Gruppo di continuità: scopo e specifiche di funzionamento dell'UPS domestico

Per preservare il funzionamento degli apparecchi in caso di guasti di rete, si utilizza un gruppo di continuità. A seconda del tipo di utenze servite e dei parametri dell'energia elettrica, è necessario scegliere modelli diversi. Questi dispositivi sono molto richiesti, quindi non è difficile acquistare il modello giusto in base alle caratteristiche.

Ma prima dell'acquisto è necessario comprendere autonomamente le sue caratteristiche, e non affidare questa questione a manager interessati alle vendite.

In questo materiale esamineremo il dispositivo e le caratteristiche di funzionamento dell'UPS, e parleremo anche delle regole per il suo utilizzo.

Schemi di UPS a corrente alternata

Per uso domestico si utilizzano dispositivi per l'alimentazione ininterrotta, collegati a una rete monofase a 220 V, che possono per un certo periodo in assenza di energia elettrica alimentare utenze che richiedono la stessa tensione.

Esistono anche UPS che sono collegati in ingresso a una rete trifase e in uscita forniscono 380 V o 220 V. Tuttavia sono costosi e vengono utilizzati quando è necessario ottenere una potenza autonoma da 10 kVA, cosa che non è richiesta per uso domestico.

Gli UPS a corrente alternata per uso domestico si dividono nei seguenti tipi in base allo schema di funzionamento:

• di riserva (offline);
• interattivi (line-interactive);
• a doppia conversione (online).

Si differenziano per la qualità della tensione in uscita e per il prezzo. I più economici sono quelli di riserva, mentre i più costosi sono quelli a doppia conversione.

Lo schema di alimentazione di riserva più semplice da realizzare prevede la presenza di un relè di commutazione e di un filtraggio passivo per la soppressione dei disturbi.

Per convertire la corrente alternata in corrente continua nel caricabatterie si utilizza un raddrizzatore. La trasformazione inversa avviene tramite un inverter.

Nei gruppi di continuità, per commutare il circuito dalla rete alla batteria, di solito vengono installati relè elettromeccanici ordinari. Se questo componente è di qualità, la sua durata è sufficiente per tutto il periodo di funzionamento dell'UPS. Ma molto spesso, in caso di guasto del dispositivo, il problema risiede proprio in questo elemento costruttivo.

Lo schema interattivo si differenzia da quello di riserva per la presenza di uno stabilizzatore di tensione. È realizzato come un tipico autotrasformatore con avvolgimenti direttamente collegati.

La stabilizzazione della tensione è presente anche in molti dispositivi domestici, quindi se le deviazioni sono minime, non ha senso acquistare un modello line-interactive più costoso.

La presenza del trasformatore spesso costringe il produttore a utilizzare un raffreddamento forzato, pertanto questi UPS sono dotati di ventole. Emettono un rumore paragonabile a quello di un computer desktop.

Nello schema online, l'inverter è alimentato costantemente dalle batterie. Pertanto, in caso di guasti alla rete elettrica, il tempo di commutazione all'alimentazione di riserva è pari a zero.

I dispositivi a doppia conversione più complessi e costosi hanno anche il rendimento più basso. L'energia elettrica si trasforma in calore emesso dal dispositivo. Pertanto il loro utilizzo deve essere giustificato.

Il vantaggio più significativo di questo tipo di UPS è la reazione istantanea all'interruzione dell'elettricità. Ma per la maggior parte degli elettrodomestici non è così importante. Gli stessi computer sono solitamente dotati di UPS di tipo standby o interattivo.

I parametri più importanti

Attualmente sul mercato ci sono molte offerte per la vendita di gruppi di continuità domestici. Per determinarne correttamente lo scopo e non sbagliare nella scelta, è necessario capire a quali parametri prestare attenzione per primi.

Caratteristiche tecniche principali

La potenza in uscita del dispositivo determina il valore massimo consentito che l'unità può garantire al consumatore. Viene misurata in volt-ampere (VA). Per comodità degli utenti, questo valore viene spesso indicato anche in watt.

