Dimenzovanie záložného napájania objektu

Výpadok distribučnej siete neznamená pre každý objekt to isté. V rodinnom dome môže ísť o nefunkčné kúrenie, čerpadlo alebo bránu. V bytovom dome, prevádzke či priemyselnom areáli môže výpadok odstaviť požiarne zariadenia, serverovňu, výrobnú technológiu alebo čerpaciu stanicu. Dimenzovanie záložného napájania preto nie je výber elektrocentrály podľa jej výkonu uvedeného v katalógu. Je to technický návrh, ktorý určuje, ktoré obvody majú zostať funkčné, ako dlho a za akých prevádzkových podmienok.

Správne navrhnutý systém kombinuje reálnu bilanciu zaťaženia, charakter jednotlivých spotrebičov, požadovaný čas zálohy a spôsob prepnutia pri výpadku. Výsledkom má byť riešenie, ktoré je bezpečné, realizovateľné a primerané prevádzke objektu - nie zbytočne predimenzovaný zdroj ani nedostatočná záloha, ktorá zlyhá pri prvom štarte motora.

Čo má záložné napájanie zabezpečiť

Prvým rozhodnutím nie je výkon zdroja, ale rozsah zálohovania. Nie každý spotrebič musí počas výpadku fungovať. Pri rodinnom dome bývajú prioritou vykurovací zdroj, obehové čerpadlá, studňa, chladnička, základné osvetlenie, internet a vybrané zásuvky. Pri administratívnej budove môžu byť rozhodujúce dátové technológie, núdzové osvetlenie, prístupový systém a zariadenia súvisiace s bezpečnosťou objektu.

V priemysle sa rozsah posudzuje ešte prísnejšie. Treba rozlíšiť, či má záloha technológiu bezpečne odstaviť, udržať ju v obmedzenom režime alebo plne pokračovať vo výrobe. Tieto scenáre vedú k zásadne odlišnému výkonu agregátu, kapacite batérií aj riešeniu rozvádzačov.

Záložné napájanie sa zvyčajne navrhuje pre jednu z troch úloh: preklenutie krátkeho výpadku, zabezpečenie kritických obvodov počas dlhšieho výpadku alebo zachovanie prevádzky celého objektu. Posledná možnosť nie je automaticky najlepšia. Ak má objekt elektrické vykurovanie, indukčnú varnú dosku, nabíjanie elektromobilu a viac klimatizačných jednotiek, plné zálohovanie by vyžadovalo neprimerane veľký zdroj. Často je efektívnejšie vyčleniť samostatný rozvádzač zálohovaných okruhov.

Dimenzovanie záložného napájania začína odberom

Výkon spotrebičov uvedený na štítkoch sa nedá jednoducho sčítať. Projektant najskôr vytvorí výkonovú bilanciu a preverí, ktoré zariadenia môžu bežať súčasne. Zohľadňuje pritom menovitý príkon, účinník, režim prevádzky, reguláciu výkonu a predpokladanú súbežnosť.

Osobitnú pozornosť vyžadujú motory. Čerpadlá, ventilátory, kompresory, výťahy alebo chladiace zariadenia môžu mať pri rozbehu niekoľkonásobne vyšší prúd než počas ustálenej prevádzky. Zdroj, ktorý na papieri pokryje ich menovitý výkon, nemusí zvládnuť ich štart. Pri väčších zariadeniach preto záleží aj na tom, či majú priamy rozbeh, frekvenčný menič, softštartér alebo iný spôsob obmedzenia rozbehového prúdu.

Dôležitý je aj typ záťaže. Odporové spotrebiče, napríklad vykurovacie telesá, sa správajú inak než elektronické zdroje, motory alebo zariadenia s usmerňovačmi. Nelineárne spotrebiče môžu ovplyvniť kvalitu napätia a zaťažovať nulový vodič harmonickými zložkami. Pri serverovni, zdravotníckych zariadeniach alebo citlivej meracej technike nestačí sledovať iba hodnotu kW. Posudzuje sa aj stabilita frekvencie, kvalita napätia a kompatibilita s UPS.

Návrh musí počítať s prevádzkovou rezervou. Tá však nemá byť neurčitým percentom pridaným bez dôvodu. Rezerva vyplýva z očakávaného rozšírenia technológie, možných prevádzkových stavov, degradácie batérií, klimatických podmienok a požiadaviek na spoľahlivosť. Iná bude pri malom dome a iná pri objekte, kde výpadok spôsobuje škodu alebo ohrozuje bezpečnosť osôb.

Príklad zo stavebnej praxe

Pri novostavbe s tepelným čerpadlom môže investor požadovať zálohu celého domu. Po preverení bilancie sa však môže ukázať, že najväčší podiel výkonu tvorí elektrický dohrev, varenie a nabíjanie vozidla. Ak sú tieto obvody počas výpadku vyradené, postačí podstatne menší zdroj pre riadenie kúrenia, obehové čerpadlá, chladenie potravín, osvetlenie a základné zásuvkové okruhy.

