UPS w szafie sterowniczej: typy, moc i czas podtrzymania

Maszyna przyjeżdża z Japonii, a w jej szafie sterowniczej siedzi mały UPS. Na tabliczce stoi „AC100V”, w instrukcji mowa o jednostce typu joji shoyo kyuden, a Twój zakład pracuje na 230 V i 50 Hz. Albo to Ty specyfikujesz szafę i musisz zdecydować, jaki UPS w niej zamontować i jakiej mocy.

Krótka odpowiedź: typ UPS wybierz według tego, co toleruje odbiornik, moc dobierz tak, by obciążenie mieściło się zarówno w znamionowych VA, jak i w W, a czas podtrzymania ustal na podstawie sekwencji wyłączenia, której naprawdę potrzebujesz. Następnie sprawdź, czy wejście UPS pasuje do lokalnego zasilania, bo japońskie szafy są często zbudowane wokół 100 V albo 200 V.

Artykuł omawia, co UPS robi (a czego nie robi) w szafie sterowniczej, trzy typy UPS prądu przemiennego, dobór mocy w VA i W, czas podtrzymania oraz japońskie zasilanie 100 V/200 V i 50/60 Hz. Na końcu znajdziesz listę kontrolną i pytania do japońskiego dostawcy.

Kilka japońskich terminów wraca na rysunkach szaf i w instrukcjach UPS:

• 無停電電源装置 (mu-teiden dengen sochi): bezprzerwowy zasilacz awaryjny (UPS)
• 常時インバータ給電方式 (joji inverter kyuden hoshiki): UPS on-line (z podwójną konwersją)
• ラインインタラクティブ方式 (line-interactive hoshiki): UPS line-interactive
• 常時商用給電方式 (joji shoyo kyuden hoshiki): UPS off-line (standby); shoyo oznacza „zasilanie komercyjne”, czyli z sieci
• 瞬停 (shuntei): krótkotrwała przerwa w zasilaniu; 瞬低, skrót od shunji den'atsu teika: krótkotrwały zapad napięcia
• バックアップ時間 (backup jikan): czas podtrzymania (autonomia), po angielsku backup time, runtime lub hold time

Spis treści

1. Co robi UPS w szafie sterowniczej (a czego nie robi)
2. Dwa zadania: przetrwać zakłócenia i zyskać czas na wyłączenie
3. Trzy typy UPS: on-line, line-interactive i off-line
4. Dobór UPS do szafy sterowniczej: VA, W i współczynnik mocy
5. Czas podtrzymania: jak czytać krzywą
6. Zasilanie w Japonii: 100 V/200 V i 50/60 Hz
7. Maszyna z UPS w szafie z Japonii: co sprawdzić przed wprowadzeniem do UE
8. Lista kontrolna: przegląd UPS do szafy sterowniczej
9. Pytania do japońskiego dostawcy
10. Ograniczenia tego artykułu
11. FAQ
12. Źródła

Co robi UPS w szafie sterowniczej (a czego nie robi)

UPS zwykle pobiera energię z sieci, zasila odbiornik i na bieżąco ładuje akumulatory. Gdy napięcie wejściowe zaniknie albo wyjdzie poza zakres, podtrzymuje wyjście z zapasu energii. Akumulatory są wbudowane w urządzenie albo mieszczą się w osobnej szafie bateryjnej, a rozmiary sięgają od małych modeli pod biurko po duże systemy chroniące serwery i kluczowe urządzenia zakładu.

Tę zgromadzoną energię wykorzystuje się na dwa sposoby. UPS może zasilać odbiornik do chwili uruchomienia agregatu albo podtrzymać urządzenia na tyle długo, by wyłączyć je w uporządkowany sposób, zanim akumulator się wyczerpie. W zakładach procesowych chronione są zwykle systemy sterowania i nadzoru, takie jak rozproszony system sterowania (DCS).

Kluczowe ograniczenie to zakres. UPS podtrzymuje tylko to, co jest podłączone do jego wyjścia. Fakt, że szafa sterownicza ma zasilanie, nie oznacza, że będą dalej pracować pompy, silniki czy sprzęt sieciowy zasilany z innych obwodów.

Rysunek 1 pokazuje typowy podział na chroniony obwód sterowania i obwód zasilania silnika.

Rysunek 1: UPS chroni obwód sterowania, a nie obwód silnika

Przykład poglądowy. Szafa sterownicza i komputer nadzoru są zasilane z UPS, a silnik pracuje na osobnym obwodzie zasilania.

Okablowanie sygnałowe pominięto. Jeśli wymaga tego aplikacja, do chronionego zakresu włącz przełączniki sieciowe i urządzenia obiektowe.

Nawet w jednej szafie zasilanie sterowania prądu przemiennego, zasilacze DC i sprzęt sieciowy mogą być na osobnych obwodach. Zaznacz zakres wyjścia UPS na schematach okablowania szafy, żeby wychwycić pominięte odbiorniki.

Trzy typy omawiane w artykule to układy AC na wejściu i AC na wyjściu. Jeśli sterowanie pracuje na 24 V DC, rozstrzygnij, czy UPS prądu przemiennego zasila zasilacz DC, czy podtrzymujesz bezpośrednio stronę DC. W obu przypadkach wypisz wymagane napięcie i prąd oraz urządzenie, które dostaje sygnały o zaniku zasilania i o wyłączeniu.

