Zur Planung von dreiphasigen USV-Anlagen bis 4.400kVA Modellübersicht und Auswahlkriterien Prof. Dr. Thomas Horn IBH IT-Service GmbH Gostritzer Str. 67a 01217 Dresden http://www.ibh.de info@ibh.de www.ibh.de
Inhaltsverzeichnis 1. DIN IEC 62040-3: USV-Klassifikation 2. Zur Qualität der Stromversorgung 3. USV-Grundlagen 4. Funktionsweise HotSync-Cluster 5. Zur Auswahl der USV-Anlage 6. Planung einer Eaton 9355 7. Planung einer Eaton 9390 8. Planung einer Eaton 9395 9. Planung einer Batterieanlage 10. BladeUPS 11. Planung HotSync-Cluster 12. Welche Vorteile hat ein Servicevertrag? 2
DIN IEC 62040-3: USV-Klassifikation Wogegen schützen USV-Anlagen? Der Spannungsschutz konzentriert sich auf folgende Spannungsprobleme: Netzausfälle (>10ms) VFD Serie 3 Spannungsschwankungen (<16ms) Dynamische Überspannungen (4-16ms) Unterspannungen, kontinuierlich VI Serie 5 Überspannungen, kontinuierlich Blitzeinwirkungen, sporadisch (<1ms) Hochspannungsspitzen (<4ms) Frequenzschwankungen VFI Serie 9 Spannungsverzerrungen (Burst), periodisch Spannungsüberschwingungen, kontinuierlich VFD Voltage and Frequency Dependent Offline-USV VI Voltage Independent Line-Interactive USV VFI Voltage and Frequency Independent Online-USV/Doppelwandler 3
DIN IEC 62040-3: VFI-SS-111 Aufbau einer VFI-USV Bypass-Eingang F2 Gleichrichtereingang Gleichrichter Elektronischer Bypass ~ = = ~ F1 + - Batterieketten Wechselrichter Elektr. Schalter Ausgang Batterieanschlußeinheit (BAE) SS Ausgangsspannung bei Normal- und Batteriebetrieb 111 Toleranzen bei Wechsel der Betriebsart Lastsprüngen (lineare Last) Lastsprüngen mit nicht linearer Last Klassifikation 1 max. ±30% im Intervall < 1ms und max. ±10% oberhalb von 20ms. Umschaltung auf Bypass: - manuell - bei Überlast - bei Kurzschluss - bei Ausfall des Gleichrichtereingangs und leeren Batterien Wirkungsgrad in Abhängigkeit von Größe und Auslastung der USV 91-94%! 4
Zur Qualität der Stromversorgung 1 ITIC-Kurve für Netzteile (Rev. 2000) ITIC erlaubt eine dauerhafte Abweichung (nach 10s) von max. ±10% Spannungsausfälle ab 20ms zählen als Blackout 30% Unterspannung für die Abschaltung fehlerhafter Geräte (Kurzschlußfestigkeit) 5
Zur Qualität der Stromversorgung 2 Eco-Modi Unsere Versorgungsspannung liegt im Regelfall innerhalb der von der ITIC vorgegebenen Grenzwerte Aber nur Doppelwandler-USV schützen zuverlässig gegen Schalt- und Hochspannungsspitzen, Frequenzabweichungen und Oberwellen. Wir erkaufen uns die hohe Qualität der einem schlechten Wirkungsgrad Entwicklung diverser Eco-Modi oder HE-Modi Energy Saver Systems (ESS) Weiterentwicklung des HE-Modus Das patentierte Verfahren ESS erkennt ein Problem mit der Eingangsspannung durch spezielle DSP und schaltet somit innerhalb von 2ms automatisch auf Doppelwandlermodus zurück η 99% Bei einer USV Eaton 9390, 160kVA, mit einer Last von 100kW wird im ESS-Mode betrieben monatliche Einsparung von ca. 1.030EUR (0,18 /kwh) unter Berücksichtigung der reduzierten Kühllast (EER=3,3) 6
Zur Qualität der Stromversorgung 3 ESS-Mode in den Eaton 939x Bypass-Eingang F2 Gleichrichtereingang Gleichrichter Elektronischer Bypass ~ = = ~ F1 + - Batterieketten Wechselrichter Elektr. Schalter Ausgang Batterieanschlußeinheit (BAE) Wenn die Batterien geladen sind und wenn sich Bypass-Spannung und Bypass-Frequenz in den vorgegebenen Toleranzen befinden, dann wird auf die Bypass-Spannung umgeschaltet Gleich- und Wechselrichter ruhen Innerhalb von 2ms wird der Wechselrichtermodus wieder aktiviert Problem: Netz wird mit cos φ und THD der Last belastet! Die Toleranzen betragen je nach Modell ±2Hz und ±5%-±8% der Nominalspannung! 7
