Noodstroomvoeding

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
500 kVA UPS wordt geïnstalleerd in datacentrum

Noodstroomvoeding is de voeding van een elektrisch netwerk, die 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 komt onder de 6% van de gebruikelijke frequentie voor de tijdsduur van 6 seconden (De frequentie van het Nederlandse elektriciteitsnet is 50 Hz).
  • De effectieve spanning wijkt meer dan x% af van de effectieve spanning die gebruikelijk is. Deze getolereerde 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 (zie onder) en een noodstroomaggregaat toegepast. De UPS verzorgt de voeding tijdens de eerste minuten, hierna neemt het noodstroomaggregaat dit over en laadt de UPS weer op. De UPS is op zichzelf geen noodstroomvoeding te noemen omdat een UPS het net niet semi-permanent kan vervangen.

UPS (niet onderbreekbare voeding)[bewerken]

De uninterruptible power supply bestaat bij kleine vermogens gewoonlijk uit een accu en een wisselrichter. Dit soort batterij gedreven systemen wordt ook wel statische UPS genoemd. Bij grotere vermogens (>1MVA) wordt er vaak voor kinetische opslag van energie gekozen, een zogenaamd dynamisch UPS-systeem, bijvoorbeeld in de vorm van een vliegwiel.

Karakteristieken 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 daarmee 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 deze taak overneemt.

Veelal is het systeem modulair opgebouwd en kan in de loop van de tijd worden aangepast aan veranderende behoeftes.

De UPS kan zo met de ondersteunde systemen verbonden zijn, dat die een signaal krijgen over de status van de UPS. Als de noodstroomvoorziening leeg dreigt te raken, kunnen zo computers op tijd een shutdown uitvoeren.

Double conversion UPSII.png
Off line ups.png
Line interactive UPSII.png
Delta conversion UPS.png

Opbouw van een UPS[bewerken]

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 97%.[1]

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.

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.

Noodstroomaggregaat[bewerken]

Noodstroomaggregaat in drinkwaterpompstation; Brons tweetaktdieselmotor met Heemaf generator

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 op 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.

Bronnen, noten en/of referenties
  1. powerquality.eaton.com; uitleg (film) double-conversion UPS met HotSync