Noodstroomvoeding
Noodstroomvoeding is de voeding van een elektrisch netwerk, dat in bedrijf komt zodra de gebruikelijke primaire voeding (bijvoorbeeld netspanning van het elektriciteitsbedrijf) uitvalt. Om de noodstroomvoorziening in te schakelen moet eerst worden voldaan aan twee voorwaarden.
- De frequentie van het voedende net mag niet onder de 6% van de gebruikelijke frequentie komen voor de tijdsduur van 6 seconden (De frequentie van het Nederlandse elektriciteitsnet is 50 Hz).
- De effectieve spanning mag een percentage afwijken van de effectieve spanning die gebruikelijk aanwezig is. Deze afwijking is afhankelijk van de aangesloten apparatuur.
Een noodstroominstallatie die de netspanning kan overnemen zonder onderbreking wordt een "nobreak installatie" genoemd. Vaak wordt hiervoor een combinatie van een UPS en een noodstroomaggregaat toegepast. De UPS verzorgt de voeding tijdens de eerste minuten, hierna neemt het noodstroomaggregaat dit over en gaat het net voeden, ook laadt deze de UPS weer op. We kunnen een UPS dus geen noodstroomvoeding noemen omdat een UPS nooit het net semipermanent kan vervangen.
[bewerken] UPS (niet onderbreekbare voeding)
Het verzorgen van een noodstroomvoeding kan door middel van een Uninterruptible Power Supply (UPS) of een noodstroomaggregaat. Een UPS is een apparaat dat bij uitval of sterke afwijking van de netspanning, de stroomvoorziening van computers en andere apparatuur voor een bepaalde tijd kan overnemen.
Bij kleine vermogens bestaat de UPS meestal uit een accu en een elektronische schakeling die van de opgeslagen gelijkspanning weer netspanning kan maken. Dit soort batterij gedreven systemen worden ook wel statische UPS genoemd. Bij grotere vermogens (>1MVA) wordt er vaak voor een kinetische opslag van energie gekozen, een zogenaamd dynamisch UPS-systeem.
Karakteristieke eigenschappen van een UPS zijn: - het maximaal te leveren vermogen . - de maximale tijd dat de UPS dit vermogen kan leveren. (vaak enkele minuten) Kleinere UPS'en kunnen bijvoorbeeld 500 VA leveren en een PC gedurende enige tientallen minuten voeden. Grote UPS systemen kunnen tot enkele MVA (MegaVA) leveren en complete computerruimtes en datacenters van stroom voorzien, totdat een (diesel)generator gestart is die deze taak van de UPS overneemt.
Een standaard UPS kan meestal ongeveer 5 tot 10 minuten de functie van het net overnemen. Als de UPS niet 100% belast wordt, dan zal deze tijdsduur langer zijn. De meeste (grotere) UPS systemen zijn uit te breiden met extra units of worden geleverd met accu’s die zijn afgestemd op de gevraagde functietijd van de betreffende UPS.
Een UPS is vaak uitgerust met een interfaceverbinding die kan worden aangesloten op een PC, zodat de UPS zijn eigen status inzichtelijk kan maken. Daarnaast wordt deze interface ook wel gebruikt om de computer uit te schakelen als de UPS deze niet meer kan voeden. Hierdoor voorkomt men dataverlies en een computercrash.
[bewerken] Opbouw van een UPS
Een UPS kan op verschillende manieren opgebouwd worden.
De meest betrouwbare methode is de zogenoemde double-conversion methode: De netspanning (wisselspanning) wordt altijd omgezet in gelijkspanning. Met deze gelijkspanning worden de accu's opgeladen. Vervolgens wordt de gelijkspanning van de accu's weer omgezet in wisselspanning. De beveiligde apparatuur werkt dus altijd op de stroom van de accu's die continu worden bijgeladen. Door de elektronische regeling is de nieuwe wisselspanning altijd van juiste spanning en frequentie. Een dergelijke UPS voorkomt dus ook andere problemen dan spanningsuitval, zoals korte spanningsvallen, pieken, netvervuiling etc. Doordat een double-conversion UPS altijd in bedrijf is, is de betrouwbaarheid optimaal. Bij een double-conversion UPS wordt de energie twee keer omgezet, wat het rendement beïnvloedt. Grote double conversion UPS'en halen een efficiëntie tot 95%.
