Spesifikasjon for prosjektering av UPS forsynte anlegg E03 14.03.13 For implementering GMTGO GMLET GMKVI E02 27.07.11 For implementering GMTGO GMLET GMKVI E01 29.06.04 For implementering KETH KETH TEBR REVISJON DATO TEKST LAGET KONTROLLERT GODKJENT DOKUMENTASJONS EIER / ORGANISASJONSENHET Teknisk UTGIVER FAGDEL DOK.KAT LØPENR. REVISJON Side 1 av 42 OSLAS AE SP 0003 E03 OSLO LUFTHAVN AS ER ET HELEID DATTERSELSKAP AV AVINOR AS
Vesentlige endringer i denne revisjonen: Beskrivelse av endringen Pkt.nr. Innholdsfortegnelse 1 Formål... 4 2 Omfang... 4 2.1 Hva... 4 2.2 Hvem... 4 2.3 Når og hvor lenge... 4 3 Forskrifter for elektriske lavspenningsanlegg... 5 3.1 1, Formål... 5 3.2 2, Virkeområde... 5 3.3 16, Planlegging og vurdering av risiko... 5 3.4 31, Avbrudd i strømtilførsel... 5 3.5 18, Fordelingssystem... 6 4 NEK 400, DEL 2 DEFINISJONER... 6 4.1 Avbruddsfri strømforsyning (UPS) "uninterruptible power supply"... 6 4.2 Nødstrømsforsyning "supply system for safety services... 6 4.3 Reservestrømforsyning "standby supply system... 6 5 NEK 400 Del 3... 7 5.1 313.2 Strømkilder for nødstrømsforsyning og reservestrømforsyning... 7 5.2 Kapittel 35, Nødstrømsystemer... 7 6 NEK 400 Nødstrømsystemer... 8 6.1 Kap 56 Nødstrømsforsyning... 8 7 NEK 400 Del 6... 10 7.1 Kapittel 61, Verifikasjon av en ny installasjon... 10 8 NEK 400, 710... 10 8.1 Tabell 710A-1... 10 9 Hva er en UPS?... 11 9.1 UPS-prinsipper... 12 Side 2 av 42
9.2 UPS-offline type, (standby UPS)... 13 9.3 UPS-online type... 15 9.4 Dimensjonering av UPS... 16 9.5 Redundans... 23 9.6 UPS Overvåkning... 29 9.7 UPS internkontroll... 29 9.8 Normer... 30 9.9 Filter... 30 9.10 Valg av vern etter UPS... 34 10 NEK 400 Beskyttelse mot overbelastningsstrøm... 36 10.1 433 Beskyttelse mot overbelastning... 36 11 Nasjonale tilpasninger (vedlegg 1 FEL)... 37 11.1 Belastning av PVC-isolert kabel:... 37 12 Selektivitet... 37 13 Bacupbeskyttelse... 38 14 UPS vs reservestrømsgenerator... 38 15 N / PE Ved batteridrift, kontinuitet... 39 16 FEL... 40 16.1 12 FEL kontroll... 40 16.2 13 FEL - oppbevaring av dokumentasjon... 42 17 Forkortelser og definisjoner... 42 18 Referanser... 42 Side 3 av 42
1 FORMÅL Spesifikasjonen er laget med tanke på å rette fokus på behov for økte kunnskaper rundt prosjektering, utførelse, endringer og vedlikehold av UPS forsynte anlegg og ved bruk av utstyr tilkoblet slike anlegg. Det er fokusert på krav til konstruksjon, utførelse og materiell som til sammen utgjør UPS anlegget. Dette er underlagt egne forskrifter1, som er basert på EU-direktiver. Forskriftene krever at det ved planlegging av anlegg skal foretas en totalvurdering av alle forhold som vedrører anleggets bruksområde for å sikre at det blir egnet til formålet. Valg av løsning for anlegget skal være basert på vurdering av risiko forbundet med det aktuelle anlegget. Resultater av denne vurdering skal inngå i dokumentasjonen for anlegget. 2 OMFANG 2.1 Hva Myndighetskrav FEL og NEK400 Definisjoner Dimensjonering av UPS Feilstrømmer i UPS forsynte anlegg - infrastruktur Egenskaper ved kortslutning av UPS Alternativ forsyning - dublering (Redundans) Harmoniske strømmer, filter Jordingsforhold / PEN punkt Riktig valg av vern, kabler Selektivitet / backup Samsvarserklæring Dokumentasjon 2.2 Hvem Forskriftene legger ansvar på de som til enhver tid påvirker sikkerheten i anlegget og utstyr tilknyttet dette fra det prosjekteres og ut anleggets levetid. Forskriftene opererer derfor med flere som er pålagt plikt til å oppfylle forskriftenes krav: prosjekterende, for eksempel rådgivende ingeniører utførende, for eksempel elektroinstallatører eier/byggherre bruker 2.3 Når og hvor lenge Spesifikasjonen trer i kraft fra godkjennelsesdatoen. Spesifikasjonen gjelder inntil annet bestemmes. Side 4 av 42
3 FORSKRIFTER FOR ELEKTRISKE LAVSPENNINGSANLEGG 3.1 1, Formål Formålet med forskriften er å oppnå forsvarlig elektrisk sikkerhet ved prosjektering, utførelse, endringer og vedlikehold av elektriske lavspenningsanlegg og ved bruk av elektrisk utstyr tilkoblet slike anlegg. Veiledning til 1 Elsikkerhet omfatter de faremomenter som elektrisiteten representerer i seg selv, som berøringsfare og brann, til sikkerhetsmessige forhold knyttet til bruk av elektrisitet og elektrisk utstyr. Elsikkerhet omfatter bl.a. følgende: berøringsfare lysbue og varmgang (personskade, brannfare, eksplosjoner) lynnedslag og lynavledning elektrostatiske utladninger kjemiske prosesser (for eksempel i koblinger) forårsaket