Per misurare il carico dei dispositivi, si può utilizzare un amperometro oppure calcolarlo applicando le letture del contatore installato nell'appartamento.

È possibile misurare il consumo di elettricità utilizzando un amperometro domestico (wattmetro) con presa. Il dispositivo collegato deve essere portato in modalità di consumo massimo.

Nel determinare la potenza reale del computer, non bisogna basarsi sulla potenza nominale dell'alimentatore, poiché viene sempre acquistato con un margine.

Se non si dispone di un amperometro, è necessario eseguire le seguenti operazioni:

1. Spegnere tutti i circuiti nel quadro, tranne quello da cui è alimentato il computer.
2. Spegnere tutti i dispositivi in quel circuito.
3. Accendere il computer e avviare un programma tipico (ad esempio, un video di YouTube).
4. Attendere che sul contatore si verifichi una variazione del valore del decimo di kilowatt.
5. Registrare il tempo fino al successivo cambiamento.

La potenza media consumata (P, watt) in questo periodo (t, minuti) può essere calcolata con la formula:

P = 100 * (60 / t)

La successiva caratteristica importante è il periodo di autonomia. Questo valore dipende dal carico che l'UPS sta sopportando in quel momento. Alla massima potenza consentita, le batterie di un dispositivo domestico funzionano per 1-3 minuti. A metà carico, invece, durano molto più a lungo (fino a 10 minuti).

Dal grafico della dipendenza del tempo di autonomia delle batterie dal carico medio si vede che questa relazione non è lineare. Ciò è dovuto al metodo di scarica delle batterie.

Da ciò seguono due conclusioni:

• in caso di interruzione di corrente, è necessario ridurre il più possibile il carico assorbito dagli apparecchi;
• è consigliabile acquistare un UPS con potenza che superi almeno del 30% quella calcolata.

La gamma di tensione d'ingresso mostra la tensione minima e massima consentita della rete alla quale non avviene il passaggio dell'alimentazione alle batterie. Di norma, tutti gli UPS supportano un intervallo di 180-260 V.

Alcuni produttori offrono valori molto buoni (pubblicitari), ad esempio il valore minimo di 110 V. In questo caso è necessario verificare che questi numeri siano presi per il carico massimo, non per la metà del carico.

Un altro importante parametro tecnico è il livello di rumore. Gli UPS realizzati con tecnologia line-interactive o online producono molto calore, quindi i produttori installano ventole. Se le ventole sono economiche, col tempo emetteranno un ronzio, il che non è desiderabile in un ambiente residenziale.

Interfaccia e esecuzione della configurazione

L'aspetto dei moduli può essere molto vario. Di solito hanno una forma rettangolare classica, con indicatori o display sul lato anteriore e connettori di alimentazione sul retro. Il loro numero non è così importante, poiché all'uscita è possibile collegare una prolunga con una presa multipla. Ciò non contraddice affatto il concetto di UPS.

Il modello può avere un display LCD che mostra la situazione dell'alimentazione degli apparecchi collegati: presenza di corrente, numero di consumatori, carica della batteria, ecc.

Il sistema di indicazione riduce il costo dell'apparecchiatura. Inoltre, è più pratico. Se è necessario conoscere alcuni parametri, molti modelli hanno la funzione di connessione al computer.

Per conoscere i parametri dell'alimentazione elettrica, lo stato delle batterie dell'UPS e come funziona, è possibile collegarlo al computer. Per molti modelli questa funzione è implementata ed è stato sviluppato un software.

Esistono tre tipi principali di interfaccia:

• USB. È la connessione più comune tra computer e UPS.
• RS-232 (porta COM). È raramente presente nei modelli domestici.
• Ethernet 10/100. Viene utilizzato per il controllo remoto del gruppo di continuità.

