Canary Wharf Contractors Limited. Dohoda zahrnuje instalaci pěti <a href="http://oenergetice.cz/technologie/elektroenergetika/rotacni-zalozni-zdroje-elektricke-energie-motorgenerator-setrvacnik/">dieselgenerátorů</a> o výkonu 2500 kVA/2000 kW v režimu Standby (STBY). Dále obsahuje dodávku zařízení pro útlum hluku ve strojovně, strojní a elektrickou výbavu dieselgenerátorů, elektrické rozváděče, palivové nádrže, systém řízení a uvedení veškerého zařízení do provozu během dalších dvou let.
<blockquote>
&#8222;Společnost JCB Broadcrown prokázala jasné pochopení složitých požadavků na projekt a navrhla robustní a nákladově efektivní řešení pro splnění těchto požadavků,&#8220; řekl Ian Hobson, hlavní inženýr projektu společnosti Canary Wharf Contractors Limited.
</blockquote>
JCB Broadcrown nainstaluje pět dieselgenerátorů každý o výkonu 2500 kVA s motory MTU v 26. patře budovy. V tomto patře vznikne akusticky odhlučněné energocentrum o výkonu 10 MWe. Systém řízení spotřeby (PMS &#8211; Power Management System) navržený společností JCB Broadcrown zajistí sekvenční řízení zátěže pro napájení zálohovaných obvodů.
Elektroinženýři a strojní inženýři společnosti budou v příštích dvou letech pracovat s instalačními techniky, aby zajistili, že dieselgenerátory budou na místě a budou uvedeny do provozu před tím, než bude budova předána v roce 2019.
Zdroj úvodní fotografie: <a href="https://www.jcb.com/en-aa/products/generators/heavy/mtu">JCB Broadcrown</a>

Společnost JCB Broadcrown dodá velké záložní zdroje pro londýnskou One Bank Street

Mezi rotační záložní zdroje patří motorgenerátory, kde dochází k přeměně paliva na energii kinetickou a následně na energii elektrickou. Do kategorie rotačních zdrojů patří i setrvačníkový systém, kde je elektrická energie přeměněna na energii kinetickou. V tomto stavu je energie uložena a udržována do doby, než je nutné ji použít. Setrvačníkové systémy jsou konstruovány tak, aby bylo možné rychle měnit mezi generátorovým a spotřebičovým režimem.
<h2>Motorgenerátor</h2>
Motorgenerátor je soustrojí, které je mechanicky spojeno a složeno ze dvou hlavních částí – spalovací motor a elektrický generátor. Spalovací motor bývá ve většině případů dieselový, ale v praxi se někdy používají i motory benzínové nebo plynové. Existují i speciální případy, kdy se jako pohonná jednotka používá turbína. Elektrický generátor je synchronní alternátor. Synchronní alternátor je ve většině případů konstruovaný jako dvoupólový nebo čtyřpólový.