Dwa zadania: przetrwać zakłócenia i zyskać czas na wyłączenie

UPS w szafie sterowniczej pełni jedno z dwóch zadań albo oba naraz. Przetrwa krótkie zakłócenia zasilania, żeby proces trwał dalej, albo da czas podczas dłuższego zaniku, by zapisać dane i bezpiecznie zatrzymać urządzenia. Utrzymanie procesu i jego kontrolowane zatrzymanie wymagają innych chronionych odbiorników i innego czasu podtrzymania.

Przetrwanie zapadów i krótkich zaników

Zapad napięcia (shunji den'atsu teika) to krótki spadek napięcia, który nie musi dojść do zera. Krótka przerwa w zasilaniu (shuntei) to chwilowy zanik napięcia. Jedno i drugie mogą wywołać zwarcia w sieci po wyładowaniach atmosferycznych oraz rozruch dużych odbiorników, a nawet tak krótkie zdarzenia potrafią zatrzymać urządzenia sterujące. Z punktu widzenia odbiornika awarią zasilania jest też przerwany przewód, wyciągnięta wtyczka albo zadziałanie zabezpieczenia.

UPS monitoruje wejście. Gdy napięcie wyjdzie poza zakres ustalony dla danego modelu, przechodzi na pracę z akumulatora albo w inny sposób utrzymuje wyjście w granicach.

Trzeba rozróżnić dwie specyfikacje:

• Czas przełączania (milisekundy): jak długo wyjście jest przerwane, gdy UPS przechodzi na akumulator. Decyduje o tym, czy odbiornik przetrwa przełączenie.
• Czas podtrzymania (sekundy do minut): jak długo akumulator utrzyma obciążenie. Decyduje o tym, czy starczy energii na dokończenie zapisu danych i wyłączenia.

Szybkie przełączanie nic nie da, jeśli zużyty akumulator nie utrzyma obciążenia wystarczająco długo. Duży akumulator także nic nie da, jeśli przerwa przy przełączeniu jest dłuższa, niż odbiornik toleruje, bo sterowanie wypadnie właśnie w chwili przełączenia. Napięcie, częstotliwość i kształt przebiegu wyjściowego dopasuj do danych wejściowych podłączonych urządzeń.

Zakłócenia w przewodach zasilających i w przewodach sygnałowych zwalcza się różnymi środkami i w różnych miejscach. Ustal rolę i rozmieszczenie filtrów przeciwzakłóceniowych i połącz je z przetwarzaniem energii w UPS.

Inaczej zabezpiecza się też awarię przed UPS, a inaczej zwarcie na jego wyjściu. Dla całego układu zasilania rozpisz, które urządzenie odłącza które uszkodzenie, łącznie z wyłącznikami kompaktowymi (MCCB) i wyłącznikami różnicowoprądowymi (RCD).

Ochrona danych produkcyjnych

Urządzenia produkcyjne zapisują pomiary, historię alarmów i parametry procesu na komputerze. Przy nagłym zaniku zasilania pliki lub bazy danych w trakcie zapisu mogą się uszkodzić, a ostatnie rekordy przed zatrzymaniem mogą przepaść.

Jeśli sprzęt rejestrujący zasilasz z UPS, zyskujesz czas na zapis danych i zamknięcie aplikacji. Samo podłączenie komputera do UPS nie sprawia, że zapisze on dane automatycznie. Komputer musi dostać polecenie przez oprogramowanie do zamykania systemu, łącze sieciowe lub szeregowe albo styki beznapięciowe, a sekwencja wyłączenia (co zapisać, które usługi zatrzymać) jest częścią projektu zasilania.

Ochrona samego komputera nadzoru nie wystarczy, jeśli przełącznik sieciowy przestanie działać, bo dane z innych urządzeń przestaną dochodzić. Gdy rejestracja ma trwać, prześledź całą ścieżkę: pomiar, sterowanie, sieć i miejsce zapisu.

W niektórych układach sygnały stanu UPS, takie jak „praca z akumulatora” i „niski stan akumulatora”, są przekazywane do sterownika na stykach beznapięciowych. Ustal kierunek i znaczenie każdego sygnału, żeby sterownik wiedział, co może wykryć podczas zaniku.

Rysunek 2 pokazuje kolejność zdarzeń od zaniku zasilania do zakończonego wyłączenia.

Rysunek 2: Dokończ zapis i wyłączenie, póki jest energia w akumulatorze

Przykładowa sekwencja. Szerokości kolumn nie odpowiadają czasowi trwania poszczególnych kroków.

01 Zanik zasilaniaPrzejście na akumulatorWykryj zanik i powiadom chronione urządzenia

02 Zapis i przygotowanieZatwierdź rekordyZapisz wymagane dane i zamknij aplikacje

03 Zatrzymanie urządzeńZachowaj kolejność zatrzymaniaPrzejdź do zdefiniowanego stanu i dokończ zamykanie systemu operacyjnego

04 ZapasZakończ przed wyczerpaniem akumulatoraUwzględnij rozrzut, starzenie i kolejny rozruch

Czas podtrzymania dobierz tak, by obejmował wszystkie wymagane kroki, także zatrzymanie

Kolejność zatrzymania urządzeń i zapisu danych zależy od procesu. Czas przełączania (ms) i czas podtrzymania pokazany tutaj (sekundy do minut) to osobne parametry.