av elektrisitet elektromagnetiske felts virkninger på mennesker og dyr utførelse, montering, og vedlikehold av elektriske utstyr systemløsning, utførelse, bruk og vedlikehold av et elektrisk anlegg elektromagnetisk kompabilitet mellom ulike typer elektrisk utstyr pålitelighet i strømforsyning kvalitet på strømforsyning konsekvens og følgeskader Prosjektering er et omfattende begrep som kan dekke alt fra detaljplanlegging, utarbeidelse av beskrivelse og tegninger til anlegg i større bygg til enkel planlegging av en enkelt kurs. 3.2 2, Virkeområde Forskriftene gjelder for prosjektering, utførelse, endring og vedlikehold av elektriske lavspenningsanlegg, herunder lavspenningsanlegg for hoved-, reserve- og nødstrømsforsyninger. Forskriftene gjelder også for bruk av elektrisk utstyr, inkludert høyspenningsutstyr, tilkoplet lavspenningsanlegg. 3.3 16, Planlegging og vurdering av risiko totalvurdering av elektrisk sikkerhet (veiledning til 1) tilfredsstillende pålitelighet i strømforsyningen beskyttelse mot avbrudd selektivitet for vern anlegget blir egnet til den forutsatte bruk 3.4 31, Avbrudd i strømtilførsel Dersom uventet strømavbrudd vil kunne medføre fare for personer, husdyr eller omgivelser, skal behov for uavhengig strømtilførsel vurderes. Eksempler på steder hvor det kan være nødvendig med nødstrømsforsyning er: sykehusinstallasjoner Side 5 av 42
større hoteller, (rømningsveier) industrielt landbruk, (ventilasjonsanlegg for høns, oppdrettsanlegg med mer.) industribedrifter, (meget spesielle installasjoner, personfare ved ukontrollert driftsstans) 3.5 18, Fordelingssystem Krav til riktig bruk av fordelings system og krav til sikkerhetstiltak for å unngå: Farlig strømgjennomgang For høye temperaturer Avbrudd som kan medføre fare for mennesker med mer Skadelig påvirkning av andre deler av anlegget eller utstyr i eller tilkoplet dette 4 NEK 400, DEL 2 DEFINISJONER 4.1 Avbruddsfri strømforsyning (UPS) "uninterruptible power supply" Uninterruptible power supply (UPS) (NEK EN 62040-1-1) Kombinasjon av omformere, brytere og energilagringsenheter (for eksempel batterier) som utgjør et system som opprettholder en kontinuerlig strømforsyning til last ved svikt av den innkomne strømforsyningen. 4.2 Nødstrømsforsyning "supply system for safety services 826-10-04 ( kildeangivelsen betyr at termen er hentet fra NEK IEC 60050: kapittel 826, del 10, term nr 4.) Forsyningssystemet beregnet på å opprettholde drift av utstyr og installasjoner som: Er avgjørende nødvendig for helse og sikkerhet for mennesker og husdyr, og / eller er nødvendig for å hindre alvorlige ødeleggelser av miljø eller av annet utstyr hvis dette er krevet i lov eller forskrift. MERKNAD Forsyningssystemet omfatter strømkilden og kretser frem til tilkoplingsklemmene på utstyret. I visse tilfeller kan systemet også omfatte utstyret. 4.3 Reservestrømforsyning "standby supply system 826-10-07 ( kildeangivelsen betyr at termen er hentet fra NEK IEC60050: kapittel 826, del 10, term nr 7.) Forsyningssystem som, av andre grunner enn sikkerhet, er beregnet på å opprettholde funksjonen av en installasjon eller del av en installasjon ved avbrudd i den normale forsyningen. Strømkilder: generator UPS Side 6 av 42
5 NEK 400 DEL 3 5.1 313.2 Strømkilder for nødstrømsforsyning og reservestrømforsyning Når Nødstrømsforsyningen er krevet, for eksempel av brannvernmyndighetene, og Andre krav er stilt i forbindelse med nødevakuering av eiendommen, og/eller Reservestrømforsyningen er krevet av den som utarbeidet kravspesifikasjonen til installasjonen, Skal egenskapene til nødstrømsforsyningen og reservestrømforsyningen vurderes hver for seg. Slike forsyninger skal ha tilstrekkelig ytelse og pålitelighet og skal ha en inn / omkoblingstid som er tilpasset den spesifiserte nød- eller reservefunksjon. Ytterlige krav til nødstrømsforsyning er gitt i avsnitt 35 og NEK 400-5-56. I denne normen er det ingen spesielle tilleggskrav til reservestrøms forsyning. 5.2 Kapittel 35, Nødstrømsystemer 35.1 Generelt MERKNAD 1 Behovet for nødstrømsystemer og deres egenskaper er som oftest regulert av myndighetene. Slike krav skal det tas hensyn til. MERKNAD 2 Eksempler på nødstrømsystemer er nød belysning, brannalarmsystemer, installasjoner for brannpumper, røk- og varmeavsugingsutstyr. Følgende typer av strømkilder kan brukes for nødstrømsystemer: Akkumulatorbatterier Primærceller/batterier Strømforsyningsenheter uavhengige av den normale forsyningen. Separate tilførsler fra den normale tilførselen kan ikke benyttes som nødstrømkilde. 35.2 Klassifisering En nødstrømsforsyning er enten: en ikke-automatisk forsyning som må startes manuelt, eller En automatisk forsyning som er uavhengig av manuell start. En automatisk forsyning klassifiseres i forhold til den tid det tar før en nødstrømsforsyning overtar belastningen: Ingen avbrudd: en automatisk forsyning som kan sikre en kontinuerlig forsyning innen spesifiserte grenser under omkoblingstiden, for eksempel med hensyn til variasjoner i spenning og frekvens; Side 7 av 42
