Schone en betrouwbare netvoeding

Vrijwel ieder aspect van de industrie en handel van tegenwoordig is op kritische wijze afhankelijk van een continue toegang tot IT-resources. Deze ononderbroken toegang kan echter alleen worden gewaarborgd wanneer deze resources worden gevoed door een betrouwbare en storingsvrije stroomvoorziening. Op zich is dit niets nieuws, maar ontwerpers van elektrische systemen voor IT-toepassingen staan voor een nieuwe uitdaging: de voedingskwaliteit van het openbare stroomnet zal zeer waarschijnlijk verslechteren, althans gedurende een bepaalde tijd, aangezien er op hernieuwbare energiebronnen wordt overgestapt en doordat oudere elektriciteitscentrales worden gesloten omdat zij niet aan de huidige milieunormen voldoen. Jorge Aguinaga, Manager driefasige UPS-producten voor de divisie Power Quality van Eaton in Europa, het Midden-Oosten en Afrika, onderzoekt hier de kwesties meer in detail en kijkt naar de technologie die wordt ontwikkeld om te helpen.

Het stroomnet werd ontworpen voor stroom die afkomstig was van een relatief klein aantal grote centrales die zeer voorspelbare vermogens leverden. Nu wordt van het stroomnet gevraagd om stroom van een groot aantal kleinere energiebronnen met veel minder voorspelbare vermogens te distribueren. Het is gewoonweg niet mogelijk om het net in korte tijd zodanig opnieuw te configureren dat het een dergelijke enorme verandering aankan. Tot dit werk is afgerond, wat vele jaren kan duren, zal de voedingskwaliteit zeer waarschijnlijk in het gedrang komen, waarbij spannings- en frequentieschommelingen veel vaker zullen voorkomen dan dat vroeger het geval was.

Jorge Aguinaga, Eaton

Dit betekent dat het nu belangrijker dan ooit is om de stroomvoorziening van belangrijke bedrijfsmiddelen te beveiligen om de bedrijfsvoortgang te garanderen. Bij kritische toepassingen gebeurt dit meestal in de vorm van een ononderbreekbare voeding (UPS-systeem), een apparaat dat zelfs stroom levert wanneer de netvoeding uitvalt. Wanneer de netvoeding beschikbaar is, zorgt het UPS-systeem ervoor dat de belasting hoogwaardige voeding ontvangt. En bij stroomuitval put het systeem uit zijn energie-opslag – meestal batterijen – om de belasting te voeden.

Het UPS-systeem moet ervoor zorgen dat de belasting te allen tijde wordt gevoed met schone en betrouwbare stroom, ongeacht de toestand van de netvoeding. Het moet de belasting beschermen tegen veelsoortige problemen met de netvoedingskwaliteit, waaronder niet alleen langdurige en kortstondige netvoedingsonderbrekingen, maar ook frequentie- en spanningsschommelingen, transiënte spanningen, harmonische vervorming en nog veel meer.

Door de technologische vooruitgang en de toenemende "digitalisering" van de wereld moeten veel meer IT-toepassingen nu als kritisch worden beschouwd. Tegelijkertijd zijn de milieuoverwegingen toegenomen en de stroomkosten gestegen, waardoor UPS-gebruikers worden geconfronteerd met moeilijke keuzes om de juiste balans te vinden tussen flexibiliteit en efficiëntie, omdat van oudsher wordt gedacht dat er op één van deze terreinen offers moeten worden gebracht om op het andere terrein winst te boeken.

Fabrikanten van UPS-systemen houden zich nu bezig met dit vraagstuk. De nieuwste producten combineren de laagste totale kosten, gerealiseerd door een toonaangevende efficiëntie en uitstekende schaalbaarheid, met een uitzonderlijke flexibiliteit die wordt ondersteund door innovatieve technologie en een innovatief ontwerp.