Przejście urządzeń w stan bezpieczny wymaga czegoś więcej niż energii: potrzebne są zdefiniowane warunki i kolejność zatrzymania. Razem z projektem blokad (interlock) zdecyduj, które wyjścia zostają załączone, a które są zwalniane przy zaniku zasilania.

Przykładowo sterownik może pozostać zasilany, ale jeśli zawory elektromagnetyczne lub powietrze do automatyki, które poruszają zaworami, są niedostępne, zamierzona czynność może nie zostać dokończona. Zakres UPS i stan, do którego przechodzą urządzenia podczas zaniku, sprawdź jako dwa osobne pytania.

UPS nie zastępuje kopii zapasowej danych. Zapisane dane kopiuj dodatkowo na osobny nośnik, bo UPS chroni przed utratą zasilania, ale nie przed awarią sprzętu ani błędem operatora.

Powrót zasilania wymaga osobnego projektu. Powrót napięcia na wyjściu UPS, ponowne uruchomienie komputera i wznowienie pracy urządzeń to trzy różne zdarzenia. Zdefiniuj wymagany stan naładowania akumulatora i kolejność uruchamiania oraz dopilnuj, by wyjścia załączone przed zanikiem nie startowały nieoczekiwanie.

Trzy typy UPS: on-line, line-interactive i off-line

UPS prądu przemiennego występują w trzech głównych typach. Po japońsku to joji inverter (on-line), line-interactive i joji shoyo (off-line, standby). Norma IEC 62040-3 o parametrach UPS klasyfikuje je według zależności wyjścia od wejścia. W Polsce obowiązuje jej wersja europejska jako PN-EN IEC 62040-3 (numer i rok wydania do potwierdzenia w PKN), a japońskim odpowiednikiem jest JIS C 4411-3. Trzy typy zwykle trafiają do tych klas:

• VFI (napięcie i częstotliwość niezależne od sieci): UPS on-line z podwójną konwersją
• VI (napięcie niezależne od sieci): UPS line-interactive
• VFD (napięcie i częstotliwość zależne od sieci): UPS off-line (standby)

Wszystkie trzy ładują akumulator i zasilają odbiornik podczas zaniku. Różnią się torem zasilania w pracy normalnej, sposobem regulacji napięcia, czasem przełączania na akumulator oraz stratami i wydzielanym ciepłem.

Jedno urządzenie może też zmienić klasę wraz z trybem pracy. Schneider Electric zwraca uwagę, że UPS z podwójną konwersją w trybie wysokiej sprawności (eco) może działać jak VFD, więc sprawdź klasę dla trybu, w którym będziesz go używać.

UPS on-line (z podwójną konwersją)

UPS on-line przekształca napięcie przemienne z sieci na stałe nawet w pracy normalnej, a następnie falownik odtwarza napięcie przemienne. Odbiornik jest zawsze zasilany z falownika, a akumulator jest podłączony po stronie DC.

Rysunek 3: UPS on-line odtwarza napięcie wyjściowe także w pracy normalnej

Normalny tor to prostownik, szyna DC i falownik. Przy pracy z akumulatora ten sam falownik wyjściowy działa dalej.

Ładowanie i rozładowanie akumulatora oraz obwody zabezpieczeń uproszczono. W trybie bypass energia nie przechodzi normalnym torem przekształcania, a zakres ochrony zapewnianej przez UPS się zmienia.

Gdy zniknie napięcie na wejściu, strona DC pobiera energię z akumulatora, a ten sam falownik utrzymuje napięcie przemienne na wyjściu. Ponieważ tor zasilania się nie przełącza, przy przejściu z pracy normalnej na akumulator nie ma przerwy.

UPS on-line dobrze regulują napięcie i częstotliwość wyjściową, dlatego zasilają serwery i urządzenia sterujące o ostrych wymaganiach co do jakości energii. Żeby sprawdzić, na ile dany model izoluje odbiornik od zakłóceń na wejściu, odczytaj wartości z karty katalogowej, np. zakres napięcia wejściowego i dokładność regulacji wyjścia.

Ponieważ przekształcają energię cały czas, mają straty konwersji i wydzielają więcej ciepła. Miejsce montażu wybierz według temperatury w szafie i toru przepływu powietrza oraz zostaw odstępy wymagane przez producenta do chłodzenia i serwisu.

Niektóre modele mają bypass, który przy przeciążeniu lub awarii wewnętrznej podaje napięcie z sieci wprost na wyjście. W trybie bypass falownik nie odtwarza napięcia wyjściowego, więc nie zakładaj, że odbiornik ma taką samą ochronę jak w pracy normalnej.

„Brak przerwy przy przejściu na akumulator” to nie to samo co „brak przerwy w każdej awarii”. Przełączenie na akumulator traktuj osobno od warunków przełączania przy awariach i serwisie. W zależności od tego, co musi działać w czasie awarii, rozważ redundancję lub bypass serwisowy.