Meget kort avbrudd: automatisk forsyning tilgjengelig innen 0,5 s; Kort avbrudd: automatisk forsyning innen 15 s; Middels avbrudd: automatisk forsyning innen 15 s; Langt avbrudd: automatisk forsyning etter mer enn 15 s; 6 NEK 400 NØDSTRØMSYSTEMER 6.1 Kap 56 Nødstrømsforsyning 560.5.2 For nødstrømsystemer som skal være i drift under brann, må i tillegg følgende to forutsetninger være tilstede: Nødstrømkilden skal velges med sikte på å opprettholde strømforsyningen i en relevant tid. Alt utstyr i nødstrømsystemet skal, enten gjennom utstyrets konstruksjon eller gjennom spesielle installasjonsmessige tiltak, kunne tåle en brann i en passende tid. 560.5.3 I IT systemer skal strømstyrt jordfeilvern i samsvar med NEK 400-4-41, avsnitt 411.6.3.2 ikke benyttes. 560.6 Nødstrømkilder 560.6.2 Nødstrømkilder skal være fastmontert og slik installert at de ikke blir påvirket av feil i den normale strømtilførselen. 560.6.3 Nødstrømkilder skal installeres på egnet sted og bare være tilgjengelig for sakkyndig og instruert personell (BA5 eller BA4). 560.6.4 Stedet der nødstrømkilden er plassert, skal være riktig og hensiktsmessig ventilert slik at eventuell eksosgass, røk eller damp fra strømkilden forhindres fra å komme inn i områder hvor personer oppholder seg. 560.6.5 Separate, uavhengige tilførsler fra forsyningsnettet skal ikke benyttes som nødstrømkilde. 560.6.6 Nødstrømkilden skal ha tilstrekkelig kapasitet til å forsyne det tilhørende nødstrømsystemet. 560.6.7 Side 8 av 42
En nødstrømkilde kan i tillegg benyttes til andre formål enn å forsyne nødstrømsystemet, forutsatt at tilgjengeligheten til nødstrømsystemet ikke blir forringet. En feil som inntreffer i en kurs for et annet formål skal ikke medføre avbrudd i kurser for nødstrømsystemet. 560.6.8 Spesielle krav til nødstrømsforsyning med strømkilder som ikke kan drives i parallell 560.6.8.1 Hensiktsmessige forholdsregler skal tas for å hindre parallelldrift av nødstrømkilder. MERKNAD - Dette kan oppnås med mekanisk forrigling. 560.6.8.2 Kortslutningsbeskyttelse og beskyttelse mot feil skal ivaretas for hver strømkilde. 560.6.9 Spesielle krav til nødstrømsforsyning med strømkilder som kan drives i parallell. MERKNAD 1 - Parallell drift av uavhengige strømkilder vil vanligvis kreve tillatelse fra netteier. Det kan også være nødvendig med bruk av spesielt utstyr, for eksempel for å forhindre tilbake-mating. Kortslutningsbeskyttelse og beskyttelse ved feil skal være ivaretatt når installasjonen er forsynt fra hver enkelt strømkilde separat eller ved begge strømkilder i parallell. MERKNAD 2 Det kan være nødvendig med forholdsregler for å forhindre sirkulerende strømmer i forbindelse mellom strømkildenes nøytralpunkt, spesielt mht. virkningen av 3. harmoniske strømmer. 560.7 Kurser for nødstrømsystemer 560.7.1 Kurser for nødstrømsystemer skal være uavhengig av andre kurser. MERKNAD Dette betyr at en elektrisk feil eller annet inngrep eller modifikasjon i et system ikke vil påvirke den riktige funksjonen av den andre. Dette kan gjøre det nødvendig med adskillelse ved brannhemmende materiale eller forskjellige føringsveier. 560.7.2 Kurser for nødstrømsystemer skal ikke føres gjennom steder hvor det er risiko for brann (BE2), med mindre kursene er brannresistente. Kursene skal ikke i noe tilfelle føres gjennom områder med eksplosjonsfare (BE3). MERKNAD - Hvor det er praktisk mulig, bør enhver kurs føres utenom områder med brannrisiko. 560.7.3 I henhold til NEK 400-4-43 avsnitt 433.3.3 kan beskyttelse mot overbelastning utelates dersom avbrudd i strømforsyningen kan medføre høyrere risiko. Når beskyttelse mot overbelastning er utelatt, skal en mulig overbelastning overvåkes. 560.7.4 Overstrømsvern skal velges og monteres slik at overstrøm i en kurs ikke hindrer korrekt funksjon av kurser for nødstrømsystemer. 560.7.5. Side 9 av 42