<h3>Vlastnosti</h3>
Motorgenerátor se skládá z těchto 6 základních částí:
<ul>
<li>Soustrojí spalovací motor-elektrický generátor</li>
<li>Palivová nádrž (velikost je zcela závislá na výkonu soustrojí, většinou se používá nádrž zabudovaná a nádrž externí)</li>
<li>Startovací systém</li>
<li>Chladicí systém (vzduch nebo voda)</li>
<li>Měření a regulace</li>
<li>Vyvedení elektrického výkonu</li>
</ul>
Měření a regulace je umístěno v rozvaděči (ATS = Automatic Transfer Switch) a plní zejména tyto funkce:
<ul>
<li>Připojení/odpojení zátěže -&gt; přepojování zátěže mezi síť a záložní zdroj</li>
<li>Start/stop spalovacího motoru</li>
<li>Dobíjení startovací baterie (pro velké zdroje jich může být i více)</li>
<li>Kontrola celého systému (olej, teplota, napětí baterií, tlak, palivo, atd.)</li>
<li>Měření vstupních a výstupních parametrů (napětí, proud, frekvence)</li>
</ul>
Způsoby umístění motorgenerátoru
<ul>
<li>bez kapotování – využívá se hlavně pro umístění do strojoven</li>
<li>s kapotováním – používá se hlavně pro venkovní provedení, aby celé soustrojí lépe odolávalo vlivům počasí</li>
<li>v kontejneru – speciální provedení, kde veškeré části jsou uloženy v kontejneru (vlastní spotřeba, rozvod vn/nn, nádrž, motorgenerátor, chlazení, atd.)</li>
</ul>
<figure id="attachment_29210" style="width: 512px" class="wp-caption aligncenter"><img class="wp-image-29210 size-medium" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2016/10/Motorgenerator-512x250.png" alt="motorgenerator" width="512" height="250" /><figcaption class="wp-caption-text">Soustava spalovací motor-elektrický generátor. Zdroj: ČVUT FEL</figcaption></figure>
<h3>Princip synchronního alternátoru</h3>
Princip trojfázového synchronního alternátoru plyne z obrázku. Statorové vinutí je tvořeno třemi cívkami, tj. fázemi s plným krokem, které jsou vzájemně prostorově natočeny o 120 ° elektrických. Vinutí je stejné jako statorové vinutí trojfázového asynchronního alternátoru.
Kotva je umístěna na statoru z toho důvodu, že synchronní alternátory mívají velké výkony a vysoká napětí. Proto je velice výhodné mít pevné vývody. Budicí vinutí na rotoru je napájeno stejnosměrným proudem z vlastního budiče, který je dnes tvořen tyristorovým usměrňovačem nebo rotačním usměrňovačem z diod přímo na rotoru. V cívkách statorového vinutí se při otáčení rotoru indukují střídavá napětí, která jsou při sinusovém průběhu magnetického pole sinusová. Všechna napětí jsou vůči sobě časově posunutá o 120 °.
<h3>Provedení</h3>
Motorgenerátory jsou schopny převzít plnou zátěž do 15 vteřin od ztráty elektrického napájení z distribuční sítě. Ve většině případů ale motorgenerátory přebírají napájení daného objektu i v případě, kdy nedojde k výpadku napájení. Mezi tyto případy patří zakolísání sítě nebo frekvence, napěťová špička, vysokofrekvenční rušení, harmonické zkreslení, atd.
Motorgenerátory jsou sice schopny převzít plnou zátěž, ale až po určité době. Tato doba je dána hlavně startem samotného motorgenerátoru a náběhem na provozní otáčky. Aby se tato doba překlenula a o objekt nebyl bez napájení, bývají motorgenerátory kombinovány ještě s jinými zdroji nepřerušitelného napájení. Mezi tyto zdroje patří statické UPS (např. baterie) nebo jiný druh rotační UPS.
<h2>Setrvačník</h2>
Účelem setrvačníku je vyřešit problémy spojené s bateriemi, které se používají jako hlavní komponent pro statické zdroje nepřerušitelného napájení. Hlavní problém baterii je způsob uložení elektrické energie a jejich nízká životnost. Tyto dva hlavní problémy se snaží setrvačník odstranit.
<h3>Princip</h3>
Setrvačník v normálním provozu funguje jako synchronní motor. Cívky kotvy slouží k roztáčení rotoru, kde je uloženo budící vinutí (v některých případech se používají i permanentní magnety). Rotor se roztočí na přibližně 7700 ot/min (rychlost na okrajích setrvačníku se blíží rychlosti zvuku) a na těchto otáčkách se udržuje. Při výpadku napájení z distribuční sítě přechází celý systém do generátorového režimu. Do kotvy se začne indukovat střídavé napětí. Při zatížení setrvačníku dochází k jeho postupnému zpomalování, což snižuje indukované napětí na kotvě.