UPS line-interactive

UPS line-interactive zasila odbiornik torem z sieci w pracy normalnej i koryguje wahania napięcia automatycznym regulatorem napięcia (AVR). Gdy napięcie wejściowe rośnie lub spada, AVR reguluje wyjście, na przykład przełączając odczepy transformatora.

Rysunek 4: Korekcja napięcia w pracy normalnej a zasilanie z akumulatora podczas zaniku

Poglądowy AVR z odczepami autotransformatora. Wejście i wyjście mają wspólny przewód, więc to nie jest układ z izolacją galwaniczną.

Tor ładowania i obwody sterowania pominięto. Korekcja AVR w pracy normalnej i przejście na akumulator to dwa osobne działania.

W zakresie pracy AVR UPS koryguje napięcie bez zużywania akumulatora. Gdy napięcie wejściowe wyjdzie poza użyteczny zakres albo zaniknie, UPS przełącza odbiornik z toru sieciowego na akumulator i falownik.

To przełączenie trwa, więc porównaj je z przerwą, którą odbiornik toleruje. Wartości w rodzaju „kilka milisekund” to dane katalogowe konkretnego modelu, a nie liczby obowiązujące każde urządzenie.

W porównaniu z UPS off-line model line-interactive ma regulację napięcia w pracy normalnej i zasila serwery oraz urządzenia peryferyjne. Kształt przebiegu wyjściowego i tłumienie zakłóceń zależą od konkretnej konstrukcji, więc nie zakładaj, że „line-interactive” automatycznie znaczy „bez filtracji zakłóceń”.

Jeśli wahania napięcia wejściowego często wychodzą poza zakres AVR, UPS będzie wciąż przechodził na akumulator. Przy porównywaniu typów przydają się zmierzone na miejscu wahania napięcia i częstość zakłóceń.

UPS off-line (standby)

UPS off-line w pracy normalnej przekazuje napięcie z sieci do odbiornika, a jednocześnie ładuje akumulator. Gdy wykryje zanik zasilania lub inną awarię wejścia, przełącza odbiornik na akumulator przez falownik.

Rysunek 5: UPS off-line przełącza wyjście przy awarii wejścia

Szkic funkcjonalny przełącznika. Nie przedstawia rzeczywistego przekaźnika ani przełącznika półprzewodnikowego.

Pokazano tor sieciowy używany w pracy normalnej i tor z akumulatora używany przy awarii. Kształt przebiegu wyjściowego i funkcje zabezpieczające każdego modelu sprawdź osobno.

Ponieważ falownik nie przekształca energii ciągle, UPS off-line zużywa wewnątrz niewiele mocy. Wiele modeli jest małych i lekkich, i stosuje się je przy komputerach i urządzeniach peryferyjnych tam, gdzie zasilanie jest stabilne.

Między awarią wejścia a pracą z akumulatora występuje czas przełączania. Urządzenie wybierz, porównując ten czas z przerwą, którą odbiornik toleruje.

Na akumulatorze niektóre modele dają na wyjściu sinusoidę, a inne falę prostokątną. Dopasuj przebieg do tego, czego wymaga zasilacz odbiornika. UPS o wystarczającej mocy może być złym wyborem, jeśli kształt przebiegu nie pasuje do odbiornika.

Omron podaje na przykład, że jego modele z falą prostokątną nie mogą zasilać komputerów ani serwerów z zasilaczami z układem korekcji współczynnika mocy (PFC) ani odbiorników indukcyjnych, takich jak cewki i silniki.

Odbiorniki takie jak silniki i transformatory oraz odbiorniki o dużym prądzie włączeniowym trzeba sprawdzić względem warunków podłączenia podanych przez producenta. Podłączanie silników zakładowych do małego UPS ogólnego przeznaczenia to osobne zagadnienie projektowe, niezależne od ochrony zasilania sterowania.

Rysunek 6 zestawia trzy typy obok siebie.

Rysunek 6: Porównanie toru normalnego, przełączania i regulacji napięcia

Tylko cechy typowe. Przebieg wyjściowy, czas przełączania i funkcje bypass sprawdź w karcie katalogowej konkretnego modelu.

Cecha	On-line (podwójna konwersja)	Line-interactive	Off-line (standby)
Nazwa japońska	Joji inverter kyuden	Line-interactive	Joji shoyo kyuden
Typowa klasa wg IEC 62040-3	VFI	VI	VFD
Normalny tor zasilania	Przez prostownik i falownik	Tor sieciowy plus AVR	Tor sieciowy
Przejście na akumulator	Bez przerwy z pracy normalnej	Z czasem przełączania	Z czasem przełączania
Regulacja napięcia w pracy normalnej	Falownik tworzy napięcie wyjściowe	AVR w swoim zakresie	Napięcie wyjścia podąża za siecią
Na co zwrócić uwagę	Jakość wyjścia, straty, ciepło, działanie bypass	Zakres AVR, czas przełączania, częstość wahań na wejściu	Czas przełączania, kształt przebiegu, jakość zasilania na miejscu

Przyporządkowanie klas IEC wg White Paper 1 Schneider Electric. Klasa urządzenia może się zmieniać wraz z trybem pracy (na przykład eco).