Il software per ottenere le caratteristiche del UPS e per il suo controllo è sviluppato non solo per diverse versioni di Windows. Ad esempio, il noto produttore Powercom dispone di una versione Android del software che consente di monitorare a distanza lo stato dell'alimentazione e, se necessario, regolare il funzionamento del UPS.

Il software consente di monitorare le principali caratteristiche della rete elettrica, come la tensione in ingresso e in uscita, la frequenza. È anche possibile conoscere la carica delle batterie e la temperatura del dispositivo.

Gli UPS vengono posizionati in stretta prossimità dei consumatori di energia elettrica protetti. Di solito vengono posizionati sul pavimento o su ripiani. Alcuni modelli sono dotati di staffe che ne consentono il montaggio a parete.

Qualità della corrente in uscita

Gli UPS devono erogare corrente di qualità adeguata. Quando funzionano a batteria, l'inverter è responsabile di questo, mentre in caso di alimentazione di rete, i filtri e lo stabilizzatore devono attenuare i momenti problematici. I disturbi che si presentano nel circuito elettrico hanno origini e conseguenze diverse per l'elettronica. Pertanto, anche in questo aspetto è necessario approfondire.

Disturbi di rete e protezione

Tutti gli UPS moderni sono dotati di protezione contro i problemi provenienti dai dispositivi serviti. Se il carico totale supera il massimo consentito o si verifica un cortocircuito, l'UPS interrompe immediatamente l'alimentazione.

I disturbi nella rete possono essere suddivisi approssimativamente in disturbi di frequenza e impulsivi. I primi non sono così pericolosi, soprattutto per gli alimentatori di computer o televisori, che convertono la corrente alternata in continua. I secondi possono causare problemi a qualsiasi apparecchiatura elettronica.

Pertanto, la maggior parte degli UPS è dotata di protezione contro impulsi e armoniche mediante varistori e filtri ad alta frequenza.

La rimozione dei disturbi sulla linea avviene in due fasi. Prima i varistori tagliano gli impulsi ad alta frequenza, poi il filtro attenua i piccoli sbalzi.

Il problema della comparsa di impulsi ad alta tensione è tipico non solo per i cavi di alimentazione, ma anche per le reti di trasmissione dati – informatiche o telefoniche. Possono verificarsi a causa dell'elettricità atmosferica, di rotture nel cablaggio vicino, di interferenze elettriche e di altre cause.

Molti produttori producono modelli con la possibilità di proteggere la rete locale. A tale scopo, l'UPS ha due connettori RJ-45 – uno in ingresso e uno in uscita. Il segnale passa attraverso un filtro che sopprime i picchi di tensione. Per le linee telefoniche, il sistema è lo stesso, solo che i connettori sono di tipo RJ-11.

Bassa e alta tensione

La regolazione della tensione avviene tramite un regolatore automatico di tensione (AVR), il cui elemento principale è un autotrasformatore. Il suo principio di funzionamento si basa sulla variazione del numero di spire di uno degli avvolgimenti, con conseguente aumento o diminuzione del valore della tensione.

La presenza di AVR nell'UPS evita di attivare ogni volta la modalità autonoma in caso di lieve deviazione della tensione rispetto ai valori nominali. Ciò aumenta notevolmente la durata delle batterie.

I multimetri professionali, come il CEM DT 9909, sono in grado di registrare il valore della tensione per lunghi periodi. L'uso di un tale strumento può aiutare nella scelta di uno stabilizzatore o di un UPS.

Secondo GOST 29322-2014, è consentita una deviazione della tensione del 10% dal valore di riferimento per un periodo non superiore a 1 ora. Tutti i moderni UPS con regolatori gestiscono tali fluttuazioni.

Purezza del segnale in uscita

Il tipo di segnale in uscita dipende dal modello di inverter installato nell'UPS. Idealmente, la curva della tensione di corrente alternata dovrebbe essere una sinusoide. Ma dopo la conversione tramite inverter, assume una forma a gradini.