Takéto riešenie nie je kompromisom v kvalite. Je to presné určenie prevádzkovej priority. Znižuje investičné náklady, nároky na priestor, spotrebu paliva aj rozsah elektroinštalácie potrebnej pre zálohovanú prevádzku.

Voľba zdroja závisí od času zálohy

Na krátke preklenutie výpadku sa používa najmä UPS. Je vhodná tam, kde nemôže nastať ani krátke prerušenie napájania, napríklad pri dátových prvkoch, riadiacich systémoch, zabezpečovacích zariadeniach alebo vybraných zdravotníckych technológiách. Jej kapacita sa určuje podľa záťaže a požadovanej autonómie. Pri vyššej záťaži môže aj malý rozdiel v požadovanom čase výrazne zvýšiť potrebnú kapacitu batérií.

Dieselový agregát je určený skôr pre dlhší výpadok alebo väčšie výkony. Vyžaduje priestorové riešenie, vetranie, odvod spalín, zásobu paliva, akustické opatrenia, prístup pre servis a návrh prívodu do rozvádzača. Pri automatickej prevádzke sa navrhuje zariadenie automatického prepínania sieť - agregát. Treba určiť, či sa má zdroj spustiť po každom výpadku, po nastavenej časovej oneskorenej reakcii alebo len pri výpadku vybraného napájania.

Batériové úložisko s meničom môže byť vhodné pre menšie až stredné odbery, najmä ak objekt využíva fotovoltiku. Jeho výhodou je tichá prevádzka a rýchla reakcia, obmedzením je dostupná energia v batériách. Menovitý výkon meniča musí pokryť okamžité zaťaženie, zatiaľ čo kapacita batérie určuje dobu prevádzky. Tieto dve hodnoty sa nedajú zamieňať.

V praxi sa často uplatňuje kombinácia UPS a agregátu. UPS premostí čas od výpadku po nábeh agregátu a stabilizuje napájanie citlivých zariadení. Agregát následne preberie dlhodobé zaťaženie. Takáto koncepcia je technicky náročnejšia, ale pri kritickej prevádzke dáva zmysel.

Rozvádzač a prepnutie sú súčasťou riešenia

Aj správne zvolený zdroj je nefunkčný, ak nie je vyriešené bezpečné odpojenie od distribučnej siete. Pri ostrovnej prevádzke nesmie dôjsť k spätnému napájaniu verejnej siete. Prepínacie zariadenie preto musí mať vhodné blokovanie a zapojenie podľa navrhnutého režimu sústavy.

Projekt rieši rozdelenie zálohovaných a nezálohovaných okruhov, istenie, selektivitu ochrán, prierezy vedení, uzemnenie, ochranu pred prepätím a koordináciu s existujúcou elektroinštaláciou. Pri trojfázových objektoch sa preveruje rozloženie jednofázových spotrebičov medzi fázy. Nerovnomerné zaťaženie môže obmedziť využiteľný výkon zdroja, aj keď celkový súčet odberov vyzerá vyhovujúco.

Treba posúdiť aj správanie po obnovení distribučného napätia. Niektoré technológie sa nesmú spustiť naraz, iné vyžadujú riadený nábeh alebo časové oneskorenie. Pri automatizovaných budovách je potrebné nastaviť, ktoré zariadenia majú pri záložnej prevádzke povolenie na činnosť a ktoré sa majú vypnúť.

Podklady pre realizovateľný návrh

Kvalitné dimenzovanie vychádza z aktuálnej projektovej dokumentácie alebo z obhliadky existujúceho stavu. Potrebné sú najmä údaje o hlavnom ističi, type pripojenia, rozvádzačoch, spotrebičoch, technológii objektu a očakávanom režime pri výpadku. Pri existujúcich budovách pomáha meranie reálneho odberu, pretože inštalovaný výkon býva výrazne vyšší než skutočná súbežná spotreba.

Pri väčších stavbách treba návrh koordinovať s profesiami vykurovania, vzduchotechniky, merania a regulácie, požiarnej bezpečnosti aj so stavebnou časťou. Agregát si vyžaduje priestor a trasu výfuku, batériové úložisko zas vhodné prostredie, požiarne riešenie a servisný prístup. Ak sa tieto požiadavky zanedbajú v projekte, riešia sa neskoro a draho počas realizácie.

ELPROFEL pripravuje projektovú dokumentáciu elektroinštalácie tak, aby záložný zdroj nebol samostatne doplneným zariadením, ale koordinovanou súčasťou napájania objektu. Rozsah návrhu sa prispôsobuje tomu, či ide o rodinný dom, developerský projekt, technologickú prevádzku alebo úpravu existujúcej siete.

Pred objednaním zdroja sa preto oplatí presne pomenovať, čo musí ostať pri výpadku funkčné a na aký čas. Až potom má výkonová bilancia, spôsob prepnutia a projektové riešenie pevný technický základ.

‍