<figure id="attachment_29245" style="width: 512px" class="wp-caption aligncenter"><img class="wp-image-29245 size-medium" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2016/10/Setrvacnik-512x252.png" alt="setrvacnik" width="512" height="252" /><figcaption class="wp-caption-text">Řez setrvačníkem. Zdroj: Powerbridge</figcaption></figure>
Aby výstupní napětí bylo konstantní, tak dochází ke konverzi napětí přes soustavu usměrňovač-střídač. Střídač tak na výstupu udržuje konstantní napětí i frekvenci, která činí 3&#215;400 V/50 Hz. Aby ztráty při uchovávání, ale i odebírání elektrické energie byly co nejmenší, je celý systém uložen ve vakuu. Dále pro snížení třecích ztrát vlivem tření hřídele při otáčení se celý systém vznáší na magnetickém polštáři. Tato vylepšení snižují ztráty na minimum a zvyšují účinnost setrvačníkového systému.
<figure id="attachment_29246" style="width: 512px" class="wp-caption aligncenter"><img class="wp-image-29246 size-medium" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2016/10/Setrvacnik-schema-512x445.png" alt="setrvacnik-schema" width="512" height="445" /><figcaption class="wp-caption-text">Schématické zapojení setrvačníkového systému. Zdroj: ČVUT FEL</figcaption></figure>
Setrvačník pracuje v normálním provozu paralelně s distribuční sítí a udržuje si konstantní otáčky. Pro údržbu se používá manuální nebo elektronický bypass. Při výpadku začne setrvačník dodávat elektrickou energii do zálohovaného systému. Setrvačníky se nepoužívají samostatně ale v kombinaci s motorgenerátory. Proto jsou většinou konstruovány a dimenzovány tak, aby dodávaly jmenovitý výkon po maximální dobu 15 sekund. Potom plně převezme zátěž motorgenerátor.

Rotační záložní zdroje elektrické energie - motorgenerátor a setrvačník

UPS &#8211; Uninterruptible Power Supply neboli zdroj nepřerušitelného napájení se využívá pro zajištění dodávky elektrické energie pro zařízení, u kterých nemůže dojít k přerušení provozu. Využívá se nejenom při přerušení dodávky ze sítě, ale například i pro zajištění požadované kvality dodávané energie při kolísání napětí v síti, napěťových špičkách nebo podpětí. Schopnost zajištění dodávky energie při kompletním výpadku je u UPS ve většině případů poměrně krátká (v řádech jednotek až desítek minut), ale stačí pro zajištění nepřetržité dodávky energie, dokud není spuštěn záložní zdroj.
Existuje několik druhů UPS, které se liší principem činnosti a s tím spojenou kvalitou výstupního napětí.
<h2>Topologie UPS</h2>
Klasifikace UPS vychází z harmonizované české normy ČSN EN 62040, která byla převzata z normy <a href="https://cs.wikipedia.org/wiki/Mezin%C3%A1rodn%C3%AD_elektrotechnick%C3%A1_komise">Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC)</a> IEC 62040-3.
<figure id="attachment_10451" style="width: 516px" class="wp-caption aligncenter"><a href="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Klasifikace-UPS-dle-ČSN-EN-62040.jpg"><img class="size-full wp-image-10451" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Klasifikace-UPS-dle-ČSN-EN-62040.jpg" alt="Klasifikace UPS dle ČSN EN 62040. Zdroj: Elektrotechnické tabulky pro školu i praxi" width="516" height="281" /></a><figcaption class="wp-caption-text">Klasifikace UPS dle ČSN EN 62040. Zdroj: Elektrotechnické tabulky pro školu i praxi</figcaption></figure>
<h2>Základní části UPS obvodů</h2>
<h3>Usměrňovač</h3>
Hlavní funkcí usměrňovače je nabíjení baterie a napájení střídače (v případě online UPS). Zatímco při napájení střídače nejsou kladeny velké požadavky na kvalitu napájecího napětí, nabíjení a udržování napětí akumulátorů musí splňovat podmínky kladené výrobcem použitého akumulátoru. Důležitými parametry, které se musí dodržovat vzhledem k použitému akumulátoru, jsou:
<ul>
<li>Maximální velikost nabíjecího napětí</li>
<li>Velikost a toleranci udržovacího napětí</li>
<li>Limitování nabíjecího proudu</li>
</ul>
Usměrňovače by měly být dimenzovány na opětovné nabití akumulátoru v reálném čase, tj. doba potřebná k úplnému nabití akumulátoru, který pokryje celý zálohovací cyklus. Reálný čas se pohybuje mezi 4 až 8 hodinami.