Eén manier waarop dit wordt gerealiseerd, is door middel van een topologie met dubbele conversie. Dit betekent dat de netvoeding in twee fasen wordt verwerkt: (a) van AC naar DC via een gelijkrichter en (b) van DC naar AC door de belasting. UPS-systemen met dubbele conversie worden beschouwd als de best mogelijke bescherming voor belastingen, omdat ze ervoor zorgen dat de last ongeacht de kwaliteit van de netvoeding wordt gevoed met schone en betrouwbare stroom. Maar van oudsher werd dubbele conversie ook in verband gebracht met een potentiële tekortkoming: de twee conversiefasen werken allebei verliezen in de hand, wat betekent dat de efficiëntie moest worden opgeofferd ten gunste van de bescherming.

Dankzij twee recente technologische ontwikkelingen is dit echter niet langer een probleem. De eerste is de ontwikkeling van nieuwe hoogefficiënte omvormers op basis van de nieuwste IGBT-technologieën. Hierdoor kon de algehele efficiëntie van de nieuwste UPS-systemen worden verhoogd tot een uitzonderlijke 97% bij gebruik van dubbele conversie. De tweede ontwikkeling is een nieuwe energiebesparende technologie gebaseerd op krachtige algoritmen waarmee het UPS-systeem kan werken op basis van een "dubbele conversie op aanvraag", die wordt bepaald door de kwaliteit van de netvoeding. In de beste voorbeelden is de overgang tussen de energiebesparende modus en de modus met dubbele conversie naadloos en zeer snel (minder dan 2 ms), en dus onzichtbaar voor de belasting.

Als gevolg van deze ontwikkelingen kunnen gebruikers profiteren van de ongeëvenaarde veiligheid en kwaliteit van de voeding die alleen UPS-systemen met dubbele conversie kunnen bieden, terwijl ook nog eens de energierekeningen lager zijn, wat uiteindelijk leidt tot grote besparingen op de totale bedrijfskosten. Een ander voordeel is dat het hoge rendement van deze UPS-systemen betekent dat ze minder warmte genereren, zodat gebruikers tevens besparen op kosten voor koeling.

Eaton 93PM UPS Skyscraper

Andere belangrijke kenmerken van de nieuwste UPS-systemen zijn parallelschakeltechnologie en batterijbeheer. Door parallelschakeling kunnen meer UPS-systemen worden toegevoegd aan een bestaande installatie naarmate de eisen van gebruikers toenemen, waardoor een handige en voordelige schaalbaarheid wordt bereikt zonder het risico dat de flexibiliteit of de betrouwbaarheid in gevaar komen. Batterijbeheer verlengt de gebruiksduur van batterijen met maar liefst 50%, doordat de batterijen alleen worden opgeladen wanneer dit nodig is in plaats van continu te druppelladen.

Een ander gebied waarop recentelijk ontwikkelingen hebben plaatsgevonden, is de energiebeheersoftware van het UPS-systeem. Belangrijk om op te letten, is of deze volledig compatibel is met alle belangrijke besturingssystemen en alle populaire virtualisatiesoftware, zodat het UPS-systeem gemakkelijk kan worden geïntegreerd in praktisch elke IT-omgeving. Dit garandeert dat het bewaken en beheren van UPS-installaties gemakkelijk en ongecompliceerd is, waarbij gebruikers onmiddellijk bewust worden gemaakt van alle veranderingen in de toestand van de voeding. De meest geavanceerde voorbeelden van energiebeheersoftware kunnen er tevens voor zorgen dat deze veranderingen in de toestand tot automatische acties leiden, zoals de overdracht van virtuele machines van fysieke servers waarvan de netvoeding niet langer beschikbaar is naar andere servers waarvan de netvoeding beveiligd is. Dit is een ander belangrijk hulpmiddel ter bevordering van de veiligheid en flexibiliteit.

De digitalisering van de wereld in combinatie met een grotere mix van duurzame energiebronnen vergroot de behoefte aan schone en betrouwbare stroom. Dit, gecombineerd met de gestaag groeiende zoektocht naar de ontwikkeling van kosteneffectieve oplossingen en het verminderen van milieueffecten, zorgt voor uitdagingen die nooit eerder bij UPS-systemen bestonden. Gelukkig zijn er nu enkele verbeteringen op het gebied van UPS-technologie waarmee het ontwerp van voedingssystemen voor IT-toepassingen kan worden aangepast om deze uitdagingen aan te gaan.

Bezoek voor meer informatie over de Power Quality-oplossingen van Eaton www.eaton.nl/powerquality.