USV-Grundlagen (1) Wirkleistung vs. Scheinleistung Grundlegend für die Bemessung einer USV ist die Wirkleistung in kw: P = U * I bei einer ohmschen Last (lineare Last) Durch induktive oder kapazitive Lasten ergibt sich ein nachlaufender oder vorauseilender Strom gegenüber der Spannung: Phasenverschiebungswinkel φ >0 induktive Last Phasenverschiebungswinkel φ <0 kapazitive Last Leistungsfaktor: Scheinleistung: Wirkleistung: cos φ S = U * I P = U * I * cos φ Die IGBT-Wechselrichter einer Eaton USV können im Rahmen der Wirkleistung jede Last versorgen, ob kapazitiv oder induktiv. Scheinleistung in kva ist wichtig für die Bemessung der Absicherungen und Leiterquerschnitte OPTIMIERTE LEISTUNGSGRENZE FÜR TRAFOLOSE USV-WECHSELRICHTER VOREILEND (kapazitiv) 0,9 PF 1,0 PF 0,95 PF 0,95 PF 0,9 PF ÜBLICHE LEISTUNGSGRENZE FÜR TRADITIONELLE USV-WECHSELRICHTER 0,8 PF USV kw GRENZE NACHEILEND (induktiv) 8
USV-Grundlagen (2) Kurzschlußfestigkeit und Selektivität Eaton 9355 40kVA Parallelmodul USV-Verteiler Verbraucher ~ = ~ = = ~ 290A (1.100A) ~ 6m, 16mm² = 6m, 16mm² Kurzschlußfestigkeit 145A für max. 300ms 0,006 Ω 0,006 Ω NH00 80A 20m, 25mm² 0,013 Ω Spannungsabfall auf 226V (-1,7%) LS C16A 25m, 2,5mm² 0,168 Ω Spannungsabfall auf 209V (-9%) bei Kurzschluß max. Strom: 624A Das HotSync-Cluster kann aber nur max. 290A liefern Spannungseinbruch auf 123V Umschaltung auf Bypass 9
USV-Grundlagen (3) Advanced Battery Management (ABM) keine vorzeitige Alterung der Batterien 30-50% längere Lebensdauer Erkennung von zwei defekten Zellen möglich Test der Batterieleistung in Abständen von ca. 4 Wochen temperaturabhängige Ladestromsteuerung 10
Funktionsweise HotSync-Cluster 1 Theoretische Grundlagen mehrere Spannungsquellen können parallel geschaltet werden, wenn Frequenz und Phasenlage übereinstimmen Eingang USV USV Ausgang Eaton setzt die von Powerware patentierte HotSync-Technologie ein: digitale Signalprozessoren (DSP) berechnen die Sinuskurve für die Ausgangsspannung in kleinsten Schritten (3.000 Schritte pro Sekunde) und steuern die IGBT-Leistungsmodule an über eine rekursive Gleichung wird dabei von den DSP für ihre Phase die Frequenz variiert, was zu einer Leistungserhöhung/-reduzierung führt wenn dies jede USV für sich macht, ergibt sich nach 3 Schritten eine ideale Lastteilung Vorteil: zwischen den USV gibt es keine Kommunikation und damit keinen Single Point of Failure (SPOF) 11
Funktionsweise HotSync-Cluster 2 Arbeitsmodi eines Hotsync-Clusters Redundanzmodus 1+1-Redundanz zwei USV-Anlagen teilen sich die Last Halblastverfahren die Leistung des Clusters entspricht der Leistung einer USV wenn eine USV ausfällt, dann übernimmt die verbleibende USV die volle Last Kapazitätsmodus keine Redundanz zwei USV-Anlagen teilen sich die Last Halblastverfahren die Leistung des Clusters entspricht der doppelten einer USV wenn mehr als die einfache Leistung entnommen wird und eine USV fällt aus, dann kommt es zum Totalausfall der USV-Anlage gemischter Modus n+1-redundanz mehrere USV-Anlagen teilen sich die Last Lastteilungsverfahren bei vier USV-Anlagen kann die Leistung der Anlage der dreifachen Leistung einer USV entsprechen fällt eine USV aus, übernehmen die verbleiben drei USV-Anlagen die volle Last 12
