• sistemele de securitate pentru viata oamenilor sau a bunurilor (instalatii de detectare si stingere a incendiilor, sisteme de alarmare si prevenire, iluminat de siguranta, ventilatoare de fum, lifturi etc.) din cladiri in care lucreaza oameni, cladirile foarte inalte sau cu statut special.

          In aceste situatii se impun, inca din faza de proiectare, masuri pentru asigurarea de surse si/sau de linii de rezerva, dar nu numai. Pentru asigurarea unui grad ridicat de continuitate in alimentarea cu energie electrica se recomanda:

• divizarea instalatiilor si prevederea de surse si cai de rezerva (de exemplu, utilizarea schemelor buclate);
• subdivizarea instalatiei in circuite prioritare si neprioritare, astfel incat in caz de avarie a sursei principale sa poate fi alimentati doar consumatorii prioritari dintr-o sursa de rezerva de putere mai mica (Fig.6.3);
• selectivitatea aparatelor de protectie, care in cazul aparitiei unui defect in instalatie vor deconecta numai ramura pe care a aparut defectul, restul consumatorilor ramanand conectati;
• utilizarea schemei IT de legare la pamant, care poate ramane in functionare normala si sigura in cazul unei puneri la pamant (cel mai frecvent defect de izolatie) si permite ca interventia pentru detectarea si remedierea defectului sa fie facuta la un moment convenabil ulterior.

          In cazul receptoarelor electrice din cladiri, acestea se vor grupa in trei categorii (v. si schema de alimentare din Fig.6.4): Receptoare vitale grupa A (tablou lifturi, iluminat de siguranta pentru evacuare, marcare hidranti, instalatii de supraveghere speciale, iluminare teren de joc etc.), care necesita conectare automata pe surse tip UPS (v.§6.2.1), cu timpul de conectare tc ≤ 0,5 sec (clasa de comutare 0,5 sec); Receptoare vitale grupa B (centrala termica, compresor frig, ventilator racire, pompe de recirculare agent termic intermediar, iluminat de siguranta exterior etc.), cu conectare automata pe generator, intr-un timp de comutare tc ≥ 75 sec (clasa de comutare 75 sec); Alte receptoare electrice, care nu necesita alimentare de rezerva. Existenta surselor de alimentare de rezerva reprezinta totusi singura modalitate de a asigura disponibilitatea puterii, macar pentru circuitele prioritare, atunci cand sursa principala nu functioneaza. Procesele de comutare pe sursa de rezerva si gestionarea consumatorilor dupa importanta lor se face cu dispozitive automate, care pentru retelele de inalta tensiune poarta numele generic de automatica de sistem. Dintre aceste dispozitive se pot mentiona

• RAR (reanclansarea automata a rezervei) care consta in reanclansarea automata a unui intrerupator care a fost deschis de actiunea protectiei la aparitia unui defect in circuitul protejat; reanclansarea poate avea loc dupa un timp a carui valoare minima este data de durata de deionizare a arcului electric produs la locul defectului;
• DAS (descarcarea automata a sarcinii) are rolul de a deconecta anumite grupe de consumatori, in ordinea inversa importantei lor;
• AAR (anclansarea automata a rezervei) sunt instalatii de automatizare frecvent intalnite, in special in sistemele interne ale consumatorilor, care asigura continuitatea in alimentare din sursa de rezerva; in caz de necesitate, se realizeaza totodata separarea de sistemul energetic al furnizorului (insularizarea, prin decuplarea de transformatorul de MT/JT).