Koblingsutstyr skal være tydelig merket og gruppert på steder som kun er tilgengelig for sakkyndig eller instruert personell. 560.7.6 I et elektrisk utstyr som forsynes av to ulike kurser med uavhengige strømkilder, skal en feil som oppstår i en kurs ikke svekke beskyttelsen mot elektrisk sjokk, ei heller korrekt funksjon av den andre kursen. Dersom slikt utstyr krever beskyttelsesleder, skal denne kobles til beskyttelseslederen i begge kursene. 560.9 Nød-belysning for rømningsveier. 560.9.12 I et nød-belysningssystem skal lampetypene, for å opprettholde et spesifisert belysningsnivå, være kompatible med omkoblingstiden. Merknad: Bruk av damplampearmaturer i rømningsveier krever UPS eller blinkfri forsyning, dvs. armaturer med en hvis starttid. 7 NEK 400 DEL 6 7.1 Kapittel 61, Verifikasjon av en ny installasjon 61.1.1 Enhver installasjon skal verifiseres under montasje så langt dette er praktisk mulig, og ved ferdigstillelse før den tas i bruk av eier/bruker. Veiledning Verifikasjon ved ferdigstillelse gjennomføres etter sluttført montasje. Rapport fra verifikasjon inngår som et underlag for utstedelse av samsvarserklæring. 61.1.2 Informasjonen som kreves i NEK 400-5-51 avsnitt 541.5 og annen informasjon som er nødvendig for å verifisere en ny installasjon, skal være tilgjengelig for den personen som utfører verifikasjonen. Veiledning- Informasjon (dvs en dokumentasjon) skal minst inneholde: En beskrivelse av installasjonen En oversikt over hvilke normer / metoder som er anvendt Resultater av beregninger og / eller risikovurderinger. 8 NEK 400, 710 8.1 Tabell 710A-1 Klassifisering av nødstrømsforsyninger nødvendig for medisinske områder (i henhold til NEK 400-5-56, avsnitt 560.4.1) Klasse 0 Automatisk strømforsyning tilgjengelig uten avbrudd Side 10 av 42
(Ingen avbrudd) Klasse 0,15 Automatisk strømforsyning tilgjengelig innen 0,15 s (Veldig korte avbrudd) Klasse 0,5 Automatisk strømforsyning tilgjengelig innen 0,5 s (Kort avbrudd) Klasse 15 Automatisk strømforsyning tilgjengelig innen 15 s (Middels langvarig avbrudd) Klasse >15 Automatisk strømforsyning tilgjengelig etter mer enn 15 s (langvarig avbrudd) MERKNAD 1- Vanligvis er det unødvendig å etablere en strømforsyning uten avbrudd for medisinsk elektrisk ytstyr. Utstyr som er kontrollert av mikroprossesorer kan imidlertid ha behov for slik forsyning. MERKNAD 2- Nødstrømsforsyning for områder som har forskjellige klassifisering skal tilfredsstille den klassifisering som krever den høyeste forsyningssikkerhet. Se tillegg 710B for retningslinjer for å klassifisere nødstrømsforsyning i medisinske områder. MERKNAD 3- Betegnelsen innen omfatter. 9 HVA ER EN UPS? På norsk avbruddfri strømforsyning. UPS er forkortelse for Uninterrupible Power Supply En UPS skal En UPS bør også gi beskyttelse mot strømbrudd til kritisk last ved at den gir fra 5 min. til flere timers backup. Gi beskyttelse mot støy og variasjoner fra lysnettet. Rett konfigurasjon av en UPS avhenger av størrelsen på lasten, oppgraderinger av installasjonen i fremtiden og kvaliteten på tilgjengelig bypass kraft. Side 11 av 42
9.1 UPS-prinsipper Standby (Offline ) Line interactive Online minimal støybeskyttelse ingen spenningsstabilisering stabilisert sinusutgang omkoblingstid fra nett- til batteridrift kun egnet for PC noe bedre støybeskyttelse noe spenningsstabilisering ren sinusutgang omkoblingstid fra nett- til batteridrift for PC enkle servere full støydemping full spenningsstabilisering ren sinusutgang ingen omkoblingstid fra nett- til batteridrift egnet til alle applikasjoner med høye krav til oppetid og for maksimal sikkerhet Side 12 av 42
9.2 UPS-offline type, (standby UPS) AC inn Rele AC ut Likeretter AC/DC Batteri DC Vekselretter DC/AC Side 13 av 42
UPS offline type, (Line interactive UPS) AC inn Spennings regulator Rele AC ut Likeretter AC/DC DC Vekselretter DC/AC Batteri Side 14 av 42
9.3 UPS-online type Bypass linje Likeretter Vekselretter AC ut AC inn AC/DC DC/AC Batteri Side 15 av 42