Funktionsweise HotSync-Cluster 3 Anzahl der USV in einem Hotsync-Clusters Vom Grundsatz her können beliebig viele USV parallel geschaltet werden Getestet sind: Eaton 9355 max. 4 USV Eaton 9390 max. 8 USV Eaton BladeUPS max. 6 USV Problem ist die Herstellung einer korrekten Lastteilung Die Länge l1 von der USV zur Parallelschiene ist kritisch gleicher Widerstand ist wichtig für die "ideale" Lastteilung gleiche Kabellänge Da herstellungsbedingte Toleranzen immer vorhanden sind, gibt es eine Kalibrierung Gleichrichtereingänge USV USV Ausgang l1 Parallelschiene 13
Funktionsweise HotSync-Cluster 4 Realisierung des Bypassbetriebs USV haben normalerweise einen integrierten elektronischen Bypass auf Basis von Thyristoren Damit auch im Bypassbetrieb eine Lastteilung möglich ist, muss auch der Widerstand und damit die Länge der Bypass-Kabel gleich sein Die Thyristoren sind aber robuster als die IGBT im Wechselrichter ausgelegt (siehe Überlasten) damit ist die Länge l2 weniger kritisch, aber Thyristoren lassen keine Kalibrierung zu, da keine "aktiven" Elemente Zur Koordinierung des Bypassbetriebs muss eine Abstimmung stattfinden Einsatz des CAN-Busses Parallelschiene im Eingangsverteiler Bypass Bypass l2 USV USV CAN-Bus l1 Ausgang Parallelschiene 14
Funktionsweise HotSync-Cluster 5 Verfügbarkeit eines HotSync-Clusters Bei regelmäßiger Wartung hat eine USV eine Verfügbarkeit von mind. n > 99,9% max. Ausfall pro Jahr von 8,76h Bei Parallelschaltung, wenn es keine anderen Komponenten gibt, die ausfallen können, ist die Verfügbarkeit eines Cluster aus zwei USV: n cluster = 1 ( (1-n) * (1-n) ) = 1 ( (1-0,999) * (1-0,999) ) = 99,9999% 15
Zur Auswahl der USV-Anlage 1 Blade UPS 12kVA Eco Eaton 9355 8kVA 10kVA 12kVA 15kVA 20kVA 30kVA 40kVA (Eco) interne und externe Batterien möglich Eaton 93PM 93E ESS 30kVA 40kVA 50kVA Eaton 9390 ESS 40kVA 60kVA 80kVA 100kVA 120kVA 160kVA Eaton 9395 1 UPM 2 UPM 3 UPM 4 UPM 225kVA 275kVA ESS+VMMS 450kVA 550kVA nur externe Batterien möglich 675kVA 825kVA 900kVA 1100kVA 16
Zur Auswahl der USV-Anlage 2 Faktoren für die Auswahl Welche Leistung (kw oder kva) wird benötigt Entwicklung des Leistungen in den nächsten Jahren Überbrückungszeit in Abhängigkeit von Leistung und Überbrückungszeit ist ein separater Batterieraum mit Zwangsbelüftung erforderlich 5- oder 10-Jahresbatterien (Design Life nach EuroBAT) Anforderungen an die Verfügbarkeit Kurzschlussfestigkeit und Überlastverhalten Selektivität der Sicherungen im nachgeordneten Netz Abschaltung defekter Verbraucherstromkreise unter erschwerten Bedingungen Netzform des Netzes für die Verbraucher 17
Zur Auswahl der USV-Anlage 3 Investitionsschutz durch Upgrade innerhalb eines Basismodells, z. B. von 8kVA 12kVA oder von 20kVA 30kVA Investitionsschutz durch Parallelschaltung mehrerer USV-Anlagen auf Basis des HotSync-Verfahrens (Clusterbildung): Kapazitätsmodus zur Leistungserweiterung Redundanzmodus zur Implementierung von Ausfallsicherheit gemischter Modus, z.b. 2+1-Modus Kapazitätserweiterung und Ausfallredundanz Realisierbare Clustergrößen Eaton BladeUPS: max. 6 USV-Anlagen Eaton 9355: max. 4 USV-Anlagen Eaton 9390: max. 8 USV-Anlagen Eaton 9395: max. 6 USV-Anlagen bzw. 4 USV-Anlagen (< 4.400kVA) bei der Planung der Elt-Installation sind die gewünschten Upgrades zu berücksichtigen 18
Aufbau einer 3-phasigen Anlage Externer Service-Bypass vs. MBS ein manueller Bypass-Schalter (MBS) unterstützt nur bei der Wartung durch ext. Service-Bypass kann USV spannungsfrei geschaltet werden auf durchgehenden Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) achten! 19
