Hjemmel og kilde
Alminnelig dimensjonering av avbruddsfri strømforsyning. Krav til vern, selektivitet og til systemer for sikkerhetsformål er beskrevet i NEK 400 delnorm 43 og 56. Batteriets faktiske ytelse ved kort utladning hentes fra produsentens utladningstabell.
Steg 1: effekten i kVA, ikke i kilowatt
En UPS merkes i kVA, og lasten er som regel oppgitt i watt. Sammenhengen er S = P / cos φ, der cos φ er lastens effektfaktor.
Moderne servere og switcher har effektfaktor nær 0,95 til 1,0, mens eldre utstyr og små strømforsyninger kan ligge lavere. Har du 8 kW last med effektfaktor 0,9, trenger UPS-en 8 / 0,9 = 8,9 kVA.
Samtidig har UPS-en selv en oppgitt utgangseffektfaktor. En UPS merket 10 kVA med utgangsfaktor 0,9 leverer 9 kW — ikke 10. Det tallet står på datablad og ikke alltid på fronten, og det er den vanligste kilden til en UPS som er ett trinn for liten.
- Lastens cos φ og UPS-ens utgangsfaktor er to forskjellige tall
- Regn alltid begge veier: tåler UPS-en både kVA-en og kilowattene?
- Legg inn vekstreserve i effekt før du legger inn reserve i tid
Steg 2: fra kilowatt til amperetimer
Energien batteriet må levere er E = P × t / η, der P er lasten i watt, t er backup-tiden i timer og η er virkningsgraden i vekselretteren, typisk 0,90 til 0,94.
Deretter gjøres energien om til amperetimer: Ah = E / U_batteri, der U er batteribankens nominelle spenning.
Men her kommer den viktigste korreksjonen: et batteri merket i amperetimer er merket ved en lang utladning, gjerne over ti eller tjue timer. Ved en utladning på et kvarter leverer det langt mindre enn merkeverdien — ofte bare halvparten. Derfor er merkeverdien i amperetimer et anslag, og produsentens utladningstabell i watt per celle er fasiten.
Eksempel: 6 kW i 15 minutter
Last: 6 kW med effektfaktor 0,95, altså 6,3 kVA. Med en UPS med utgangsfaktor 0,9 velger du minst 8 kVA for å ha reserve.
Energi fra batteriet: 6 000 W × 0,25 t / 0,92 = 1 630 wattimer.
Med en batteribank på 240 volt: 1 630 / 240 = 6,8 amperetimer ved den aktuelle utladningen.
Så korreksjonen: ved et kvarters utladning leverer et vanlig blybatteri rundt halvparten av merkeverdien i amperetimer. Behovet blir dermed omtrent 6,8 / 0,5 = 14 amperetimer i merket kapasitet, og du lander på en bank med 12 volts blokker på 17 amperetimer.
Sjekk alltid mot produsentens tabell før du bestiller. Regnestykket over er godt nok til å velge riktig størrelsesorden, og ikke godt nok til å garantere at anlegget står et kvarter.
Varmen og ladetiden som blir glemt
Tapet i UPS-en blir varme i rommet: P_tap = P_last × (1 / η − 1). Med 6 kW last og 92 prosent virkningsgrad gir det 522 watt, altså en varmeovn som står på døgnet rundt i et rom som gjerne er lite og lukket.
Batteriene tåler dessuten varme dårlig. Tommelfingerregelen for blybatterier er at levetiden halveres for hver tiende grad over 20 °C. Et batterirom på 30 °C gir altså halve levetiden av det databladet lover, og det oppdages først når anlegget ikke står gjennom neste strømbrudd.
Ladetiden må også med i regnestykket. Etter en full utladning bruker en UPS typisk mange timer på å lade opp igjen, og i den perioden er anlegget uten reserve. Skal det tåle to brudd samme dag, må batteribanken være større enn minimumsberegningen.
Kortslutningsstrømmen fra en UPS er ikke som fra nettet
På batteridrift er UPS-en en elektronisk kilde, og den begrenser strømmen. Der nettet kan gi flere tusen ampere inn i en kortslutning, gir en UPS typisk halvannen til tre ganger merkestrømmen, og bare i kort tid.
Det betyr at et vern som kobler ut på et blunk når anlegget går på nett, kan bruke sekunder eller aldri løse ut når det samme anlegget går på batteri. Selektiviteten som er dokumentert for normal drift, gjelder ikke nødvendigvis i den driftssituasjonen UPS-en er kjøpt for.
Løsningen er å regne begge tilfellene: dimensjonerende kortslutningsstrøm på nettdrift for bryteevnen, og UPS-ens begrensede strøm for utkoblingstiden. Er ikke utkoblingen sikret på batteridrift, må kursene bak deles opp eller vernene byttes til en karakteristikk som løser ut på lavere strøm.
Vanlige spørsmål
Hvor lang backup-tid bør en UPS ha?
Det avhenger av hva den skal gjøre. Skal den bare holde utstyret oppe til et aggregat starter, holder det med minutter. Skal den gi tid til kontrollert nedstenging av servere, må tiden dekke den faktiske nedstengingen med margin. Skal den holde drift gjennom et vanlig strømbrudd, blir batteribanken fort dyrere enn et aggregat.
Kan jeg koble en laserskriver til UPS-en?
Ikke uten å regne på det. En laserskriver har en fikseringsenhet som trekker kortvarige effekttopper langt over gjennomsnittet, og de toppene ser UPS-en som overlast. Utstyr med store innkoblingsstrømmer, motorer og varmeelementer bør ligge utenfor.
Hvordan vet jeg at UPS-en fortsatt står?
Bare ved å teste den. En UPS rapporterer batteristatus, men den eneste virkelige testen er en utladningstest med reell last, og den bør gjennomføres og dokumenteres jevnlig. Batterier svikter stille, og et anlegg som ikke er testet på fem år er i praksis ikke dimensjonert lenger.
Trenger batterirommet ventilasjon?
Ja, både for varmen og for gassutvikling. Ventilerte blybatterier avgir hydrogen ved lading, og også lukkede batterier avgir gass ved feil. Krav til plassering og ventilasjon av batterier hører til prosjekteringen, og skal avklares før rommet bygges — ikke etter at banken står der.
Les videre
- Batterikapasitet for nødlys: fra watt til amperetimer — Samme regnestykke fra watt til amperetimer, men med nødlysets egne tapsfaktorer.
- Aggregat: dimensjonering i kVA, ikke i kilowatt — Over noen minutters backup blir aggregat billigere enn batteri — her er den beregningen.
- Cos fi og effektfaktor: P, Q og S regnet ut — Omregningen mellom kilowatt og kVA er første steg i hele dimensjoneringen.
- Substitusjonsplikt — plikten til å velge bort det farligste alternativet — Hjemmelen i produktkontrolloven § 3a, vurderingen som skal dokumenteres, og hvordan den gjøres.