9.4 Dimensjonering av UPS Grunnleggende Ved dimensjonering av UPS er det to forhold som det må tas spesielt hensyn til: effektforbruk batteritid Følgende rekkefølge ved prosjektering av UPS anlegg er å anbefale: Bestemmende Velg konfigurasjon Kalkuler UPS kapasitet Velg filterteknikk Velg systemjording Velg vern Velg kabler Velg batterier Bygningskonstruksjon Hvorfor Konfigurasjonen avgjør nivået og behovet for energi Merkeytelsen til hver UPS må avdekkes i forhold til de verste belastningsforhold (transiente overstrømmer ved oppstart av spesielle laster samt totalt antall UPS enheter systemet bygges opp av. Målet er å redusere spenningsforstyrrelser til akseptable nivåer på det nettet som skal forsyne UPS`ene. Du må forsikre deg om at installasjonen er i samsvar med gjeldende standarder angående beskyttelse av liv og eiendom. Det er nødvendig å avdekke bryteevnen og merkestrøm til vern installert oppstrøms og nedstrøms UPS`ene samt løse eventuelle selektivitetsproblemer. Målet er å begrense spenningsfall og temperaturstigning i kabler og harmonisk støy på last tilkoblinger. Batterikapasitet (backup tid) må være lang nok til å tilfredstille brukernes behov. Byggets utforming og ventilasjon må være planlagt slik at overopphetning av UPS`er og tilhørende utstyr ikke forekommer. Side 16 av 42
Produsenter oppgir ofte verdiene MTBF og MTTR uten å forklare hva dette er og hvordan tallene er fremkommet. MTBF - Mean Time Before Failure MTTR - Mean Time To Repair Eksempel MTBF: 100 identiske UPS` er opererer i 2 år og 35 feil oppstår ): (100x2x24x365)/35 = 50000 timer. Av de 35 feilene som oppstod, forårsaket 3 feil hendelser som forstyrret brukerne. For brukerne blir derfor MTBF som følger (100x2x24x365)/3 = 584000 timer. Til slutt var det 10 av feilene som kunne lokaliseres til batteriene. For batteriene blir derfor MTBF som følger (100x2x24x365)/10 = 175000 timer, som igjen er mye høyere enn batterienes service tid 40000 til 80000 timer. Forskjellige egenskaper, (UPS primærside) Side 17 av 42
Nødvendige data for kortslutnings beregninger Merknad: 3-polt kortslutningsstrøm 2-polt kortslutningsstrøm kortslutningsstrøm fase til Nøytral kortslutningsstrøm fase til PE overbelastningskapasitet for vekselretter interne vern for bypass thyristorer inngående vern for likeretter crestfaktor for lasten overlast ved lastpåslag kurssikringer overvåkning av vekselretter. bypass batteri Vanlige måleinstrumenter for kortslutningsmålinger er ikke beregnet på UPS. Dette fordi UPS går over i en strømforsyningsmodus ved overlast. Dette betyr at konstant strøm opprettholdes og at spenningen synker. Lasttyper og størrelse ohmsk last lineær last ulineær last støt/start strømmer faktor for nedgradering: Side 18 av 42
Ohmsk last kw = kva UPS f = 1 (ingen reduksjonsfaktor) Lineær last kva last = f x kva UPS f=0,7 1 avhengig av startstrøm cos φ, PF Side 19 av 42
Ulineær last kva last = f x kva UPS CF, kurveformfaktor harmoniske startstrøm likeretterlast dioder transistor tyristor f = 0,2 0,7 avhengig av Støt/startstrøm Størrelse og varighet er avgjørende for dimensjonering av UPS må vurderes opp i mot hva UPS vil oppleve som kortslutning. Side 20 av 42
Lineære laster: En last er lineær når strømmen har samme form som spenningen. Slike laster har ingen overharmoniske komponenter. Eksempel på slike laster er; motstander i varmeovner, induktive laster, motorer, transformatorer. Ulineære laster: En last er ulineær når strømmenes kurveform er ulik med kurveform med spenningen. Det harmoniske spekteret er avhengig av karakteristikken på lasten Switchmode power supply, motorer ved oppstart, transformatorer under påslag. Lineære laster Ulineære laster Crest factor: Forholdet mellom toppverdi og rms verdi. Eksempel: lineær last Fc = 1,414 = 2 computer last -() Fc = 2 til 2,5 PC last Fc = 2,2 til 3,5 Side 21 av 42
Power factor / λ (lambda) Forholdet mellom aktiv effekt P og tilsynelatende effekt S P i W og S i VA Effektfaktor må ikke forveksles med faseforskyvningsfaktoren cos φ. Eksempel: Kalkuler effektfaktor på en datalast på 12 kw og en rms strøm på 74A Faseforskyvningsfaktor (cosinus phi) P= aktiv effekt til den grunnharmoniske. S= tilsynelatende effekt av den grunnharmoniske. * Dersom spenningen og strømmen er sinusformet er cos φ lik effektfaktoren * For en datalast, er cos φ tilnærmet lik 1 og λ rundt 0.74. Batteriforsyning velge batterier med god pålitelighet i denne typen anvendelser. sørge for et godt miljø for batteriene. lade batteriene rett. utføre nødvendig vedlikehold av batteribank. verifisere batteritilstand ved egnet test. Side 22 av 42