Nejčastěji se používají usměrňovače v šestipulzním nebo dvanáctipulzním zapojení.
<h3>Střídač</h3>
Střídač je měnič, který slouží k přeměně stejnosměrného napětí na střídavé napětí. V praxi se nejčastěji používají střídače tyristorové nebo tranzistorové. Pro UPS jednotky malého a středního výkonu se používají střídače tranzistorové, které vytvářejí výstupní napětí obdélníkového nebo sinusového typu. Filtrační obvody, které jsou zařazeny na výstup střídače, nám sice odfiltrují veliké množství vyšších harmonických, které tranzistorový střídač vyprodukuje, i tak se tranzistorový střídač používá pouze pro levnější aplikace, a to pro offline UPS. Pro UPS jednotky velkého výkonu se používají střídače tyristorové. Výstup ze střídače může být jednofázový nebo třífázový nezávisle na počtu vstupních fází u usměrňovače.
Střídač spolu s usměrňovačem určují kvalitu celého UPS obvodu. Určují nám základní elektrické parametry celého obvodu, kterými jsou výkon, napětí, frekvence, účinnost a obsah vyšších harmonických.
<h3>Akumulátor</h3>
V případě ztráty napájení z distribuční sítě přechází UPS jednotky na tzv. bateriový provoz, tj. energie potřebná pro napájení zátěže se odebírá přes střídač z akumulátorových baterií (dále už pouze akumulátory). Všeobecně lze použít libovolný akumulátor, jak z hlediska elektrochemického systému, tak typu a provedení. Z provozních důvodů se používají pouze dva druhy akumulátorů – olověné a niklkadmiové. Většinou jsou ve staničním provedení sestaveném z jednotlivých článků nebo vícečlánkových monobloků (2, 4 nebo 6 článků ve společné nádobě).
Z ekonomického hlediska se nejčastěji používají olověné akumulátory, kdežto niklkadmiové akumulátory se používají pro speciální účely (jaderná bezpečnost, klimatické podmínky, atd.).
V praxi se používají pouze dva druhy provedení olověných akumulátorů a to z důvodů požadavků na umístění a vyráběnými velikostmi:
<ul>
<li>Otevřené</li>
<li>Hermetizované</li>
</ul>
Otevřené konstrukce se používají pro UPS jednotky o vysokých výkonech a to z důvodu umístění v akumulátorovnách.
Hermetizované (ventilem řízené) konstrukce se používají u většiny UPS jednotek. Jedná se o speciálně konstruované elektrochemické systémy, u kterých bylo dosaženo vysoké účinnosti slučování kyslíku a vodíku uvnitř článku. Tím bylo možné uzavřít nádoby článku a jejich provozování v libovolné poloze. Elektrolyt je znehybněn formou gelovité konzistence, nebo absorbováním separátory. Protože účinnost slučování uvnitř nádoby není stoprocentní, jsou nádoby opatřeny přetlakovými ventily, které umožňují při nabíjení nebo při přebíjení únik vzniklého plynu.