Dobór UPS do szafy sterowniczej: VA, W i współczynnik mocy

Moc wyjściowa UPS jest podawana w dwóch liczbach: jako moc pozorna w woltoamperach (VA) i moc czynna w watach (W). Podłączone obciążenie musi mieścić się w obu wartościach znamionowych. Sama duża wartość VA nie wystarczy, a Omron zaznacza, że przekroczenie którejkolwiek z nich wywołuje alarm przeciążenia.

Moc w W jest zwykle niższa niż w VA, a ich stosunek to współczynnik mocy wyjścia UPS. Schneider Electric wyjaśnia, że moc W tradycyjnie wynosiła około 60% mocy VA, a w nowszych modelach obie wartości są sobie bliższe. Nigdy nie zakładaj stosunku; odczytaj obie liczby z karty katalogowej.

Jako przykład obliczeniowy przyjmijmy trzy odbiorniki: sterownik 120 W / 150 VA, komputer nadzoru 180 W / 225 VA i przełącznik sieciowy 40 W / 50 VA. To wartości wymyślone na potrzeby obliczenia. Przy rzeczywistym doborze użyj maksymalnego poboru mocy każdego urządzenia z jego karty katalogowej.

Załóżmy teraz, że wybierasz hipotetyczny UPS 1000 VA / 300 W. Wartość VA ma duży zapas, ale obciążenie 340 W już przekracza 300 W. Za każdym razem porównuj listę odbiorników z obiema wartościami znamionowymi.

Zapas mocy obejmuje także przyszłą rozbudowę i zmiany obciążenia. Nawet w granicach wartości znamionowych prąd włączeniowy przy rozruchu może przeciążyć UPS, więc pobór ustalony i szczyty chwilowe oceniaj osobno.

Czas podtrzymania: jak czytać krzywą

Czas podtrzymania tego samego UPS zmienia się wraz z obciążeniem w watach. Nałóż swoje rzeczywiste obciążenie na tabelę lub krzywą czasu podtrzymania producenta i sprawdź, czy wystarcza na zapis danych i wyłączenie.

Pomnożenie napięcia akumulatora przez pojemność w amperogodzinach (V × Ah) daje orientacyjną ilość zgromadzonej energii. Rzeczywisty czas podtrzymania zależy jednak także od warunków rozładowania, strat przetwarzania i napięcia końcowego rozładowania, więc podzielenie tej energii przez obciążenie w watach nie powie, jak zachowa się dany model.

Wymagany czas zbuduj z kroków, które muszą się wydarzyć: oczekiwanie na wykrycie zaniku, zapis rekordów, zatrzymanie urządzeń i zamknięcie systemu operacyjnego. Nie przyjmuj z góry stałej wartości, np. 10 minut. Uwzględnij czas tych kroków przy dużym obciążeniu systemu oraz zapas na końcu.

Starzenie akumulatorów i temperatura otoczenia skracają dostępny czas. Fuji Electric zaleca na przykład wybierać czas co najmniej dwukrotnie dłuższy od wymaganego i podaje, że pod koniec życia akumulatora czas podtrzymania spada do połowy wartości początkowej. Zapas dobierz tak, by UPS pokrywał wymagany czas aż do planowanej wymiany akumulatorów.

Ciepło w szafie, zablokowany przepływ powietrza i gorące miejsce montażu skracają życie akumulatorów i samego UPS. Okres wymiany akumulatorów ustal według ich typu i warunków temperaturowych modelu.

Na wyjściu UPS dostępny prąd zwarciowy jest inny w pracy falownika, a inny w bypassie. Porównaj charakterystyki zwarciowe i przeciążeniowe UPS z charakterystykami zadziałania wyłączników do urządzeń (circuit protector) i bezpieczników, a układ rozgałęzień i selektywność zabezpieczeń zaprojektuj z uwzględnieniem obu trybów.

W utrzymaniu ruchu regularnie przeglądaj historię alarmów, stan akumulatorów, zmiany obciążenia i wymagany czas podtrzymania. Czekanie na prawdziwy zanik to kiepski sposób wykrycia słabego akumulatora, więc połącz funkcje autotestu modelu z zaplanowanym testem, którego wpływ na proces jest kontrolowany.

Zasilanie w Japonii: 100 V/200 V i 50/60 Hz

Japońskie zasilanie niskiego napięcia różni się od polskiego i widać to wprost na tabliczkach UPS. Standardowe napięcie w gniazdku to 100 V, a wiele budynków ma jednofazowy układ trójprzewodowy (tanso sansen-shiki), który daje 100 V między przewodem fazowym a neutralnym i 200 V między przewodami fazowymi. Zakłady używają też trójfazowego 200 V, a szafa zasilana z 200 V może mieć transformator sterowniczy obniżający napięcie do 100 V dla obwodów sterowania. W Japonii „niskie napięcie” (teiatsu) ma też inną definicję niż polskie nn, więc nie przenoś nazw klas napięć wprost.