Aufbau einer 1-phasigen Anlage Welche Vor- und Nachteile hat eine einphasige USV wesentlich höhere Stromstärken auf dem USV-Ausgang ungleiche Belastung der Phasen im Objekt im Bypass-Betrieb man muss nicht auf eine gleiche Phasenbelastung am Ausgang achten ist sinnvoll, wenn ein großer Verbraucher zu speisen ist hat einen wesentlich größeren Kurzschlußstrom!!! ein-/einphasig bis 10kVA verfügbar drei-/einphasig bis 30kVA verfügbar 20
Planung einer Eaton 9355, 15kVA (1) Aufbau der Anlage - Eigenschaften Maximalausbau 74min @ 15kVA, cos φ =0,9: Steuergerät, Leistungselektronik ca. 50kg Batteriemodul, 1 Kette zu 32 Batterien = 384V nominal ca. 115kg Auswahl des Batterietyps nach EuroBAT LM BAT 1 BAT 2 5-Jahresbatterien: normative Lebensdauer bei 20 C 5 Jahre etwas größere Kapazität bei gleichen Abmessungen (12V/9Ah) BAT 3 BAT 4 BAT 5 10-Jahresbatterien: normative Lebensdauer bei 20 C 10-12 Jahre etwas kleinere Kapazität bei gleichen Abmessungen (12V/7Ah) Standard sind fest verschlossene, wartungsfreie Batterien (OGiV) Beim Modell Eaton 9355 sind auch externe Batterien möglich BAT 6 BAT 7 BAT 8 BAT 9 BAT 10 BAT 11 1.240mm (1.315kg) 1.214mm 21
Planung einer Eaton 9355, 15kVA (2) Schritt 1: Wahl der Gleichrichter-Sicherungen Eaton 9355: Scheinleistung S=15kVA Leistungsfaktor 0,9 Wirkleistung P=0,9*S= 13,5kW max. Ausgangsstrom: I max-out = S/230V = 65A je Phase: 22A max. Eingangsstrom: I max-in = P/230V = 59A je Phase: 20A zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von ca. 2A und ev. Ladestrom Die USV kann im Normalmodus im Spannungsbereich von 196-253V arbeiten höhere Leistungsaufnahme bei 196V! 22
Planung einer Eaton 9355, 15kVA (3) Schritt 1: Wahl der Gleichrichter-Sicherungen (Forts.) Handling von Unterspannungen Max. Strom: I max-in = P/230V = 58,8A je Phase: 19,6A Max. Strom: I max-in = P/196V = 68,9A je Phase: 23A zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von ca. 2A zuzüglich Ladestrom (2-4A) ausführliche technische Spezifikationen geben als max. Eingangsstrom 29A an Absicherung des Gleichrichtereingangs: 35A je Phase 23
Planung einer Eaton 9355, 15kVA (4) Schritt 2: Handling von Überlasten Eine USV sollte immer so geplant werden, dass die Auslastung 85-90% nicht überschreitet Eine ungleiche Phasenbelastung ist für IGBT und DSP kein Problem, aber jede Phase sollte nicht mit mehr als 85-90% belastet sein sollte Beispiel: Eaton 9355: 15kVA, 13,5kW, Last hat cos φ = 0,9 Phase 1: 14,5A 3,3kW 74,1% Phase 2: 18,2A 4,2kW 93,0% Phase 3: 16,5A 3,8kW 84,3% Anzeige: 93,0% Auslastung Summe: 29,9kW 83,7% tatsächliche Auslastung Für hochverfügbare USV-Anlagen ist das Handling von Überlasten zu klären eine Überlast soll nicht zum Ausfall der USV führen 24
Planung einer Eaton 9355, 15kVA (5) Schritt 2: Handling von Überlasten (Forts.) Normalbetrieb Bypass-Betrieb Überlastbarkeit bedeutet Überlast im Normalbetrieb für jede einzelne Phase am Wechselrichter Am Gleichrichter mittelt sich die Überlast auf alle drei Phasen Überlastbarkeit (am Netz) bedeutet Überlast im Bypass-Betrieb für jede einzelne Phase 25
Planung einer Eaton 9355, 15kVA (6) Schritt 3: Auswahl der Sicherungen für Ausgang/Bypass Sind kurzzeitige Überlastungen möglich (Zuschaltung von größeren Verbrauchern, Klimaanlagen, Motoren etc.)? Sollen Überlasten akzeptiert werden, die manuell kurzfristig beseitigbar sind? 10% Überlasten sind im Normalbetrieb bis zu 10min und im Bypassbetrieb bis zu 60min zulässig 25% Überlasten sind im Normalbetrieb bis zu 1min und im Bypassbetrieb bis zu 10min zulässig könnte durch eine falsche Zuschaltung neuer Verbraucher entstehen, wäre binnen 10min wieder zu beseitigen! Folgende Sicherungen müssen gewählt werden: Bypass-Eingang: 21,8A *125% = 27A 35A USV-Ausgang: 21,8A *125% = 27A 35A 26
