Planung einer Eaton 9395 - bei der IBH IT-Service GmbH

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Planung einer Eaton 9395 - bei der IBH IT-Service GmbH

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 (


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


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)

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

L eis tung , g efordert 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

Wirkung s g rad 94%

L eis tung B atterie 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

* C 1 (1 S tunde) 408 V 94 A 141 A 188 A 235 A 282 A 375 A 469 A 521 A 587 A 645 A

* C 1/2 (30 Minuten) 396 V 97 A 145 A 193 A 242 A 290 A 387 A 484 A 537 A 604 A 665 A

* C 1/6 (10 Minuten) 384 V 100 A 150 A 199 A 249 A 299 A 399 A 499 A 554 A 623 A 686 A

*


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

R ic htwerte für die C utoff-S pannung en

240 Z ellen

E ntladezeit

C utoff-S pannung

pro Z elle

C utoff-S pannung

pro K ette

>= 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


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


Vielen Dank!

Fragen Sie!

Wir antworten.

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