Batteritid: Normalt er det tilstrekkelig med 5-10 minutter batterikapasitet for å takle blink på nettet og for deretter å ta en kontrollert nedkjøring av anlegget. Alle UPS`er oppgir en batteritid ved fullast. Ved redusert last vil batteritiden øke etter følgende tabell: 75% last gir batteritid ved full last x 1,5 50% last gir batteritid ved full last x 2,5 25% last gir batteritid ved full last x 5,0 De vanligste batteritypene for UPS er: gasstett blybatteri ventilert blybatteri nikkel-kadmium batteri Hvor man bruker hva er avhengig av: bruksområde hvor skal batteriene skal stå backuptid kostnad på batteripakken brukstid størrelse temperaturtolerans e ved drift vedlikeholds - frekvens monteres i spesielt rom kostnad gasstett blybatteri 5-10 år + + lav nei lav til medium ventilert blybatteri 5-10 år + + middels ja lav nikkel-kadmium batteri 5-10 år ++ +++ høy nei høy 9.5 Redundans Hva skal man beskytte seg mot? strømbrudd spenningstransienter lyn, sveising, heiser, ovner etc. spenningsdropp inn og utkobling av store laster overharmoniske komponenter forårsaket av annet utstyr Side 23 av 42
Hvorfor beskytte seg? Det er ikke alle typer utstyr som tåler avbrudd i strømforsyningen, selv små blink kan være nok til å sette utstyr med prosessorer ut av drift. Det er derfor fornuftig å finn et hvor lang tid tilkoblet utstyr tåler å være uten spenning før en velger UPS løsning. Påvirkende faktorer for å utløse feil/driftsstans: fingertrøbbel varme lyn & torden elektrikere som jobber belastning i det elektriske nettet støy fra annet utstyr komponentfeil strømbrudd Avhengighet Det svakeste leddet bryter kjeden. Datafolket vil påstå at disker og software er det leddet som må sikres og så brukes masse penger der. Om strømmen går, hva skal man da med resten? Side 24 av 42
Redundans Passiv redundans (statisk omveisbryter) Aktiv redundans (UPS i parallelldrift). Parallellkobling av UPS Side 25 av 42
Statisk omveisbryter Svitsjede strømforsyninger En fase laster slik som PC` er og minicomputere genererer harmoniske av oddetall fra ( H3 til H15 ). Kontinuerlig økende i antall. Side 26 av 42
Strømtrekk Is S=8.5KVA Fc =2.4 THDI=93% Harmonisk spektrum 78% H3, 44% H5, 17% H7,... Strømtrekk vanlig PC Side 27 av 42
Typisk harmonisk spektrum fra PC Kabler: impedansen øker med økt harmonisk innhold THD (U) øker økt varmetap (skin effect) problemer med nøytralleder, som kan få inntil 3 ganger fasestrømmen kondensatorer: økt ledningsevne gjør at man får sirkulerende overharmoniske komponenter stor risiko for resonans asynkrone motorer: andre: økt Joules og jerntap pulserende dreiemoment (rotor tap redusert mekanisk virkningsgrad) problemer med THDU lager forstyrrelser i styresystemer, kontrollanlegg etc. Side 28 av 42
Oppsummering harmoniske betraktninger All elektrisk installasjon vil bli negativt påvirket av for mye harmoniske effekter. Konsekvenser er som følger: unødvendig høyt strømtrekk utilsiktet tripping av brytere skade på kondensatorbatterier og fare for resonans oppheting av kabler, transformatorer, motorer etc feilhyppighet på elektronisk utstyr feil på fjernkontrollerte styringer, telecom utstyr etc vibrasjon og støy (på roterende utstyr, transformatorer etc.) 9.6 UPS Overvåkning Ved feil på UPS anlegg bør det vurderes tiltak for rapportering. fjernbetjening modem, UPS ringer opp og rapporterer logg i UPS 9.7 UPS internkontroll Internkontroll rutiner for installering av filter rutiner for overvåkning av UPS rutiner for overvåkning av filter rutiner for overvåkning av vern i UPS krets UPS service og vedlikehold Preventivt vedlikehold sjekke batterier sjekke driftsforhold rense for støv sjekke parameter termografering nettanalyse for dokumentasjon av spenningskvalitet Side 29 av 42
Service mindre UPS bytte kort, vifte, batterier større UPS bytte moduler diagnose med RS232 lokalt eller modem manuell bypassbryter 9.8 Normer EN-50091-1 Generell sikkerhetsnorm (LVD) for UPS, gjeldende fra 15/8-94. EN-50091-2 EMC immunitet og emisjon, gjeldende fra 1/1-97. EN-50091-3 IEC 62040-3 UPS ytelser. UPS ytelser EN-60950 Sikkerhetsnorm for elektronisk utstyr, benyttet på UPS før 1/1-94. EN-60945 GMDSS DNV Maritim navigasjon og radiokommunikasjon. Radioutstyr for skip, krav til batteriovervåkning og opplading. Ikke spesielle skips normer for UPS < 100kVA, krav til overvåkning. 9.9 Filter Nettanalyse må utføres før filter installeres, ellers har vi ikke kontroll med effekten av filteret og nødvendig størrelse. Filteret måler kontinuerlig de harmoniske komponentene på nettet og leverer tilbake frekvenser med rett effekt slik at nettets sinusform tilnærmet blir gjenopprettet. Side 30 av 42
MGE SineWave filter aktive respons ca. 40ms. passive faste frekvenser. MGE SineWave filter, eksempel på praktisk løsning Side 31 av 42
Nettstøy kompensert med filter 1 Nettstøy kompensert med filter -2 Side 32 av 42