Planung einer Eaton 9355, 15kVA (7) Schritt 5: Auswahl der Überbrückungszeiten (Forts.) Clusterbildung führt ebenfalls zu verlängerten Überbrückungszeiten, z. B. hat eine 9355, 15kVA bei Volllast mit cos φ=0,9 bei zwei Batterieketten eine Überbrückungszeit von 7min, bei 1+1 Redundanz im Halblastverfahren von 19min. Bei größeren Überbrückungszeiten sollte man unbedingt externe Batterieschränke wählen, die eine kostengünstigere Implementierung durch den Einsatz größerer Batterien gestatten Beim Modell 9355, 8-15kVA können mit 11 integrierten Batteriemoduln in kompakter Bauweise bei 15kVA/cos φ=0,9 eine Überbrückungszeit von 74min. Im Redundanzcluster bei Lastteilung ergeben sich sogar 180min Überbrückungszeit Bei externen Batterieschränken ist eine sorgfältige Planung der Fußbodenbelastung erforderlich! 27
Planung einer Eaton 9355, 40kVA (1) Aufbau der Anlage - Eigenschaften Steuergerät, Leistungselektronik ca. 200kg Maximalausbau mit 4 Batterieketten 6min @ 40kVA, cos φ =0,9: 1.684 mm 494 mm Batterien, max. 4 Ketten zu 36 Batterien = 432V nominal ca. 100kg je Kette Auswahl des Batterietyps nach EuroBAT 5-Jahresbatterien: normative Lebensdauer bei 20 C 5 Jahre etwas größere Kapazität bei gleichen Abmessungen (12V/9Ah) 10-Jahresbatterien: normative Lebensdauer bei 20 C 10-12 Jahre etwas kleinere Kapazität bei gleichen Abmessungen (12V/7Ah) Standard sind fest verschlossene, wartungsfreie Batterien (OGiV) Beim Modell Eaton 9355 sind auch externe Batterien möglich 28
Planung einer Eaton 9355, 40kVA (2) Schritt 1: Wahl der Gleichrichter-Sicherungen Eaton 9355: S=40kVA Leistungsfaktor 0,9 Wirkleistung P=0,9*S= 36kW max. Ausgangsstrom: I max-out = S/230V = 174A je Phase: 58A max. Eingangsstrom: I max-in = P/230V = 174A je Phase: 52A zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von ca. 4A zuzüglich Ladestrom Die USV kann im Normalmodus im Spannungsbereich von 192-276V arbeiten höhere Leistungsaufnahme bei 192V! 29
Planung einer Eaton 9355, 40kVA (3) Schritt 1: Wahl der Gleichrichter-Sicherungen (Forts.) Handling von Unterspannungen Max. Strom: I max = P/230V = 156,5A je Phase: 52,2A Max. Strom: I max = P/192V = 187,5A je Phase: 62,5A zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von ca. 4A zuzüglich Ladestrom (4-6A) Absicherung des Gleichrichtereingangs: 80A je Phase (max. Gleichrichtereingangsstrom: 72A) 30
Planung einer Eaton 9355, 40kVA (4) Schritt 2: Handling von Überlasten Eine USV sollte immer so geplant werden, dass die Auslastung 85-90% nicht überschreitet Eine ungleiche Phasenbelastung ist für IGBT und DSP kein Problem, aber jede Phase sollte nicht mit mehr als 85-90% belastet sein sollte Beispiel: Eaton 9355: 40kVA, 36kW, Last hat cos φ = 0,9 Phase 1: 43A 8,9kW 74,2% Phase 2: 46A 9,5kW 79,2% Phase 3: 50A 11,5kW 95,8% Anzeige: 95,8% Auslastung Summe: 29,9kW 83% tatsächliche Auslastung Für hochverfügbare USV-Anlagen ist das Handling von Überlasten zu klären eine Überlast soll nicht zum Ausfall der USV führen 31
Planung einer Eaton 9355, 40kVA (5) Schritt 2: Handling von Überlasten (Forts.) Normalbetrieb Bypass-Betrieb Überlastbarkeit bedeutet Überlast im Normalbetrieb für jede einzelne Phase am Wechselrichter Am Gleichrichter mittelt sich die Überlast auf alle drei Phasen Überlastbarkeit (am Netz) bedeutet Überlast im Bypass-Betrieb für jede einzelne Phase 32