Maggiore è il numero di gradini nella curva della tensione istantanea in funzione del tempo, migliore è la qualità della corrente alternata. Per alcuni dispositivi questo è importante.

Per le apparecchiature che contengono motori asincroni (frigorifero, condizionatore), alimentatori a trasformatore (impianti audio di qualità), alimentatori APFC (server e computer di calcolo potenti) è necessaria una sinusoide pura o ben approssimata.

Nessun inverter, e quindi nessun UPS, produce una sinusoide pura, non importa cosa scrivano nei dépliant pubblicitari i produttori di apparecchiature. L'approssimazione del segnale in uscita a una sinusoide viene valutata tramite il coefficiente di distorsione non lineare (THD).

Il segnale in uscita dal dispositivo può essere considerato sinusoidale con THD<5%. In alcuni modelli, come l'IMV NetPro 2000, questo valore è solo del 2%.

Regole per l'uso dell'UPS

Acquistando un UPS per l'alimentazione di riserva, è necessario capire con quali apparecchi può essere utilizzato. A volte non è sufficiente un solo UPS e quindi è necessario adottare misure aggiuntive per fornire elettricità alla casa.

Collegamento di apparecchi domestici

Computer, modem, router, apparecchiature video e audio sono tipici dispositivi domestici o da ufficio a cui vengono collegati gli UPS. Se questi dispositivi contengono normali alimentatori a commutazione, sarà sufficiente acquistare modelli relativamente economici che non producono una sinusoide pura.

I modelli moderni sono compatti e hanno un design attraente, che si inserisce armoniosamente insieme ad altri elettrodomestici nell'arredamento del soggiorno.

Per l'illuminazione non è necessario acquistare prodotti costosi. L'importante è calcolare correttamente la potenza massima e il tempo di funzionamento autonomo.

Con frequenti interruzioni, il problema dello scongelamento non programmato dei frigoriferi e del deterioramento degli alimenti è rilevante. Per proteggere tali apparecchiature con motori asincroni, saranno necessari UPS di tipo più complesso, poiché sarà necessario un segnale sinusoidale “puro”.

Inoltre, è necessario tenere conto delle correnti di spunto che si verificano all'avvio del motore. In modo semplificato, per le apparecchiature di refrigerazione, il loro valore può essere determinato moltiplicando il valore di potenza per 5.

Se, ad esempio, in cucina c'è un frigorifero con una potenza totale di 300 W (all'avvio – 1500 W) e un congelatore da 200 W (all'avvio – 1000 W), allora è necessario un UPS con onda sinusoidale pura e una potenza massima di almeno 1700 W. Questo valore è stato ottenuto nel caso in cui il congelatore sia in funzione e contemporaneamente si accenda il frigorifero. L'avvio simultaneo di entrambi i motori è improbabile, e questo UPS resisterà a un picco di un secondo di 2,7 kW.

Un UPS di tipo online con una potenza massima di 2000 W può funzionare per circa mezz'ora con un consumo totale di 500 W. Poiché la modalità di raffreddamento dura circa 5 minuti, l'UPS garantirà sicuramente 6 avvii di entrambi i dispositivi.

Anche nelle case private e nei cottage è rilevante l'uso di un UPS per supportare l'impianto di riscaldamento a circolazione forzata. Anche le pompe necessitano di un'onda sinusoidale pura.

I gruppi di continuità vengono utilizzati attivamente anche per il funzionamento delle caldaie a gas. Considerando il costo delle apparecchiature collegate, non si dovrebbe risparmiare sulla qualità dell'UPS in questo caso.

Alimentazione elettrica di riserva e supplementare

Per molti elettrodomestici non è possibile trovare un UPS economico, poiché sarà necessaria una potenza massima significativa per un lungo periodo di autonomia. Lavatrici, forni elettrici, sistemi di climatizzazione distribuita consumano molta elettricità.