Częstotliwość zależy od regionu. Wschodnia Japonia używa 50 Hz, a zachodnia 60 Hz, a granica biegnie z grubsza od rzeki Fuji w Shizuoce do okolic Itoigawy w Niigacie. Ponieważ rzeka Fuji dzieli samą prefekturę Shizuoka, linia nie pokrywa się z granicami prefektur, więc częstotliwość sprawdzaj dla konkretnego zakładu, a nie dla prefektury.

Tabela porównuje znamionowe zasilanie gniazdkowe w Japonii z Polską i USA, dokąd maszyny z Polski również bywają dalej wysyłane.

Kraj	Napięcie znamionowe (gniazdko jednofazowe)	Częstotliwość
Japonia	100 V	50 Hz (wschód) / 60 Hz (zachód)
Polska (i UE)	230 V (trójfazowo 230/400 V)	50 Hz
Stany Zjednoczone	120 V	60 Hz

Dla UPS w japońskiej szafie oznacza to cztery rzeczy:

• Napięcie wejściowe: UPS z oznaczeniem „AC100V” jest zbudowany na japońskie 100 V. Przy zasilaniu 230 V potrzebuje transformatora obniżającego do 100 V albo zamiennika na lokalne napięcie. Napięcie wyjściowe 100 V musi też odpowiadać napięciu sterowania w szafie. Szafa zbudowana na „AC200V” też nie musi być zgodna z 230 V, bo jej zakres wejściowy często go nie obejmuje, więc sprawdź go w dokumentacji.
• Częstotliwość wejściowa: karty japońskich UPS podają znamionową częstotliwość wejściową, na przykład „50/60 Hz ±4 Hz”. Sprawdź, czy zakres obejmuje 50 Hz i jak urządzenie ją wybiera.
• Częstotliwość wyjściowa na akumulatorze: częstotliwość wyjściowa falownika musi odpowiadać oczekiwaniom odbiorników. Zapytaj dostawcę, jak urządzenie ją ustawia.
• Okno napięcia wejściowego: zakres, w którym UPS pozostaje na zasilaniu z sieci, jest ustawiony wokół napięcia znamionowego. Okno zbudowane wokół 100 V nie przenosi się na inne zasilanie, a w słabej sieci lokalnej nawet poprawnie dobrany UPS może często przechodzić na akumulator.

Maszyna z UPS w szafie z Japonii: co sprawdzić przed wprowadzeniem do UE

Gdy szafa zbudowana w Japonii trafia do zakładu w Polsce, sam UPS wymaga osobnego przeglądu. Typ i moc to tylko część sprawy. Poniższe punkty ustal, zanim maszyna zostanie uruchomiona.

• Strategia napięcia: zostawić japoński UPS 100 V i dodać transformator obniżający przed nim czy wymienić go na UPS na lokalne 230 V. W obu przypadkach napięcie sterowania za UPS musi pozostać takie, do jakiego szafę zaprojektowano. Dobór i uziemienie transformatora należą do projektanta instalacji.
• Zgodność z wymaganiami UE: maszyna wprowadzana na rynek UE zwykle potrzebuje oznakowania CE i deklaracji zgodności całej maszyny, a zastosowany w niej UPS powinien mieć udokumentowaną zgodność z wymaganiami dyrektyw niskonapięciowej (2014/35/UE) i kompatybilności elektromagnetycznej (2014/30/UE). W przypadku maszyn dochodzi dyrektywa maszynowa 2006/42/WE, którą od 20 stycznia 2027 r. zastąpi rozporządzenie (UE) 2023/1230. Kto odpowiada za ocenę zgodności i jakie normy zastosować, rozstrzyga producent, importer lub dział zgodności; ten artykuł tego nie rozstrzyga.
• Normy dla UPS: bezpieczeństwo UPS opisuje IEC 62040-1 (w UE EN IEC 62040-1), a parametry użytkowe IEC 62040-3. Jeśli specyfikacja wymaga klasy wg IEC 62040-3 (VFI, VI lub VFD), poproś dostawcę o podanie klasy urządzenia i trybu pracy, którego ona dotyczy. Certyfikat UL 1778 ma znaczenie dopiero wtedy, gdy maszyna trafi dalej do USA lub Kanady.
• Zasilanie obwodów sterowania: norma PN-EN 60204-1 (wyposażenie elektryczne maszyn) zawiera wymagania dotyczące zaniku zasilania i jego powrotu. Sprawdź, czy zachowanie szafy po zaniku i po powrocie zasilania jest z nimi zgodne (zakres normy do potwierdzenia przez projektanta).
• Akumulator: potwierdź typ akumulatora, spodziewany okres wymiany przy temperaturze Twojego zakładu oraz to, czy akumulatory zamienne można kupić lokalnie. Ustal też, kto odbiera i utylizuje zużyte akumulatory.
• Sygnały wyłączenia: potwierdź interfejs (styki beznapięciowe, łącze szeregowe lub karta sieciowa), znaczenie sygnałów oraz to, czy oprogramowanie do zamykania systemu i instrukcje są dostępne po angielsku lub po polsku.
• Dokumentacja: instrukcje UPS, komunikaty alarmowe i etykiety mogą być tylko po japońsku. Poproś o wersje angielskie przed wysyłką. Dla maszyn wprowadzanych do obrotu w Polsce instrukcja obsługi zwykle musi być po polsku; potwierdź to z działem BHP lub zgodności.