         Trecerea pe sursa de rezerva poate fi facuta in trei moduri, adica: sincron, cu timp de transfer 0 (cuplarea generatorului de rezerva) pseudo-sincron, cu timp de transfer intre 0,1 0,3 s (pentru reaccelerarea motoarelor asincrone) cu intarziere, cu timp de transfer intre 0,2 30 s Comutarea poate avea loc numai cand sunt indeplinite mai multe conditii si procesul necesita anumite precautii speciale (de exemplu, la existenta unui defect pe reteaua din aval, ori la prezenta unor motoare asincrone in retea, motoare care atunci cand repornesc simultan pot provoca caderi ale tensiunii ce impiedica sau intarzie excesiv de mult repornirea, cu risc de supraincalzire si declansare a protectiilor termice). O atentie deosebita trebuie acordata caracteristicilor diferite ale sursei de rezerva fata de sursa principala, in special puterea aparenta si cea de scurtcircuit ale acesteia sunt de cele mai multe ori mai reduse. Daca este vorba de un generator rotativ, atunci functionarea lui este optimizata pentru un factor de putere 0,8 si la un factor de putere mai redus, prin cresterea excitatiei, el poate genera mai multa putere reactiva. De asemenea, un generator in gol cuplat la o baterie de condensatoare se poate autoexcita, provocand o supratensiune si de aceea, in general la cuplarea generatorului de rezerva, bateria utilizata pentru compensarea factorului de putere se deconecteaza. Exista doua categorii principale de surse de rezerva numite generic surse UPS (Uninterruptible Power Supply): surse rotative si surse statice. Sursele UPS rotative presupun folosirea unor ansambluri motor-generator sau a generatoarelor sincrone conectate la motoare Diesel, si sunt utilizate indeosebi in instalatii de mare putere (peste 300 sau 500 kVA), in principal pentru aplicatii industriale. Avantajele surselor UPS rotative, precum limita mai ridicata a curentului de scurtcircuit, izolatia galvanica si impedanta interna scazuta, care asigura o toleranta la incarcarile cu sarcini neliniare, sunt ponderate de cateva dezavantaje: nivelul ridicat de zgomot (de la 70 la 95 dBA), inlocuirea elementelor mecanice alunecatoare presupune un timp mare de intreruperi, gabarit mare. Avand in vedere ca cca. 98% dintre intreruperile in alimentare dureaza mai putin de 10 secunde (timp care in majoritatea cazurilor este necesar pentru pornirea unui ansamblu motor-generator), cele mai utilizate surse UPS sunt statice. Ele sunt alcatuite dintr-un redresor care preia energia de la sursa principala, un sistem de stocare a energiei (baterie sau volant de inertie) si un invertor care transforma curentul continuu in alternativ, modelat si filtrat perfect in ce priveste tensiunea si frecventa. Principalul mare dezavantaj fata de sursele rotative este autonomia limitata, in schimb alimentarea unor sarcini neliniare de la un generator rotativ cu putere de scurtcircuit scazuta poate da nastere unor distorsiuni de tensiune importante. Adaugarea unui generator rotativ este considerata de obicei o optiune complementara sursei UPS statice, dar aceasta combinatie de surse UPS este cea mai buna solutie pentru asigurarea necesarei disponibilitati si calitati in alimentarea cu energie electrica. Surse neintreruptibile (UPS) Prin faptul ca asigura la receptor/consumator o unda de tensiune sinusoidala si continua, in aplicatiile critice, de mare sensibilitate, sursele UPS statice au devenit indispensabile, ca parte integrata intr-un sistem fiabil de distributie a energiei electrice. Ele au doua intrari de curent alternativ: o intrare normala care este alimentata de la sursa de energie primara si una numita „de bypass” care este alimentata, in general, de la sursa de rezerva. In caz de defect al sursei UPS, al sursei de rezerva sau aparitia unui varf de sarcina care depaseste capacitatea sursei UPS, calea de by-pass este folosita pentru alimentarea sarcinii direct de la sursa primara. Exista trei moduri de functionare si, corespunzator, trei arhitecturi ale surselor UPS statice: a) UPS in stand-by pasiv Mai poarta numele de „UPS off-line”, invertorul fiind conectat in paralel cu intrarea de c.a. (Fig.6.6). In cazul unei functionari normale, sarcina este alimentata direct de la sursa principala, printr-un filtru care permite un anumit grad de reglare a tensiunii si imbunatateste calitatea undei de tensiune. Cand alimentarea principala cade sau nu indeplineste parametrii minimi impusi, sarcina este transferata invertorului care ia energia de pe baterii pana la epuizarea acestora sau pana la revenirea sursei principale. Aceasta configuratie reprezinta o solutie ieftina de evitare a unor perturbatii si se utilizeaza la puteri relativ mici (<2kva)> b) UPS in operare interactiva cu linia In aceasta configuratie invertorul este conectat in paralel cu intrarea de c.a. (Fig.6.7) intr-o configuratie stand-by si are rol de a imbunatati calitatea tensiunii furnizate sarcinii si, totodata, de a incarca bateriile (invertor bidirectional). In functionare normala, sarcina este alimentata cu energie printr-o conexiune paralela cu intrarea in invertor, astfel ca frecventa tensiunii de iesire este identica cu frecventa tensiunii de intrare. Cand alimentarea principala cade, invertorul si bateria mentin continuitatea energiei pentru sarcina pana la epuizarea energiei stocate sau pana la revenirea sursei principale la parametrii nominali. Trecerea la alimentarea pe