I dříve, než došlo k masivnímu uplatnění záložních zdrojů UPS, museli provozovatelé kritických aplikací řešit nepřerušené napájení elektrickou energií.

Jedním z řešení jsou tzv. no-break systémy. Soustrojí je složeno z asynchronního třífázového pohonného elektromotoru, synchronního generátoru, setrvačníku, elektromagnetické spojky a dieselového motoru. Součástí je také ovládací skříň s automatikou a regulací.

Energocentrum je kompletováno a testováno ve výrobním závodě jako celek na společném rámu, a takto transportováno na místo instalace, což klade velké nároky na stěhovací trasu a dopravní (zdvihací) prostředky (délka stroje bývá až 10 metrů plus prostor pro manipulaci a montáž). Pokud je zařízení dodáváno po částech, vyžaduje dlouhou a náročnou instalaci s použitím adjustovací aparatury a kvalifikovaného personálu. Jsou použity elektrické točivé stroje s „klasickou“ konstrukcí na 1500 ot./min. s těžkým magnetickým obvodem a s potřebou instalace výkonné vzduchotechniky. Délka společné osy klade značné nároky na přesnost montáže. Navíc takové velké zařízení se obtížně kapotuje – výsledkem je hlučnost vyšší než u standardního dieselagregátu.

V normálním provozním stavu pohání asynchronní elektromotor generátor, který napájí přes rozvod zajištěného napětí požadované spotřebiče a zařízení. Při výpadku sítě je generátor poháněn krátkodobě energií nastřádanou v roztočeném setrvačníku, startuje dieselmotor a po dosažení nastavených otáček je elektromagnetickou spojkou připojen generátor. Nedochází tak k přerušení napájení. Generátor je regulován budícím proudem pomocí automatiky, která sleduje frekvenci a napětí na výstupu z generátoru.

Robustní a v podstatě nezničitelná konstrukce těchto strojů přináší podstatnou nevýhodu: reakce na změnu zátěže je velmi pomalá a dosahuje až stovek milisekund.

Modernější jsou tzv. dynamické systémy UPS, které se uplatnily zejména na letištích při zabezpečeném napájení osvětlení ranvejí. Řešení obsahuje v jedné skříni standardní bateriový zdroj UPS, rotační napájecí systém ve vertikálním uspořádání a dieselgenerátor.

S nástupem moderních technologií bylo možné tyto stroje „odlehčit“, vybavit elektronikou a vstoupit s nimi do nového tisíciletí. Tato bezbateriová energocentra se na našem trhu objevila v roce 2002, a najdeme je v datacentrech, nemocnicích, dálničních tunelech, průmyslových objektech, akademických institucích i jinde.

Základním kamenem bezbateriového energocentra je elektrický točivý stroj - setrvačník/motorgenerátor, jehož zapojení vzdáleně připomíná zdroj UPS s architekturou line-interactive  s tím rozdílem, že je neustále v motorovém režimu na pracovních otáčkách. Pokud je energetická síť v pořádku, prochází energie ze sítě přímo do zátěže a současně je přes AC/AC měnič napájen setrvačník. Vzhledem k minimalizaci ztrát je rotor uložen ve vakuu a namísto zavěšení v ložiscích levituje v magnetickém poli statoru.

Při výpadku rozvodné sítě přejde setrvačník do generátorického režimu a přes AC/AC měnič napájí zátěž tak dlouho, než dojde k nastartování dieselgenerátoru, sfázování obou napětí a převzetí zátěže dieselgenerátorem. Pak dojde i k opětnému nabití (dosažení  jmenovitých otáček) setrvačníku.

Krátce po uvedení tohoto principu na trh byla vyvinuta i zjednodušená varianta: použití setrvačníku s příslušným měničem jako přímá náhrada olověných baterií. Setrvačník s měničem se pak připojuje přímo na stejnosměrný meziobvod zdroje UPS. Tyto stroje jsou dnes dále rozvíjeny řadou zahraničních výrobců, zvyšují se pracovní otáčky až na 70.000 ot/min-1 , zmenšuje se jejich hmotnost a zvyšuje účinnost. Každý rok je v tomto oboru nějaká technologická novinka, kterou i v České republice uvádí několik dodavatelů.

Bezbateriové zdroje mají optimalizovánu dobu zálohování (runtime) na hodnotu, která garantuje spolehlivý start dieselgenerátoru a jeho schopnost převzít napájení zátěže. Z technologických důvodů totiž není možné zkonstruovat bateriový zdroj UPS s dobou zálohování kratší než 5 minut – přitom je tato časová „rezerva“ vzhledem k funkci energocentra zbytečná.

Jako pesrpektivní se jeví použití i jiných alternativních zdrojů pro nouzovou dodávku elektrické energie. Na veletrzích CEBIT a Hannover Industrie v roce 2008 prezentovalo několik výrobců systémy, které využívají palivové články, solární energii, případně energii větrnou. Kombinací těchto zdrojů s klasickými dieselgenerátory a bateriovými zdroji lze vytvořit „superzdroj“, který můžeme s nadsázkou označit jako „energii pro kterékoli místo na zemi“. Nevýhodou je zatím velmi nepříznivý poměr cena/výkon, a také nízká hodnota výkonu pro zátěž (cca do 30kVA). První ohlasy na českém trhu nebyly příliš pozitivní, nikoli však z důvodů technických, ale kvůli složité ochraně těchto zařízení před vandaly.

Ing. Karel Kuchta

Více informací z oblasti naleznete zde ...