Lista kontrolna: przegląd UPS do szafy sterowniczej

Użyj tej listy przy przeglądzie projektu szafy albo oferty UPS od japońskiego dostawcy.

• Cel: tylko przetrwanie zakłóceń, uporządkowane wyłączenie czy oba
• Chroniony zakres: wypisane wszystkie odbiorniki na wyjściu UPS (sterownik, HMI/PC, przełączniki sieciowe, urządzenia obiektowe); wskazane odbiorniki, które podczas zaniku się zatrzymają
• Typ: on-line, line-interactive lub off-line; klasa wg IEC 62040-3 i tryb pracy, którego dotyczy
• Czas przełączania: wartość z karty katalogowej porównana z tym, co toleruje każdy odbiornik
• Przebieg wyjściowy: sinusoida czy fala prostokątna na akumulatorze; przydatność dla zasilaczy z PFC i odbiorników indukcyjnych
• Moc: suma obciążenia w granicach VA i W, z zapasem; sprawdzony prąd włączeniowy
• Czas podtrzymania: zbudowany z sekwencji wyłączenia; sprawdzony na krzywej przy rzeczywistym obciążeniu; zapas na starzenie akumulatora i temperaturę
• Zasilanie: napięcie i zakres częstotliwości wejścia UPS pasują do zasilania na miejscu (230 V, 50 Hz); napięcie wyjścia pasuje do napięcia sterowania szafy
• Bypass: jaką ochronę traci odbiornik, gdy UPS przechodzi na bypass, i czy potrzebny jest bypass serwisowy
• Zabezpieczenia: prąd zwarciowy w trybie falownika i bypass uzgodniony z zabezpieczeniami za UPS
• Sygnały i oprogramowanie: sygnały „praca z akumulatora” i „niski stan akumulatora” podłączone i zdefiniowane; oprogramowanie do zamykania skonfigurowane i przetestowane
• Powrót zasilania: kolejność i warunki ponownego uruchomienia po powrocie zasilania; brak niezamierzonego startu wyjść
• Ciepło i utrzymanie ruchu: miejsce montażu, odstępy, okres wymiany akumulatorów, plan autotestów
• Zgodność i dokumenty: oznakowanie CE i deklaracje zgodności; instrukcje i etykiety w zrozumiałym języku

Pytania do japońskiego dostawcy

Pytania można wkleić do e-maila lub arkusza zapytań technicznych. Korespondencja z Japonią zwykle idzie po angielsku, więc kluczowe terminy podano też po angielsku.

• Prosimy o podanie producenta, modelu i karty katalogowej UPS. Czy jest to typ on-line (joji inverter), line-interactive czy off-line / standby (joji shoyo)?
• Jaki jest zakres napięcia i częstotliwości wejściowej UPS (input voltage and frequency range)? Czy urządzenie może pracować przy naszym zasilaniu [napięcie] V, [częstotliwość] Hz? Jeśli nie, co proponujecie (transformator czy UPS na lokalne napięcie)?
• Prosimy o listę wszystkich odbiorników na wyjściu UPS wraz z ich W i VA oraz o zestawienie sumy z wartościami znamionowymi UPS.
• Jaki czas podtrzymania (hold time) przyjęto w projekcie i przy jakim obciążeniu? Prosimy o pokazanie kroków wyłączenia, które obejmuje, oraz użytej krzywej czasu podtrzymania (runtime curve).
• Jaki jest czas przełączania na akumulator (transfer time) i jaki przebieg ma napięcie wyjściowe na akumulatorze (sine wave czy square wave)?
• W jakich warunkach UPS przechodzi na bypass i co dzieje się wtedy z odbiornikiem?
• Które sygnały stanu UPS są podłączone do PLC lub PC i co oznacza każdy z nich? Czy oprogramowanie do zamykania systemu (shutdown software) jest dołączone i skonfigurowane?
• Jaki jest typ akumulatora i zalecany okres wymiany? Czy akumulatory zamienne można kupić poza Japonią?
• Jakie deklaracje zgodności i certyfikaty ma UPS (np. CE, IEC/EN 62040-1)? Czy dostępne są instrukcje po angielsku?

Ograniczenia tego artykułu

• Artykuł dotyczy UPS prądu przemiennego do zasilania sterowania. Duże systemy trójfazowe i UPS prądu stałego opierają się na tych samych zasadach, ale wymagają wytycznych projektowych producenta.
• Czas przełączania, przebieg wyjściowy, zakresy wejścia i czasy podtrzymania zależą od modelu. Zawsze korzystaj z karty katalogowej konkretnego urządzenia.
• Liczby w przykładzie doboru i 20% zapasu to ilustracje, a nie reguły projektowe. Twoja firma lub projekt może mieć własny zapas.
• Napięcia w tabeli to wartości znamionowe gniazdek. Zasilanie przemysłowe i rzeczywiste napięcia na Twoim zakładzie mogą się różnić.
• Jakie certyfikaty są potrzebne i jak szafa ma się zachować przy zaniku zasilania, zależy od specyfikacji projektu, obowiązujących przepisów i projektu bezpieczeństwa. Rozstrzygają o tym odpowiedzialny inżynier i dział zgodności. Prace przy UPS, akumulatorach i w szafach wykonują osoby z odpowiednimi uprawnieniami, według instrukcji BHP zakładu; ten tekst nie jest instrukcją pracy.

