Guida tecnica alla distribuzione di potenza e agli SPD per UPS
Un dispositivo di protezione dalle sovratensioni (SPD) per UPS è ancora necessario in molti sistemi UPS commerciali e industriali, poiché l'UPS stesso non sostituisce una protezione coordinata dalle sovratensioni a livello di distribuzione. L'ingresso normale, il bypass statico, il bypass di manutenzione e la distribuzione in uscita devono essere valutati come percorsi elettrici separati.
Proteggere l'ingresso normale dell'UPS, valutare ogni sorgente di bypass come un possibile percorso diretto verso il carico critico e installare un SPD in uscita solo quando la topologia dell'UPS e la distribuzione a valle creano un rischio di sovratensione definito.
Indice dei contenuti
Un gruppo di continuità (UPS) necessita di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni?
Sì, ma il termine “protezione da sovratensioni” può descrivere due prodotti molto diversi. Questa guida riguarda gli SPD montati su pannello per sistemi UPS commerciali, industriali e per data center, non le comuni ciabatte elettriche.
Una piccola ciabatta o dispositivo da utilizzare in prossimità di apparecchiature da ufficio o di consumo. Non sostituisce la protezione coordinata presso il quadro di distribuzione in ingresso dell'UPS.
Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) collegato in parallelo, installato su un quadro di distribuzione in ingresso, in bypass o a valle. Viene selezionato in base alla tensione di sistema, alla messa a terra, alla posizione di installazione e alle condizioni di guasto.
Perché un UPS non può sostituire un dispositivo di protezione contro le sovratensioni
Un UPS e un SPD risolvono problemi elettrici differenti. L'UPS garantisce la continuità dell'alimentazione. L'SPD limita le sovratensioni transitorie e devia la corrente di picco prima che possa danneggiare l'UPS o il carico collegato.
L'UPS è principalmente responsabile di
- Mantenere l'alimentazione durante un'interruzione.
- Fornitura di tempo per l'avvio o lo spegnimento controllato del generatore.
- Correzione di specifici disturbi di tensione o frequenza.
- Alimentazione del carico critico tramite inverter o bypass.
L'SPD esterno è principalmente responsabile di
- Deviazione della corrente di sovratensione prima che raggiunga i componenti dell'UPS.
- Limitazione della tensione presente ai terminali dell'UPS.
- Protezione di raddrizzatori, interruttori statici e circuiti di controllo.
- Fornitura di una protezione di distribuzione sostituibile e monitorabile.
Un UPS mantiene alimentato il carico. Un SPD mantiene le sovratensioni transitorie entro un livello accettabile. Una funzione non sostituisce l'altra.
Eaton dichiara che i circuiti di protezione dalle sovratensioni degli UPS sono generalmente progettati per gestire la parte residua di una sovratensione importante piuttosto che l'intero evento. Raccomanda inoltre una protezione per l'ingresso dell'UPS e i relativi circuiti di bypass, incluso il bypass di manutenzione manuale. [1] [2]
Valutare ogni percorso in grado di alimentare il carico critico
La posizione dell'SPD deve basarsi sullo schema unifilare del progetto. Il posizionamento di un SPD accanto all'armadio UPS non garantisce che ogni percorso operativo e di manutenzione sia protetto.
Ingresso raddrizzatore normale
Solitamente la posizione più indicata per un SPD di Tipo 2 coordinato nel quadro di distribuzione all'ingresso dell'UPS.
Bypass statico o di manutenzione
Deve essere valutata indipendentemente quando proviene da un altro quadro elettrico, trasformatore, ATS, generatore o linea di alimentazione lunga.
Distribuzione dell'uscita UPS
Richiede una valutazione condizionale per quadri remoti, cavi lunghi, percorsi esterni, carichi di commutazione e comportamento della sorgente dell'inverter.