Dalším důležitým parametrem pro akumulátory je doba zálohování. Dobou zálohování rozumíme dobu, po kterou nám bude UPS do zátěže dodávat jmenovitý výkon požadované kvality. Důležitým předpokladem je, že akumulátory jsou plně nabité. V praxi se udává zálohovací doba, která odpovídá pouze 80 % kapacitě použitých akumulátorů. U akumulátorů se velice rychle snižuje životnost a kapacita, pokud dochází k jejich úplnému vybití. Akumulátory jsou z celého obvodu UPS nejchoulostivější a nejdražší, dodávají se většinou s touto životností:
<ul>
<li>3-5 let: standardní akumulátory, používají se ve většině aplikací, převážně pro výkony do 60 kVA</li>
<li>5-8 let: používají se převážně pro výkony nad 60 kVA</li>
<li>10 let: pro velice náročné aplikace</li>
<li>více než 10 let: speciální aplikace, provozy jaderných elektráren, objekty a budovy důležité pro obranu státu</li>
</ul>
Doba zálohování je přímo závislá na životnosti akumulátorů. Životnost akumulátorů je zásadně ovlivňována třemi vlivy:
<ul>
<li>způsob dobíjení</li>
<li>provozní teplota</li>
<li>přítomnost vyšších harmonických v nabíjecím proudu</li>
</ul>
Pro zvýšení životnosti akumulátorů bylo vyvinuto několik způsobů jak je šetrně dobíjet. Tyto metody jsou založeny na časově definovaném dobíjení, díky tomu není na akumulátorech trvalé napětí, které způsobuje korozi kladné elektrody a sulfitaci obou elektrod.
U všech použitých akumulátorů musí nabíjecí napětí obsahovat co možná nejmenší počet vyšších harmonických. Vyšší počet harmonických v nabíjecím proudu snižuje životnost akumulátoru.
Veliký vliv na životnost a kapacitu akumulátorů má také okolní provozní teplota. Z toho důvodu se musí akumulátorovna neustále větrat a udržovat konstantní teplotu.
<figure id="attachment_10452" style="width: 294px" class="wp-caption aligncenter"><a href="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Vliv-teploty-na-kapacitu-akumulátorů.jpg"><img class="size-full wp-image-10452" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Vliv-teploty-na-kapacitu-akumulátorů.jpg" alt="Vliv teploty na kapacitu akumulátorů. Zdroj: Elektrotechnické tabulky pro školu i praxi" width="294" height="122" /></a><figcaption class="wp-caption-text">Vliv teploty na kapacitu akumulátorů. Zdroj: Elektrotechnické tabulky pro školu i praxi</figcaption></figure>
Na akumulátory jsou kladeny zvýšené bezpečnostní požadavky a to z toho důvodu, že jsou ve většině případů instalovány do obytných prostor. Na akumulátory se vztahuje zvýšená zkratová odolnost.
<h2>Offline UPS</h2>
Offline UPS spadá do kategorie VD UPS, tedy do napěťově závislých zdrojů záložního napájení. V normálním síťovém režimu napájí přímo zátěž a průběžně dobíjí akumulátory přes usměrňovač. Střídač nepracuje. Při výpadku síťového napájení se během několika ms (cca 5 ms) aktivuje střídač a zátěž je napájena z akumulátorů skrze něj.
<figure id="attachment_10453" style="width: 435px" class="wp-caption aligncenter"><a href="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Principielní-zapojení-offline-UPS.jpg"><img class="size-full wp-image-10453" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Principielní-zapojení-offline-UPS.jpg" alt="Principielní zapojení offline UPS. Zdroj: UPS zdroje pro systémy střídavého zajištěného napájení" width="435" height="220" /></a><figcaption class="wp-caption-text">Principielní zapojení offline UPS. Zdroj: UPS zdroje pro systémy střídavého zajištěného napájení</figcaption></figure>
Offline UPS odstraňuje pouze dva problémy v síti:
<ul>
<li>Výpadek síťového napájení</li>
<li>Částečné rušení v síti</li>
</ul>
Jedná se o nejpoužívanější typ UPS pro ochranu zařízení a pracovních počítačových stanic.