Planung einer Eaton 9355, 40kVA (6) Schritt 3: Auswahl der Sicherungen für Ausgang/Bypass Sind kurzzeitige Überlastungen möglich (Zuschaltung von größeren Verbrauchern, Klimaanlagen, Motoren etc.)? Sollen Überlasten akzeptiert werden, die manuell kurzfristig beseitigbar sind? 10% Überlasten sind im Normalbetrieb bis zu 10min und im Bypassbetrieb bis zu 60min zulässig 25% Überlasten sind im Normalbetrieb bis zu 1min und im Bypassbetrieb bis zu 10min zulässig könnte durch eine falsche Zuschaltung neuer Verbraucher entstehen, wäre binnen 10min wieder zu beseitigen! Folgende Sicherungen müssen gewählt werden: Bypass-Eingang: 58,5A *125% = 72,5A 80A USV-Ausgang: 58,5A *125% = 72,5A 80A 33
Planung einer Eaton 9390 (1) Schritt 1: Wahl der Sicherungen Eaton 9390: 80kVA, Leistungsfaktor 0,9 P=0,9*S= 72kW Max. Strom: I max-out = S/U = 348A je Phase: 116A minimale Absicherung: 125A je Phase Die USV kann im Normalmodus im Spannungsbereich von 184-276V arbeiten höhere Leistungsaufnahme bei 184V! Eingangsstrom bei einer Wirkleistung P = 72kW Max. Strom: I max-in = P/230V = 313A je Phase: 104,5A Max. Strom: I max-in = P/184V = 382A je Phase: 130,5A zuzüglich Ladestrom und Eigenbedarf von max. 13A minimale Absicherung: 160A je Phase 34
Planung einer Eaton 9390 (2) Schritt 2: Handling von Überlasten Normalbetrieb Bypass-Betrieb Absicherung bei 10% Überlast: Max. Ausgangstrom: I max-out = S/3/230V*110% = 127,5A Max. Eingangsstrom: I max-in = P/3/184V*110% = 143,5A+13A=156,5A 160A für Input, Bypass und Output (sogar 125% Überlast möglich) 35
Planung einer Eaton 9390 (3) Schritt 3: Planung der Aufstellung Abmessungen: Gewicht: 519x808x1.879 313kg Batterieschrank: 800x800X1.900 5 Ebenen, 8Akkus je Ebene, 12V/35-93Ah 40x12V/93Ah 1.730kg inkl. Schrank und BAE 36
Planung einer Eaton 9395 (1) Übersicht über die Modelle modulare Struktur, bestehend aus ISBM (Integr. Service-Bypass-Modul) und 1-4 Leistungsmoduln (UPM Uninterruptible Power Module) ausfallredundante USV-Steuerung 1 UPM 225/275kVA (830kg) 3 UPM 675/825kVA (2.520kg) 4 UPM = 900/1100kVA (3.120kg) 2 UPM 450/550kVA (1.430kg) 37
Planung einer Eaton 9395 (2) Eaton 9395-1.100kVA (825kVA mit Field-Upgrade auf 1.100kVA) FI-UPM 4 ISBM UPM 1 UPM 2 UPM 3 736 1.704 1.872 4.312 606kg 730kg 1.690kg 38
Planung einer Eaton 9395 (3) Aufbau einer Eaton 9395 X-Slot-Steckplätze Anschlußfeld (Batterien, Eingänge, Ausgang,) Optionaler Eingangstrennschalter Optionaler MBS Statischer Bypass Verkabelung ISBM UPM1 UPM2 Ausgangstrennschalter Gleichrichtermodul Wechselrichtermodul redundante Netzteile Logikboard UPM-Serviceschalter 39
Planung einer Eaton 9395 (4) Energy Advantage Architecture (EAA) bei der Eaton 9395 Variable Module Management System (VMMS) Durch Abschalten von USV-Modulen wird der Wirkungsgrad η der restlichen Module verbessert, z. B. von 91% auf 95%. Erst wenn die Leistungsabnahme steigt oder ein Modul ausfällt, werden weitere Leistungsmodule wieder zugeschaltet. Unterstützung von ESS Versorgung der Ausgangsseite über den Bypass, wenn die Bypass- Spannung in den vorgegebenen Grenzwerten sich befindet Wirkungsgrad von mehr als 99% 40
Planung einer Eaton 9395 (5) Weitere Eigenschaften: sehr hohe Kurzschlussfestigkeit je UPM ca. 800A für mindestens 300ms für eine Eaton 9395, 1.100kVA, ergibt sich damit ein Kurzschlussstrom von ca. 3.200A Sollte die Kurzschlussfestigkeit nicht ausreichend sein, dann schalten die UPM kurzzeitig auf den Bypass um. Im Bypass beträgt die Kurzschlussfestigkeit das 10fache des nominalen Stromes, also ca. 4.000A je UPM. gemeinsame oder getrennte Batterien für die UPM einer USV 41