FAQ

Czy UPS utrzyma w ruchu całą maszynę?

Nie. Utrzyma tylko urządzenia podłączone do jego wyjścia i tylko tak długo, jak wystarczy akumulator. Jeśli zasilanie silników, powietrze do automatyki albo sieci na innych obwodach przestaną działać, proces może nie dać się kontynuować, więc w projekcie zdecyduj, które urządzenia pracują dalej, a które się zatrzymują.

Czy UPS on-line działa bez przerwy w każdej awarii?

Nie. UPS on-line nie ma przerwy przy przejściu z normalnej pracy falownika na akumulator. Awarie wewnętrzne, przeciążenia oraz praca w bypassie lub serwisowa to inne warunki, więc dla tych przypadków też przeczytaj specyfikację działania danego modelu.

UPS on-line a line-interactive: który do szafy sterowniczej?

To zależy od odbiornika i zasilania na miejscu. Wybierz on-line, gdy odbiornik nie toleruje żadnej przerwy przy przełączeniu albo zasilanie ma częste zakłócenia napięcia i częstotliwości. Model line-interactive może wystarczyć, gdy odbiornik toleruje katalogowy czas przełączania, a napięcie wejściowe zwykle mieści się w zakresie AVR.

Czy większy UPS działa dłużej?

Niekoniecznie. Moc wyjściowa w VA i W oraz czas podtrzymania akumulatora to osobne parametry. Dwa UPS o tej samej mocy mogą mieć różne czasy podtrzymania, zależnie od akumulatorów, więc wybieraj urządzenie z tabeli czasu podtrzymania przy swoim obciążeniu w watach.

Czy UPS sam zapisze moje dane?

Nie sam z siebie. UPS tylko zasila, więc potrzebuje oprogramowania do zamykania systemu albo sygnałów sieciowych lub stykowych, które każą aplikacjom i systemowi operacyjnemu się zamknąć, póki jest energia w akumulatorze. Po powrocie zasilania akumulator nie ładuje się natychmiast, więc zdefiniuj też kolejność i warunki ponownego uruchomienia.

Źródła

• Typy UPS, klasy zależności od wejścia wg IEC 62040-3 (VFD, VI, VFI), zmiana klasy w trybie eco: Schneider Electric, White Paper 1 „The Different Types of UPS Systems” (po angielsku)
• Moc VA i W oraz tradycyjny stosunek 60%: Schneider Electric FAQ FA157485 (po angielsku); blog Schneider Electric „VA vs Watts: What's the Difference Anyway?” (po angielsku)
• Regulacja AVR a praca z akumulatora: Schneider Electric FAQ FA158913 (po angielsku)
• Koordynacja zabezpieczeń za UPS: Schneider Electric FAQ FAQ000280512 (po angielsku)
• Japońskie typy UPS i przebiegi wyjściowe: Omron Social Solutions, metody zasilania UPS (po japońsku)
• Limity VA/W, czas przełączania, ograniczenia fali prostokątnej, warunki czasu podtrzymania: Omron Social Solutions, objaśnienie parametrów (po japońsku)
• Ponowne uruchomienie po powrocie zasilania: Omron Social Solutions FAQ (po japońsku); Schneider Electric FAQ FA342238 (po japońsku)
• Przegląd UPS i oprogramowanie do zamykania: Omron Industrial Automation, przewodnik techniczny UPS (po japońsku); oprogramowanie do zamykania (po japońsku)
• Zapas czasu podtrzymania (2×) i spadek do połowy pod koniec życia akumulatora: Fuji Electric, jak dobrać UPS (po japońsku)
• Zakłócenia zasilania, typy i bypass: Mitsubishi Electric, cechy produktów UPS (po japońsku)
• Krótkotrwałe zapady napięcia: Kansai Transmission and Distribution (po japońsku)
• AVR z odczepami autotransformatora (zasada rysunku 4): Renesas, nota aplikacyjna CM-314 (po angielsku)
• JIS C 4411-3:2014 (odpowiednik IEC 62040-3): Japońskie Stowarzyszenie Norm, podgląd (po japońsku); IEC 62040-3:2021: IEC Webstore
• IEC 62040-1 (wymagania bezpieczeństwa UPS): IEC Webstore
• Zakres UL 1778 i zgodność z CSA C22.2 No. 107.3: UL Solutions, „UL 1778, the Standard for Uninterruptible Power Systems” (po angielsku)
• Napięcie i częstotliwość znamionowa wg krajów: WorldStandards, „Plug, socket and voltage by country” (po angielsku)
• Granica 50/60 Hz w Japonii: Hitachi Energy, połączenie międzyregionalne HVDC w Japonii (po japońsku)
• Jednofazowy układ trójprzewodowy 100/200 V: słownik instalacji budynkowych Watanabe (po angielsku)