baterii este insotita de deschiderea unui contactor static, care impiedica circulatia energiei in amonte de invertor. Acest tip de sursa UPS poate avea si o ramificatie de by-pass de rezerva, dar din cauza ca nu permite un reglaj al frecventei de iesire nu se foloseste la aplicatii sensibile de putere mai mare. c) UPS cu dubla conversie Modul de functionare mai este denumit si „on-line” fiindca intotdeauna sarcina este alimentata prin invertor, independent de disponibilitatea sau nu a sursei principale (Fig.6.8). In cazul functionarii normale, sarcina este alimentata continuu de catre convertor/invertor, printr-o conversie dubla (c.a./c.c si c.c./c.a.). Cand alimentarea principala cade, UPS alimenteaza sarcina cu energia stocata in acumulatori, pana cand aceasta se epuizeaza sau pana cand se restabileste alimentarea principala de curent alternativ. La sursa UPS cu dubla conversie timpul de transfer al sarcinii catre invertor este neglijabil, iar frecventa si tensiunea de la iesire nu depind de frecventa si tensiunea de la intrare, adica aceasta sursa UPS poale lucra ca un convertizor de frecventa. Sursa poate lucra si in modul „by-pass”, prin conectarea unei ramificatii de by-pass cu ajutorul unui comutator static, dar numai daca nivelele de tensiune de intrare si iesire sunt identice (altfel este nevoie de un transformator de by-pass) si daca frecventele de intrare si de iesire sunt identice. Acest tip de configuratie se foloseste in cazul puterilor medii si mari (>10kVA). Tehnologii de stocare a energiei Cea mai folosita metoda de stocare a energiei electrice este cea cu baterii chimice, insa si tehnologiile alternative, cum sunt pilele de combustie, volantii de inertie, supercondensatoarele sau magnetii supraconductori pentru stocarea energiei (Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES) pot fi luate in considerare. Bateriile electrice (acumulatoare electro-chimice) reprezinta prima optiune in cazul surselor UPS, deoarece reprezinta o tehnologie testata, au un cost relativ scazut si o capacitate mare de stocare. Sunt doua tipuri de baterii folosite cu predilectie: acumulatoarele cu plumb si cele nichel-cadmium. Energia specifica a acumulatorilor cu placi de plumb si acid sulfuric este aproximativ de 30-40 Wh/kg la o capacitate specifica pana la 100 W/kg. Se poate obtine o putere specifica mai mare, dar la o energie specifica mai redusa. Bateriile capsulate cu plumb (celule de recombinare cu plumb sau plumb-cositor) au emisii foarte scazute de gaz datorita ratei de 95% de recombinare a gazului si, de aceea, sunt potrivite instalatiilor din birouri si spatii publice, fara nici un risc sau masuri speciale de protectie. Sunt preferate in 95% din cazuri si pot fi montate in dulapul sursei UPS sau in tablourile electrice, durata lor de viata depinzand de conditiile de functionare (de exemplu, temperatura mediului ambiant sa fie in jur de 250C), si bineinteles de structura si calitatea acumulatorilor. In cazul unui necesar mare de putere si a unui timp de utilizare indelungat, se folosesc bateriile fixe cu element galvanic deschis, cu plumb (plumb-antimoniu) sau nichel-cadmiu. In acest caz instalatia trebuie amplasata intr-o incapere ventilata si necesita regulat lucrari de intretinere. Bateriile nichel-cadmiu sunt mai potrivite in cazul instalatiilor care functioneaza in conditii severe de mediu: temperaturi de la -300C la 600C, si sunt supuse la eforturi mecanice sau electrice mai intense. Durata de viata estimata este intre 15 si 20 de ani, dar costul de achizitie este de 5 ori mai mare decat in cazul bateriilor echivalente cu plumb. Durata de autonomie (timpul de descarcare a bateriilor) este impusa de obicei de aplicatie, valorile standard fiind de 10, 15 si 30 de minute. Volantii de inertie (acumulatori cinetici de energie, ACE) vin sa elimine o parte din dezavantajele bateriilor electrice, precum volum mare al spatiului necesar, impactul asupra mediului, cresterea pretului bateriei odata cu cresterea costului materialelor etc. Supercondensatoarele au o putere specifica ridicata, dar o energie specifica foarte scazuta, deci sunt potrivite doar aplicatiile ce folosesc impulsuri de putere foarte scurte si in care descarcarea completa trebuie sa se faca in 160s. Tehnologiile de stocare a energiei se pot compara atat prin compararea unor criterii precum putere vs. energie, densitate de putere vs. densitate de energie, cat si prin indicatori de cost, eficienta, grad de reversibilitate, amploarea lucrarilor de intretinere, gradul de descarcare admisibil, ciclul de viata, etc. In Tabelul 6.3 sunt prezentate spre comparatie principalele caracteristici ale tehnicilor de stocare a energiei discutate anterior. Alegerea si dimensionarea surselor UPS Solutiile posibile sunt alese mai intai functie de disponibilitatea lor, adica timpul de stabilire imediata sau intarziata a sarcinii nominale, precum si de autonomia lor, adica posibilitatea de a alimenta o sarcina pentru o perioada data, fara interventie (de exemplu reumplerea rezervorului de combustibil). De asemenea trebuie luate in consideratie cerinte privind amplasarile speciale, echipamentul complementar sau constrangeri functionale. O trecere in revista a caracteristicilor oferite de diferite surse de alimentare de rezerva este prezentata in T Parametrii de baza in alegerea si dimensionarea surselor UPS sunt: Puterea aparenta,