Testresultat med et 60 A aktiv filter Side 33 av 42
Forskjell på aktivt og passivt filter Harmonisk strømkontroll Endring i impedansen Frekvens variasjon innvirkning Endring av strøm Endring av laster Kontroll av harmonsk orden Vekt og dimensjon passivt filter p et filter per frekvens p risk for resonanse virkning p reduksjon i effektivitet p overlast p modifisering av filter vanskelig p stor aktivt harmonisk filter p samtidig kontroll av harmoniske p ingen invirkning p ingen invirkning p ingen risk for overlast p ingen problem mulig via SW p liten 9.10 Valg av vern etter UPS Bruk av UPS som overstrømsvern for kabel / leder løsninger En UPS kortslutningsytelse (kortslutningsstrøm) bestemmer hvor store vern den kan løse ut. Vernene bør derfor dimensjoneres ut i fra hvor store vern UPS`en klarer å løse ut termisk overlast kortslutning utkobling før andre forbrukere stopper selektivitet. Side 34 av 42
Forskjellige vern karakteristikker Strøm/tid karakteristikk for aktuelle vern, samt strøm ved kortslutning på UPS utgangsklemmer, med 1 bypassmating og 1 UPS innkoplet Side 35 av 42
10 NEK 400 BESKYTTELSE MOT OVERBELASTNINGSSTRØM 10.1 433 Beskyttelse mot overbelastning 433.1 Koordinering mellom ledere og overbelastningsvern Utløse karakteristikken til vern som skal beskytte en leder mot overbelastning skal tilfredsstille følgende to krav: Hvor: 1. Ib In Iz 2. I2 1,45 Iz Ib er den dimensjonerende laststrøm for kursen Iz er den kontinuerlige strømføringsevnen for kabelen In er vernets nominelle strøm Merknad- For justerbare vern tilsvarer In innstilt utløserstrøm. I2 er strømmen som sikrer utkopling av vernet innen en fastsatt tid er gitt i produksjon standardene eller kan fås fra fabrikant. I2 1,45 x Iz Merknad- Bruk av vern som omtalt i dette punktet gir ikke alltid fullstendig beskyttelse, f.eks. mot langvarig overstrøm lavere enn I2. Det vil heller ikke gi noen økonomisk god løsning. Strømkretsen bør dimensjoneres slik at det vanligvis ikke vil oppstå små, langvarige overbelastninger. Side 36 av 42
11 NASJONALE TILPASNINGER (VEDLEGG 1 FEL) 11.1 Belastning av PVC-isolert kabel: Ved bruk av PVC-isolert kabel med små tverrsnitt skal vern mot overbelastning velges slik at vernets høyeste prøvestrøm I2 ikke overstiger kabelens maksimale strømføringsevne Iz eller vernets høyeste prøvestrøm I2 ikke overstiger høyeste prøvestrøm som er benyttet for materiell i kretsen. Med små tverrsnitt menes tverrsnitt opp til og med 4 mm2. I2 Iz 12 SELEKTIVITET Selektivitet er tilstede når det vernet som er nærmest et feilsted kobler ut før foranstående vern. Kravet til selektivitet gjelder både ved overbelastning som ved kortslutning. Når det gjelder kortslutning må beregninger eller målinger foretas for å fastlegge dimensjonerende strøm. I noen tilfeller kan det være aktuelt å benytte effektbrytere med tidsforsinkelse for å oppnå selektivitet. Tabell 41 A (TN) og (IT) nett, stiller krav til maksimum utkoblingstid ved feil. Det kan i noen tilfeller være påkrevd å benytte effektbrytere med mulighet for elektronisk sammenkobling for å oppnå selektivitet. Det kan være vanskelig å dokumentere selektivitet mellom vern fordi vern fabrikantene ofte ikke har utført slik analyse mellom egne og andre fabrikanter. Side 37 av 42
13 BACUPBESKYTTELSE Ved kortslutningsstrømmer høyere enn aktuelt verns bryteevne må det dokumenteres at forankoblet vern gir backupbeskyttelse. Backupbeskyttelse kan kun dokumenteres ved bruk av vern fra samme fabrikant. Unntaket er høyeffektsikringer som har meget lavt gjennomslippsintegral. 14 UPS VS RESERVESTRØMSGENERATOR Nødvendig generatorkraft tilgjengelig for UPS Bruk av aktivt filter fører til at generatoren utnyttes bedre og gir derfor mulighet for reduksjon av generatorstørrelse. Generator kun for UPS Generator kun for UPS / små anlegg Anbefaling om 2 x størrelse på generator i forhold til UPS Generator for større deler av anlegget Anbefaling om 5 x størrelse på generator i forhold til UPS. Side 38 av 42
15 N / PE VED BATTERIDRIFT, KONTINUITET Eksempel på nettstruktur T RANSFORMATOR GENERATOR JORDSKINNE TRAFOROM PE 1) N PE 1) N G HOVEDFORDELING HØY- SPENNINGS- JORD L1, L2, L3 N PE 1) 1) 1) UNDERFORDELING X L1, L2, L3 N PE D TRANSFORMATOR D/Z Z N PE 1) PN 50 GUL/GRØNN UPS LIKERETTER INNFØRINGSSKAP IT-ROM EKVIPOT. osv. PN 50 GUL/GRØNN HOVEDJORDSKINNE VEKSELRETTER BATT. L1, L2, L3 N PE BYPASS 1) UPS-FORDELING HOVEDJORDELEKTRODE/ FUNDAMENTJORDELEKTRODE 1) JORDLEDER/SKJERM I KRAFTKABEL DIMENSJONERT I HENHOLD TIL FEB 91 Side 39 av 42