<h3>Vlastnosti:</h3>
<ul>
<li>Struktura (celý obvod složen pouze ze střídače a usměrňovače)</li>
<li>Cena (nejnižší cena oproti všem ostatním druhům UPS)</li>
<li>Velikost (nejmenší rozměry vzhledem k jednoduchosti a použití)</li>
<li>Regulace (regulace výstupního napětí a frekvence není přítomna)</li>
<li>Odezva (odezva je závislá na přepnutí výstupního relé a tudíž je dlouhá)</li>
<li>Zátěž (zátěž není oddělená od napájecí sítě)</li>
</ul>
<h2>Line-interactive UPS</h2>
Line-interactive UPS spadá do kategorie VI UPS, tedy do napěťově nezávislých zdrojů záložního napájení, ale pouze v bateriovém režimu. V normálním síťovém režimu napájí přímo zátěž a průběžně dobíjí akumulátory přes usměrňovač. UPS obsahuje odbočkový transformátor, který dokáže pomocí indukce vyrovnat podpětí nebo přepětí na definovanou hodnotu a to bez nutností napájení zátěže z akumulátorů přes střídač. Při výpadku síťového napájení se během několika ms aktivuje střídač a zátěž je napájena z akumulátorů.
<figure id="attachment_10454" style="width: 433px" class="wp-caption aligncenter"><a href="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Principielní-zapojení-line-interactive-UPS.jpg"><img class="size-full wp-image-10454" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Principielní-zapojení-line-interactive-UPS.jpg" alt="Principielní zapojení line-interactive UPS. Zdroj: UPS zdroje pro systémy střídavého zajištěného napájení" width="433" height="252" /></a><figcaption class="wp-caption-text">Principielní zapojení line-interactive UPS. Zdroj: UPS zdroje pro systémy střídavého zajištěného napájení</figcaption></figure>
<h3>Line-interactive UPS odstraňuje tyto problémy v síti:</h3>
<ul>
<li>Výpadek síťového napájení</li>
<li>Napěťové špičky</li>
<li>Přepětí</li>
<li>Podpětí</li>
</ul>
Line-interactive UPS mají své největší využití pro zálohování serverů a počítačových stanic.
<h3>Vlastnosti:</h3>
<ul>
<li>Cena (nižší cena při stejném výkonu oproti použití online UPS)</li>
<li>Regulace (regulace výstupního frekvence není přítomna)</li>
<li>Zátěž (zátěž není oddělená od napájecí sítě)</li>
<li>Efektivita (špatné provozní účinnost při provozu na nelineární zátěži)</li>
</ul>
<h2>Online UPS s dvojí konverzí</h2>
Online UPS s dvojí konverzí spadá do kategorie VFI UPS, tedy do napěťově a frekvenčně nezávislých zdrojů záložního napájení. V normálním síťovém režimu je vstupní elektrická energie usměrněna přes usměrňovač. Část této energie nabijí akumulátory. Zbytek energie dále prochází přes střídač a napájí zátěž. Při výpadku síťového napájení dochází k okamžitému přechodu na bateriový režim bez přerušení dodávek elektrické energie. Zátěž je napájena z akumulátorů přes střídač.