Alternatieve bouwmethodes zijn de off-line UPS en de line-interactive UPS. De off-line UPS (ook bekend als SPS, Standby Power Supply) staat uit, maar schakelt zeer snel (binnen 2 tot 10 ms, afhankelijk van de kwaliteit van de module) in bij een stroomstoring. Van de line-interactive UPS zijn verschillende versies, die versies hebben gemeen dat ze de spanning "netter" maken. In de vorm dat ze deze sinusvormig maken en zonder spanningspieken voeden naar de aangesloten apparatuur. Als de spanning wegvalt dan moet deze UPS wel eerst omschakelen om de benodigde stroom te kunnen leveren. Alle offline en line-interactive methodes hebben als nadeel dat er pas zekerheid is over het functioneren van de UPS als de stroom uitvalt, dit wil men liever niet testen waardoor deze bouwmethodes niet veelvuldig toegepast worden.
Fabrikant APC heeft een gepatenteerde "delta conversion online" productlijn. Kenmerkend is dat slechts de "delta" - het verschil in spanning tussen de in en uitgang -wordt omgezet door middel van een inverter. Hierdoor kan een goede uitgangsspanning gegenereerd worden bij elke variatie aan de ingang. Men kan beargumenteren[bron?] dat, doordat de hoofd omvormer steeds in bedrijf is en er steeds uitgangsspanningregeling plaats vindt, de term online hier terecht gebruikt wordt. Echter, delta conversion deelt twee klassieke nadelen met line-interactive systemen: de werking vanuit batterijen wijkt af van de werking op netspanning en frequentie-afwijkingen kunnen niet zonder uitputten van de batterijen opgevangen worden. Voordelen van delta-conversie zijn het hoge rendement (tot 97%) en hoge overbelastbaarheid (bij beschikbaarheid netspanning).
Een (online) UPS heeft vrijwel altijd "bypass" voorzieningen. Een automatische bypass wordt ingeschakeld als de UPS het gevraagde vermogen niet kan leveren, bijvoorbeeld wegens defect of overbelasting. Een mechanische of handbypass wordt in professionele UPS systemen toegepast om onderhoud mogelijk te maken terwijl de achterliggende installatie in bedrijf blijft
Naast deze elektronisch opgebouwde systemen ("statische UPS systemen") worden voor grote vermogens soms ook UPS systemen toegepast op basis van mechanische componenten: de roterende UPS systemen. Deze systemen werken met elektromotoren en generatoren en halen hun energie uit accu's of een vliegwiel. Roterende UPS systemen kunnen gecombineerd worden gebouwd met een dieselmotor, waardoor feitelijk de functie van het noodstroomaggregaat gecombineerd wordt met de functie van een UPS. Roterende systemen worden hoofdzakelijk toegepast bij vermogens boven 500 kVA. Tevens is er een trend waarneembaar waarbij een hoogtoerig vliegwiel de functie overneemt van de accu. Deze techniek wordt met name gedreven door de wens naar "groenere" en efficiëntere oplossingen.
[bewerken] Noodstroomaggregaat
Een noodstroomaggregaat (NSA), ook wel kortweg noodstroomdiesel is een combinatie van een dieselmotor en een generator. Een NSA levert in tegenstelling tot een UPS niet meteen elektriciteit; dit duurt ongeveer 15 seconden omdat na lichtnetuitval de dieselmotor eerst moet starten en aanlopen.
Het grote voordeel van een noodstroomdiesel is dat deze een groot vermogen gedurende een langere tijd kan leveren. Een vermogen van 5 MW constant is geen uitzondering. Wel moet hierbij rekening worden gehouden met de benodigde dieselolieopslag.
Een combinatie van de beide systemen biedt het voordeel van een ononderbroken stroomvoorziening met een lange overbruggingstijd.
NSA's worden bijvoorbeeld gebruikt in ziekenhuizen en waterzuiveringen en -pompstations om bij uitval van elektriciteit toch door te kunnen werken. Ook in luchthavens worden NSA's toegepast. Hier wordt vaak een deel van de installatie doorgevoed, zoals brandmeldinstallaties, toegangscontrole en noodverlichting. Ook enkele liften blijven meestal functioneren, om eventueel een ontruiming veilig te laten verlopen.