Planung einer Eaton 9395 (6) Schritt 1: Wahl der Sicherungen Eingangsstrom bei einer Wirkleistung P = 247,5kW Max. Strom: I max-out = P/230V = 1.076A je Phase: 359A zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von max. 23A zuzüglich Ladestrom Absicherung: 500A je Phase 42
Planung einer Eaton 9395 (7) Schritt 1: Wahl der Sicherungen (Forts.) Die USV kann im Normalmodus im Spannungsbereich von 196-264V arbeiten höhere Leistungsaufnahme bei 196V! Eingangsstrom bei einer Wirkleistung P = 247,5kW Max. Strom: I max-in = P/230V = 1.076A je Phase: 359A Max. Strom: I max-in = P/196V = 1.263A je Phase: 421A zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von max. 23A max. Eingangsstrom ist auf 456A begrenzt! Absicherung im Gleichrichtereingang mit 500A je Phase ist ausreichend 43
Planung einer Eaton 9395 (8) Schritt 2: Handling von Überlasten Normalbetrieb Bypass-Betrieb Nominaler Ausgangsstrom: Nom. Ausgangstrom: I nom-out = S/3/230V = 399A Absicherung bei 10% Überlast: Max. Ausgangstrom: I max-out = S/3/230V*110% = 438A 500A für Bypass und Output dauerhaft 125% Überlast möglich 44
Zur Projektierung der Batterieanlage (1) Zusammenhang zwischen geforderten Leistungen, Stromstärken und Leitungsquerschnitten Leistung, gefordert 40 kva 60 kva 80 kva 100 kva 120 kva 160 kva 200 kva 222 kva 250 kva 275 kva 36 kw 54 kw 72 kw 90 kw 108 kw 144 kw 180 kw 200 kw 225 kw 248 kw Wirkungsgrad 94% Leistung Batterie 38 kw 57 kw 77 kw 96 kw 115 kw 153 kw 191 kw 213 kw 239 kw 263 kw E ntlades trom * nominal 480 V 80 A 120 A 160 A 199 A 239 A 319 A 399 A 443 A 499 A 549 A * C1 (1 Stunde) 408 V 94 A 141 A 188 A 235 A 282 A 375 A 469 A 521 A 587 A 645 A * C1/2 (30 Minuten) 396 V 97 A 145 A 193 A 242 A 290 A 387 A 484 A 537 A 604 A 665 A * C1/6 (10 Minuten) 384 V 100 A 150 A 199 A 249 A 299 A 399 A 499 A 554 A 623 A 686 A * <10min 375 V 102 A 153 A 204 A 255 A 306 A 409 A 511 A 567 A 638 A 702 A Leitungsquerschnitt 16 mm² 35 mm² 50 mm² 70 mm² 2x35 mm² 2x70 mm² 3x50 mm² 3x50 mm² 3x70 mm² 3x70 mm² 45
Zur Projektierung der Batterieanlage (2) Cutoff-Spannungen Zum Schutz vor einer Tiefentladung ist das Entladen beim Erreichen der sogenannten Cutoff-Spannung zu beenden Je schneller die Entladung erfolgt, umso geringer kann die Cutoff- Spannung gewählt werden Richtwerte für die Cutoff-Spannungen 240 Zellen E ntladezeit C utoff-s pannung pro Zelle C utoff-s pannung pro Kette >= 10h 1,80 V/Z elle 432 Volt >= 5h 1,77 V/Z elle 425 Volt >= 3h 1,75 V/Z elle 420 Volt >= 1h 1,70 V/Z elle 408 Volt >= 30min 1,65 V/Z elle 396 Volt >= 10min 1,60 V/Z elle 384 Volt <10min 1,56 V/Z elle 374 Volt 46
Zur Projektierung der Batterieanlage (3) Kapazität von Batterien 180 Die neue Hoppecke-Serie power.com XC ist etwas leistungsfähiger, zeigt aber auch einen größeren Leistungsabfall bei größeren Entladeströmen Bei C1/6 beträgt die nutzbare Kapazität ca. 51% Beispiel: Hoppecke power.com XC 160 140 120 100 80 60 40 20 0 51% 68% 76% 88% 93% C1/6 C1/2 C1 C3 C5 C10 Potenziell (XC 125100) Potenziell (XC 124400) Potenziell (XC 124100) Potenziell (XC 123400) Potenziell (XC 123000) Potenziell (XC 122600) Potenziell (XC 122100) Potenziell (XC 121700) Potenziell (XC 121300) 47
Zur Projektierung der Batterieanlage (4) Entladestrom von Batterien Abzugebende Leistung: 247,5kW Wirkungsgrad Wechselrichter: n=94% Batterieleistung: 263kW Cut-Off-Spannung: 1,6V 384V Entladestrom, anfänglich: 548A Entladestrom bei Cut-Off: 685A 2 x120mm² Gleichstromschiene Leistungschalter 700A Auslösung: - manuell - bei Überstrom - bei Gebäudealarm - bei Unterspannung Problem: Interne Verbinder, Kontaktierung 40 Blöcke zu je 6 Zellen 240 Zellen 480V= 48