Selezione dell'SPD per l'ingresso dell'UPS
L'ingresso normale rappresenta solitamente la posizione dell'SPD a livello di distribuzione primaria. L'SPD dovrebbe limitare le sovratensioni transitorie prima che raggiungano il raddrizzatore, il caricabatterie, l'interruttore statico, i filtri e i circuiti di controllo elettronici.
Un SPD di Tipo 2 è comune nel quadro di distribuzione in ingresso dell'UPS, in particolare laddove sia già presente una protezione coordinata di Tipo 1 o Tipo 1+2 all'origine dell'impianto. Tuttavia, "Tipo 2, 40 kA per UPS" non costituisce una specifica completa.
| Parametro di selezione | Cosa deve confermare l'ingegnere o l'acquirente | Perché è importante |
|---|---|---|
| Tensione di sistema | Confermare la tensione fase-fase e fase-neutro nel punto di installazione. | La sola tensione di targa dell'UPS potrebbe non definire tutte le modalità di protezione SPD richieste. |
| Sistema di messa a terra | Confermare se si tratta di un sistema TN-S, TN-C, TT, IT o di un'altra configurazione di progetto. | Influisce su Uc, sul numero di poli e sulle modalità di protezione richieste. |
| Tipo di SPD | Confermare il Tipo 1, Tipo 1+2, Tipo 2 o una combinazione coordinata. | Il tipo di SPD dipende dalla posizione di installazione e dall'esposizione, non dai kVA dell'UPS. |
| Uc | Selezionare in base alla tensione effettiva, al sistema di messa a terra e alle possibili sovratensioni temporanee. | Un valore di Uc non idoneo può causare un guasto prematuro o una protezione insufficiente. |
| Su | Coordinare il livello di protezione della tensione con i requisiti di resistenza dell'UPS e la tensione dei cavi di installazione. | Il valore Up da catalogo non rappresenta la tensione totale presente ai terminali dell'UPS. |
| In e Imax | Specificare la corrente di scarica nominale e massima in base all'esposizione dell'installazione e al piano di protezione. | Non selezionare la corrente nominale kA basandosi esclusivamente sulla dimensione dell'UPS. |
| Iimp | Verificare se la posizione di installazione richiede una capacità di scarica della corrente di fulmine. | Iimp è rilevante laddove sia prevista una funzione di Tipo 1 o una corrente di fulmine parziale. |
| Poli e modalità | Confermare 1P+N, 2P, 3P, 3P+N, 4P, 3+1 o 4+0 in base al sistema effettivo. | La configurazione deve corrispondere alle condizioni del neutro e del PE. |
| Isccr | Confrontare la corrente di cortocircuito nominale dell'SPD con la corrente di cortocircuito presunta nel quadro. | La configurazione dell'SPD deve rimanere sicura in base al livello di guasto disponibile. |
| Protezione di emergenza | Verificare il tipo e la portata del fusibile o dell'interruttore automatico consentiti dal produttore dell'SPD. | L'interruttore di alimentazione dell'UPS non costituisce automaticamente una protezione di backup valida per l'SPD. |
| Monitoraggio | Verificare i requisiti per l'indicazione visiva, il contatto pulito remoto e i sistemi BMS, SCADA o PLC. | Un SPD guasto in una sala UPS non presidiata non deve passare inosservato. |
Schneider Electric fornisce un esempio specifico del produttore per sistemi UPS Galaxy selezionati. La sua documentazione specifica un SPD di Tipo 2 a monte, con un livello di protezione (Up) inferiore a 2,5 kV, una capacità di cortocircuito coordinata con il livello di guasto dell'installazione, poli conformi al sistema di messa a terra e monitoraggio dello stato operativo. [3]
Il bypass dell'UPS necessita di un SPD separato?
Un circuito di bypass può collegare la sorgente CA in ingresso direttamente al carico critico quando il percorso normale del raddrizzatore e dell'inverter non è disponibile o è isolato intenzionalmente.