• pentru circuite monofazate
• pentru circuite trifazate

trebuie sa fie cel putin egala cu puterea totala aparenta a sarcinilor; Puterea activa, de asemenea, cel putin egala cu puterea totala activa a sarcinilor Ps; Atunci cand valorile incarcarilor nu sunt indicate, pentru o dimensionare corecta a surselor UPS trebuie efectuate masuratori ale puterii active absorbite de fiecare sarcina. Capacitatea de supraincarcare. Supraincarcarea este admisa doar pe parcursul intervalului temporar de transfer intre surse si, daca este posibil, se recomanda cuplarea progresiva a sarcinilor, pentru a fi evitata; Temperatura de lucru, daca este mai mare decat cea specificata, impune functionarea la capacitate redusa, potrivit recomandarilor producatorului; Dimensiunea si mentenabilitatea sunt reflectate de asemenea in costurile de exploatare. O dimensiune compacta presupune un spatiu mai mic de instalare, factor important in economia costurilor de intretinere pe metru patrat, si o instalare mai simpla si mai ieftina a sursei UPS. Nivelul de zgomot produs de sursele UPS trebuie sa fie in limitele stabilite de standardul ISO 3746, adica de

• 52 dBA intr-un spatiu tip birou
• 60 dBA intr-o camera cu calculatoare.

O sursa alternativa este o solutie pentru asigurarea disponibilitatii energiei electrice la bornele sarcinii, dar in multe cazuri nu garanteaza calitatea energiei livrate. Cea mai mare parte a consumatorilor electrici racordati la o retea de curent alternativ au nevoie, pentru buna lor functionare, de o alimentare sinusoidala de 50 Hz.