<figure id="attachment_10455" style="width: 438px" class="wp-caption aligncenter"><a href="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Principielní-zapojení-online-UPS-s-dvojí-konverzí.jpg"><img class="size-full wp-image-10455" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Principielní-zapojení-online-UPS-s-dvojí-konverzí.jpg" alt="Principielní zapojení online UPS s dvojí konverzí. Zdroj: UPS zdroje pro systémy střídavého zajištěného napájení" width="438" height="207" /></a><figcaption class="wp-caption-text">Principielní zapojení online UPS s dvojí konverzí. Zdroj: UPS zdroje pro systémy střídavého zajištěného napájení</figcaption></figure>
<h3>Online UPS s dvojí konverzí odstraňuje tyto problémy v síti:</h3>
<ul>
<li>Výpadek síťového napájení</li>
<li>Napěťové špičky</li>
<li>Přepětí</li>
<li>Podpětí</li>
<li>Rušení v síti (šumy)</li>
<li>Frekvenční kolísání</li>
<li>Harmonické zkreslení</li>
</ul>
Online UPS s dvojí konverzí jsou převážně využívány pro napájení serverů, ale i IT zařízení v serverových místnostech a datových centrech.
<h3>Vlastnosti:</h3>
<ul>
<li>Regulace (přesná regulace výstupního napětí)</li>
<li>Zátěž (zátěž je oddělena od napájecí sítě a ochrana před vlivy napájecí sítě)</li>
<li>Účinnost (konstantní účinnost při různých zátěžích)</li>
<li>Cena (při vyšších výkonech vyšší náklady vlivem obvodu pro potlačení poruch v síti)</li>
<li>Ztráty (vyšší ztráty vlivem dvojí konverze elektrické energie)</li>
</ul>
<h2>Online UPS s delta konverzí</h2>
Jedná se speciální typ Online UPS s dvojí konverzí, ze které přímo vychází. Rozdíl je v tom, že zde nedochází ke konverzi celé elektrické energie, ale pouze ke konverzi energie rozdílu mezi vstupní hodnotou a potřebnou výstupní hodnotou elektrické energie. Tento rozdíl je vyrovnáván pomocí delta invertoru, který dále řídí vstupní účiník, vstupní proud a dobíjení akumulátorů. Delta invertor je navržen na přibližně čtvrtinu celkového výkonu UPS. Hlavní invertor je navržen již na celý výkon UPS. Při výpadku síťového napájení je zátěž napájena akumulátorem přes hlavní invertor.
<figure id="attachment_10456" style="width: 509px" class="wp-caption aligncenter"><a href="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Principielní-zapojení-online-UPS-s-delta-konverzí.jpg"><img class="size-full wp-image-10456" src="http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/10/Principielní-zapojení-online-UPS-s-delta-konverzí.jpg" alt="Principielní zapojení online UPS s delta konverzí. Zdroj: UPS zdroje pro systémy střídavého zajištěného napájení" width="509" height="227" /></a><figcaption class="wp-caption-text">Principielní zapojení online UPS s delta konverzí. Zdroj: UPS zdroje pro systémy střídavého zajištěného napájení</figcaption></figure>
<h3>Online UPS s delta konverzí odstraňuje tyto problémy v síti:</h3>
<ul>
<li>Výpadek síťového napájení</li>
<li>Napěťové špičky</li>
<li>Přepětí</li>
<li>Podpětí</li>
<li>Rušení v síti (šumy)</li>
<li>Frekvenční kolísání</li>
<li>Harmonické zkreslení</li>
</ul>
Online UPS s delta konverzí se nejčastěji používají k zálohování datových center, budov a průmyslových aplikací.
<h3>Vlastnosti:</h3>
<ul>
<li>Účinnost (vysoká účinnost delta invertoru, který přeměňuje jenom část energie)</li>
<li>Kompatibilita (vhodné pro kombinaci s ostatními náhradními zdroji)</li>
<li>Ztráty (vlivem průchodu pouze části energie jsou ztráty malé)</li>
</ul>
Zdroj: Elektrotechnické tabulky pro školu i praxi, UPS zdroje pro systémy střídavého zajištěného napájení, <a href="http://www.fel.cvut.cz" target="_blank">ČVUT FEL</a>, <a href="https://csnonline.unmz.cz/default.aspx" target="_blank">ČSN</a>
Úvodní fotografie: Progress Group