Trattare un'alimentazione di bypass elettricamente indipendente come un percorso di alimentazione in ingresso separato finché lo schema unifilare non dimostra che si trova già all'interno della stessa zona di protezione coordinata.
Un unico SPD coordinato a monte può proteggere entrambi se le derivazioni hanno origine dallo stesso quadro elettrico nelle vicinanze e il percorso di collegamento rimane breve.
Una fonte separata crea un possibile percorso di sovratensione distinto. Ciò richiede una valutazione indipendente e potrebbe necessitare di un SPD dedicato.
Verificare che la protezione contro le sovratensioni rimanga attiva mentre l'UPS e il quadro di ingresso normale sono isolati per la manutenzione.
Una linea lunga, un edificio separato o un percorso esposto possono giustificare l'installazione di una protezione presso il quadro ricevente.
In tal caso, il carico non può fare affidamento sul percorso del raddrizzatore e dell'inverter durante tale modalità operativa.
Proteggere l'alimentazione del raddrizzatore e l'alimentazione del bypass in base alle rispettive condizioni della sorgente e del quadro elettrico.
Un singolo SPD può essere sufficiente solo quando entrambi i rami rimangono all'interno della zona di protezione efficace.
Il sistema di protezione deve rimanere attivo durante l'isolamento e la manutenzione dell'UPS.
Le linee guida Eaton per gli UPS raccomandano l'uso di protezioni contro le sovratensioni sia per il circuito di ingresso dell'UPS che per i relativi circuiti di bypass, incluso il circuito di bypass di manutenzione manuale. [1] [2]
È richiesto un SPD sull'uscita dell'UPS?
Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) in uscita non è un requisito automatico per ogni UPS. La decisione dipende dalla sorgente di uscita dell'UPS, dalla configurazione del bypass, dal percorso dei cavi a valle, dal quadro di ricezione, dai carichi collegati e dal comportamento in caso di guasto.
Prima di installare un SPD direttamente sull'uscita dell'UPS, verificare:
- L'approvazione o i requisiti di installazione del produttore dell'UPS.
- Il comportamento di cortocircuito e di limitazione della corrente in uscita.
- La disposizione della messa a terra e del neutro in uscita.
- Le possibili sovratensioni a frequenza industriale (TOV) e le condizioni operative anomale.
- Il comportamento di disconnessione e di protezione di backup dell'SPD.
- Se sia preferibile posizionare la protezione su un quadro di ricezione.
| Condizione lato uscita | Direzione tecnica | Motivo |
|---|---|---|
| PDU protetta nelle vicinanze all'interno della stessa stanza | Potrebbe non essere necessario un SPD di uscita aggiuntivo. | L'uscita rimane all'interno di una zona di protezione coordinata compatta. |
| Linea di alimentazione lunga verso un quadro di distribuzione remoto | Valutare un SPD nel quadro di ricezione. | Un conduttore lungo può introdurre un'esposizione ai transitori aggiuntiva e una tensione di picco. |
| La linea di alimentazione entra in un altro edificio o area esterna. | Una protezione supplementare è solitamente giustificata. | Il percorso può attraversare una zona di protezione dai fulmini o un punto di esposizione esterna. |
| Il bypass collega l'utenza direttamente al bus di uscita | Verificare la protezione del carico a valle durante il bypass. | Il percorso dell'inverter potrebbe non separare più il carico dalla sorgente in ingresso. |
| Motori, contattori o carichi di commutazione condividono l'uscita | Valutare i transitori di commutazione generati internamente. | Non tutti i transitori provengono dal lato rete. |
| Uscita IT o sistema di uscita derivato separatamente | Non selezionare un SPD di uscita standard senza aver prima esaminato la topologia. | Le modalità di protezione e Uc devono corrispondere alla configurazione di messa a terra dell'uscita. |
| Il produttore dell'UPS limita i dispositivi collegati sul lato uscita. | Attenersi alle istruzioni del produttore dell'UPS. | Un SPD non idoneo può compromettere il monitoraggio, la protezione o il comportamento in caso di guasto. |
Tipo 1, Tipo 1+2 o Tipo 2 per un sistema UPS?