Eksempel på løsning for å beholde samme PEN punkt i alle driftstilstander i anlegget 16 FEL 16.1 12 FEL kontroll Erklæring om samsvar Før nytt anlegg tas i bruk og etter hver endring skal den som er ansvarlig for utførelsen eller endringen av anlegget sørge for at det er kontrollert og prøvet for å sikre at det tilfredsstiller forskriftenes krav. Enhver som er ansvarlig for prosjektering, utførelse eller endring av anlegg skal utstede erklæring om samsvar med sikkerhetskravene i kapittel V Som underlag for slik erklæring skal det være utarbeidet dokumentasjon som gjør det mulig å vurdere om anlegget er i samsvar med forskriftenes krav. Erklæring om samsvar og dokumentasjon skal overleveres eier av anlegget. Side 40 av 42
Dersom det har vært nødvendig å ta spesielle forholdsregler i anlegget for å oppfylle kravene om elektromagnetisk kompatibilitet, skal den som prosjekterer eller utfører anlegget utarbeide instruksjon for bruk og vedlikehold av disse tiltakene. Veiledning til FEL 12: Ansvar i tilknytning til elektriske anlegg er regulert i FEL 9. Forskriften angir ikke spesifikt hvilke deler av dokumentasjonen det tillegger hhv ansvarlig for prosjektering og ansvarlig for utførelse å overlevere eier. Hvor prosjektering og utførelse er fordelt på flere aktører må det derfor foretas en koordinering mellom disse slik at den samlede dokumentasjon som overleveres eier av anlegget oppfyller forskriften. Bestemmelsen er ikke til hinder for at det utstedes en felles erklæring som omfatter både planlegging og utførelse og som undertegnes av alle involverte aktører. Erklæring om samsvar må minst inneholde følgende: navn og adresse til den/de ansvarlige for prosjektering, utførelse eller endring av anlegget. Identifikasjon av anlegget. betegnelse på normer anvendt helt eller delvis, eller andre tekniske spesifikasjoner som anlegget er basert på i tilfelle normer ikke anvendt forsikring om at anlegget oppfyller kravene til sikkerhet i FEL. underskrift av den/de ansvarlige for prosjektering, utførelse eller endring av anlegget. Dokumentasjonen som er underlaget for å kunne utstede en erklæring om samsvar må bl.a omfatte følgende: En beskrivelse av anlegget hvorav følgende spesielt skal fremgå: type og sammensetning av kretser (type uttak som forsynes, antall ledere og tverrsnitt, forlegningsmåte). prinsipiell oppbygning av kretsene med referansesystem, drifts- og anleggsmerking. Kretsskjema skal gi fullstendig informasjon om forbindelse mellom komponenter/utrustninger og beskrive virkemåten. data som er nødvendige for å identifisere vern, frakoplings - og bryterutstyr og slike komponenters plassering. For enkle anlegg kan denne beskrivelsen isteden bestå av en kursfortegnelse eller lignende. En liste over anvendte normer og eventuelt en beskrivelse av løsninger som er valgt for å oppfylle de overordnede kravene i forskriften når normer ikke er anvendt. resultatene av beregninger og risikovurdering osv, jf FEL 16 med veiledning. rapport fra kontroll som nevnt i første ledd. Side 41 av 42
NEK har utgitt normer som er relevante for utforming av dokumentasjon. Elektrotekniske beregninger er nødvendige dersom oppfyllelse av forskriftenes sikkerhetskrav ikke kan verifiseres på annen måte. Omfang av risikovurderinger er sterkt knyttet til anleggets kompleksitet og antatt risiko, for enkle anlegg med lav risiko anses slike vurderinger ikke påkrevd. 16.2 13 FEL - oppbevaring av dokumentasjon Eier av anlegg skal til enhver tid oppbevare erklæring om samsvar og oppdatert dokumentasjon som angitt i 12. Enhver som i henhold til 12 er pålagt å utstede samsvarserklæring skal oppbevare kopi av erklæringen i minst fem år regnet fra den dag erklæringen om samsvar er datert. Veiledning til FEL 13: Bestemmelsen skal sikre at oppdatert dokumentasjon er tilgjengelig og kan legges til grunn for ettersyn, vedlikehold, utbygging og andre endringer. Bestemmelsen i annet ledd om plikt til oppbevaring av samsvarserklæring i minst fem år korresponderer med maksimumfristen for reklamasjon i henhold til lov om håndverkertjenester m.m for forbrukere og lov om avhendig av fast eiendom. 17 FORKORTELSER OG DEFINISJONER Forkortelse Forklaring FEL Forskrift om elektriske lavspenningsanlegg NEK 400 Norsk elektrisk norm UPS uninterruptible power supply (Avbruddsfri strømforsyning) 18 REFERANSER Referanse NEK 400 FEL Forklaring Norsk elektrisk norm Forskrift om elektriske lavspenningsanlegg Side 42 av 42