Zur Projektierung der Batterieanlage (5) Batterieketten und Batterietrennschalter GR Gleichstromschiene WR max. 4 Leistungsschalter Mehrere Leistungsschalter sind vorteilhaft für die Wartung Jeder Leistungsschalter muss volle Last tragen können Defekte Batterieketten können einzeln abgeschaltet werden Pro Leistungsschalter bis zu 3 Batterieketten, die sich die Last teilen geringere Ströme 49
Zur Projektierung der Batterieanlage (6) Modulare USV 9395 mit mehreren UPM verteilte Batterie GR Gleichstromschienen WR UPM 1 GR Gleichstromschienen WR UPM 2 700A Vorteile: Laderichter (DC-DC-Wandler) arbeiten autonom ABM-Zyklus wird von jedem UPM unabhängig autonom durchgeführt Durch ABM können schon zwei defekte Batterien erkannt werden Defekte Batterieketten werden automatisch identifiziert Bei Stromausfall werden im VMMS alle UPM eingeschaltet 50
Zur Projektierung der Batterieanlage (7) Modulare USV 9395 mit mehr. UPM gemeinsame Batterie GR GR Gleichstromschienen Gleichstromschienen WR WR UPM 1 Parallelschienen zwischen den UPM UPM 2 1.400A Eigenschaften: Laderichter (DC-DC-Wandler) arbeiten in Lastteilung (!) ABM-Zyklus muss synchronisiert durchgeführt werden Defekte Batterieketten und defekte Batterien werden lassen sich nur schwer oder kaum identifizieren Batterien müssen größere Stromstärken verkraften (!) Ein zentraler Batterieschalter möglich 51
Planung von HotSync-Cluster 1 Planung des prinzipiellen Aufbaus (1+1 Redundanz, 15kVA) 52
Planung von HotSync-Cluster 2 Aufstellungsplan für Eaton 9355, 8-15kVA 53
Planung von HotSync-Cluster 3 Verkabelungsplan (Beispiel) für Eaton 9355, 8-15kVA 54
Planung von HotSync-Cluster 4 Schaltverteiler für max. 15kVA 55
Planung von HotSync-Cluster 5 Schaltverteiler Standverteiler Kabelzuführung von oben USV-Eingangssicherungen Wartungsbypass Eingangsbypass Parallelschienen USV-Verteilung: C16A-Leitungsschutzschalter C25A-Leitungsschutzschalter FI/LS C16A D02-Sicherungen 2A-63A 56
Realisierung von USV-Projekten Allgemeiner Ablauf IBH projektiert die Anlage und ist im Allgemeinen der Generalauftragnehmer. IBH bestellt die USV und lässt diese beim Kunden anliefern. IBH bestellt den Schaltverteiler und lässt diesen beim Kunden anliefern. IBH weist den Elektriker ein und nimmt dessen Leistung ab. IBH bestellt den Eaton-Techniker. Ein IBH-Techniker begleitet die Inbetriebnahme als Projektverantwortlicher. IBH führt Ausfallredundanztests durch. Eaton-Techniker und Kunde werden einbezogen. IBH installiert die Software testet mit dem Kunden das Shutdown. IBH übergibt eine geprüfte USV-Anlage. Die Testschritte sind für den Kunden nachvollziehbar (Prüfprotokoll). Der Kunde nimmt die USV-Anlage ab (Übernahme-/Übergabeprotokoll). IBH übergibt die Dokumentation der Anlage inkl. Bedienungsanleitung. 57
Welche Vorteile hat ein Serviecevertrag? Hochverfügbarkeit setzt eine regelmäßige Wartung voraus Safe (Basic Care) jährliche Inspektion (prophylaktische Wartung) Servicefenster und Reaktionszeit 8h 25% Rabatt auf Ersatzteile/Batterien Advance (Plus Care) zusätzlich inkl. aller Arbeitsleistungen Power (Plus Care1) zusätzlich inkl. aller Arbeitsleistungen und Ersatzteile Bei Abschluss der Wartung ab Installation der USV erhalten Sie im ersten Jahr einen Rabatt von 30%, da es auf den Anlagen ein Jahr Gewährleistung gibt (bei Installation durch IBH) Für die zeitgleiche Wartung mehrerer USV-Anlagen gibt es entsprechende Rabatte Bei Bedarf ist eine Gewährleistungserweiterung auf 24 oder 36 Monate möglich. 58
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