La gestione di carichi critici e preferenziali, quindi la disponibilità, la qualità, la continuità di alimentazione, rende necessario l’utilizzo di gruppi statici di continuità o UPS (Uninterruptible Power Supply); in questo articolo ne approfondiremo la natura a partire dalle normative e dall’attuale stato dell’arte, per agevolarne la scelta e l’utilizzo.
L’UPS è un sistema che, agendo come interfaccia tra la rete elettrica e le utenze, fornisce al carico una alimentazione elettrica continua di alta qualità. Secondo la tipologia di funzionamento, l’UPS garantisce una tensione di alimentazione affidabile, la protezione da qualsiasi tipo di interruzione dell’alimentazione elettrica, il filtraggio da un’ampia tipologia di disturbi di rete, entro tolleranze compatibili con i requisiti delle utenze.
Gli UPS sono generalmente costituiti da tre elementi principali:
Possono essere integrati con bypass automatico e sezionatore di manutenzione.
Nella norma EN 62040-3 viene inoltre riportata la classificazione degli UPS in funzione delle prestazioni, con la siglatura: AAA-BB-CCC
Le prime 2/3 lettere indicano le caratteristiche di dipendenza dalla rete in ingresso:
VFD: UPS passivo di bypass (Voltage-Frequency Dependent), tensione e frequenza di uscita dipendenti dalla rete. In condizioni normali il carico viene alimentato direttamente dalla rete, in emergenza il carico viene alimentato entro pochi millisecondi dall’inverter che preleva energia dalle batterie. Non c’è alcun condizionamento di tensione e frequenza verso il carico
VI: UPS interattivo (Voltage Independent), tensione di uscita indipendente dalla rete. In condizioni normali la rete viene filtrata e condizionata, migliorando la qualità della tensione al carico; in emergenza il carico viene alimentato entro pochi millisecondi dall’inverter che preleva energia dalle batterie. Non c’è alcun condizionamento della frequenza verso il carico
VFI: UPS a doppia conversione (Voltage-Frequency Independent), tensione e frequenza indipendenti dalla rete. La tensione alternata della rete è convertita in tensione continua dal raddrizzatore: prima conversione. La tensione continua carica la batteria ed alimenta l’ingresso dell’inverter, che converte la tensione continua in tensione alternata per il carico: seconda conversione. In emergenza l’inverter continua ad essere alimentato dalle batterie
Le 2 lettere centrali indicano le caratteristiche della forma d’onda di tensione di uscita. Prima lettera con funzionamento normale o da bypass. Seconda lettera con funzionamento da batteria. Sigle: S, Sinusoidale (THDv <8%); X, Sinusoidale su carico lineare; non sinusoidale su carico distorcente (THDv >8%); Y, Non sinusoidale, con distorsione fuori dai limiti della IEC 61000-2
Le ultime 3 cifre indicano le prestazioni dinamiche della tensione di uscita: Prima cifra: durante il cambiamento del modo operativo; Seconda cifra: durante la presa di carico, con carico lineare; Terza cifra: durante la presa di carico, con carico non lineare, Le cifre si riferiscono a 3 classi, che individuano le variazioni massime di tensione in uscita all’UPS.
I carichi possono essere del tipo Lineare o Non Lineare. Carico Lineare: dove non sono presenti convertitori (es. motore), caratterizzati dallo sfasamento, cosφ, fra le forme d’onda della tensione e della corrente; induttivo, quando la corrente è in ritardo rispetto alla tensione, o capacitivo, quando la corrente è in anticipo rispetto alla tensione. Il Fattore di Potenza, FP, è il rapporto tra la potenza attiva, P (W) e la potenza apparente S (VA). In un carico lineare cosφ ed FP coincidono. Carico Non Lineare: dove sono presenti convertitori (es. azionamento elettronico per motore) che creano una differenza fra il cosφ e FP in quanto allo sfasamento aggiungono gli effetti della distorsione generata da questi carichi.
Le nuove tecnologie di server e l’utilizzo della doppia linea di alimentazione hanno modificato la tipologia di carico: da tipicamente induttivo a tipicamente capacitivo. Gli UPS hanno adattato di conseguenza il diagramma della potenza in uscita da asimmetrico, adatto a carichi induttivi ma non a carichi capacitivi, a simmetrico, senza declassamento per cosφ sia induttivi che capacitivi, con la possibilità di funzionare fino a FP=1.
Agli UPS viene quindi richiesto di controllare molti parametri elettrici, come molteplici possono essere le modalità di utilizzo e le configurazioni installative, che approfondiremo in un prossimo articolo.
Autore: Lodovico Piermattei, consulting & solutions engineer, Emerson Network Power in Italia per ElettricoMagazine