Si può certamente fare a meno di questi dispositivi durante un'interruzione di corrente. Ciò è consigliabile se tali interruzioni sono rare e di breve durata. Ma se si decide comunque di fornire alimentazione autonoma a carichi potenti, è meglio utilizzare un generatore a benzina o diesel. Per il loro rapido avvio in assenza di tensione, si utilizza un sistema di commutazione automatica (ATS).

In presenza di una fonte di alimentazione supplementare, vale comunque la pena utilizzare un UPS, almeno per i computer. Non è possibile ottenere un avvio istantaneo del generatore e il ripristino dell'alimentazione elettrica.

Stabilizzazione della tensione ridotta

Il problema della bassa tensione è rilevante per gli impianti collegati a reti elettriche vecchie o di bassa potenza. Se questa situazione si verifica costantemente, è meglio utilizzare uno stabilizzatore in ingresso.

In presenza di uno stabilizzatore, la tensione della rete domestica sarà portata ai valori normativi. Ciò interesserà anche gli apparecchi non collegati all'UPS.

Con la bassa tensione, aumenta l'intensità di corrente che attraversa la rete domestica. Ad esempio, supponiamo che la potenza totale dei carichi collegati all'UPS sia di 1,5 kW e che la tensione fornita sia di 190 V.

Quindi, secondo la legge di Ohm:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – intensità di corrente nel circuito prima dell'UPS senza stabilizzatore;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – intensità di corrente nel circuito prima dell'UPS con stabilizzatore.

Pertanto, la rete domestica senza stabilizzatore subirà un carico maggiore, che potrebbe non essere stato considerato nella scelta della sezione del cablaggio.

Pertanto, in caso di bassa tensione costante, è meglio installare uno stabilizzatore. In questo caso, anche il carico sull'autotrasformatore dell'UPS sarà minore, prolungandone la durata. Inoltre, grazie alla stabilizzazione della tensione, è possibile acquistare gruppi di continuità più economici.

Alimentazione ininterrotta di utenze a corrente continua

Per alcuni apparecchi è necessario garantire un'alimentazione ininterrotta in corrente continua a 12, 24 o 48 V. Sono in vendita anche UPS di questo tipo. Nella loro marcatura è presente l'abbreviazione “DC”. Esistono anche unità con tensione di 60, 110 o 220 V, ma vengono utilizzate nell'industria o nel settore energetico.

La differenza degli UPS in corrente continua rispetto ai modelli classici risiede nell'assenza di un inverter. Le batterie vengono collegate direttamente all'uscita tramite un contattore con uno shunt di misura limitatore di corrente per evitare una scarica eccessivamente profonda delle batterie.

A volte all'uscita può essere presente un convertitore stabilizzatore, se gli apparecchi alimentati dall'UPS sono sensibili a piccole variazioni di tensione.

Insieme ai convertitori di tensione, un UPS in corrente continua da 48 W è in grado di alimentare un sistema di videosorveglianza con un perimetro fino a 1 km

Tali gruppi di continuità vengono utilizzati per proteggere le seguenti apparecchiature domestiche funzionanti in corrente continua:

• sistemi di videosorveglianza e sicurezza;
• vari sensori (di perdita, fumo, incendio, movimento, ecc.);
• sistemi di illuminazione;
• apparecchiature di telecomunicazione;
• sistemi di comunicazione;
• componenti del sistema di controllo “casa intelligente”.

Molti UPS in corrente continua hanno l'opzione di collegare batterie esterne. In questo caso, il funzionamento autonomo degli apparecchi da essi alimentati può essere molto prolungato.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Brevemente sulle principali caratteristiche degli UPS domestici:

La varietà di tipi di UPS e delle loro caratteristiche è conseguenza delle diverse condizioni d'uso: potenza e tipo di apparecchi collegati, parametri e problemi tipici di una specifica rete elettrica. L'UPS di solito non è l'elemento più costoso del sistema, ma da esso dipende la stabilità del suo funzionamento. Pertanto, è necessario determinare le condizioni operative e scegliere con cura il modello.

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