Il tipo di SPD viene selezionato in base alla posizione di installazione, all'esposizione ai fulmini e al coordinamento con le protezioni a monte e a valle. Non è determinato esclusivamente dalla capacità dell'UPS.
DOCUP di tipo 1
Utilizzato laddove una corrente parziale di fulmine può penetrare nell'impianto a bassa tensione, solitamente in corrispondenza dell'ingresso di servizio o del confine della zona di protezione dai fulmini.
SPD Tipo 1+2
Combina funzioni di limitazione della corrente di fulmine e della tensione. Può essere appropriato laddove un'alimentazione UPS abbia inizio vicino all'origine dell'impianto.
DOCUP di tipo 2
La scelta comune a livello di distribuzione per l'ingresso UPS, il bypass e i quadri a valle quando la protezione di Tipo 1 è già coordinata a monte.
DOCUP di tipo 3
Uno stadio di protezione fine coordinato installato in prossimità delle apparecchiature terminali sensibili. Non sostituisce la protezione di Tipo 1 o di Tipo 2 a livello di distribuzione.
La norma IEC 61643-12:2020 tratta la selezione, il funzionamento, l'ubicazione e il coordinamento degli SPD per i circuiti di potenza in bassa tensione in corrente alternata. [5]
Messa a terra, lunghezza del cablaggio e protezione di backup
Un SPD correttamente dimensionato può comunque offrire una protezione inadeguata se la configurazione del cablaggio è errata. I progetti UPS possono coinvolgere neutri separati, neutri sezionati, alimentazioni di bypass, trasformatori, generatori o sistemi IT.
Modalità di messa a terra e protezione
- Confermare TN-S, TN-C, TT o IT.
- Confermare se il neutro viene commutato dall'ATS o dal bypass.
- Selezionare correttamente le modalità fase-neutro, fase-PE e neutro-PE.
- Non dare per scontato che 3P+N, 4P, 3+1 e 4+0 siano intercambiabili.
- Verificare separatamente le configurazioni del neutro in ingresso e in uscita.
Coordinamento del cortocircuito e di backup
- Ottenere la corrente di cortocircuito presunta nella posizione dell'SPD.
- Verificare l'Isccr dell'SPD e la protezione di backup consentita.
- Utilizzare il fusibile o l'interruttore specificato dal produttore dell'SPD.
- Verificare il coordinamento con la protezione a monte e la protezione di alimentazione.
- Non dare per scontato che l'interruttore di alimentazione dell'UPS protegga automaticamente l'SPD.
Mantenere i collegamenti SPD brevi e diretti
La tensione che raggiunge l'UPS include il livello di protezione di tensione dell'SPD più la tensione aggiuntiva sviluppata attraverso i conduttori di collegamento. Conduttori lunghi, avvolti o mal instradati riducono il vantaggio di un basso Up di catalogo.
Installare l'SPD vicino al bus protetto, utilizzare conduttori diretti ed evitare anelli non necessari. Per una guida all'installazione dettagliata, consultare la guida alla lunghezza di connessione SPD di 0,5 m , Guida alla messa a terra SPD , Guida al cablaggio SPD TN-S e Guida SPD per sistema TT .
Allarme remoto e manutenzione per installazioni UPS critiche
Un indicatore visivo può essere sufficiente per un piccolo quadro ispezionato regolarmente. È spesso insufficiente per un data center, una sala UPS industriale, un sito di telecomunicazioni o una struttura non presidiata.
Funzioni di monitoraggio consigliate
- Indicazione di stato locale verde e rossa.
- Contatto di segnalazione remota a potenziale zero.
- Integrazione allarmi BMS, SCADA o PLC.
- Logica di contatto chiara per stato normale e di guasto.
- Identificazione di quale SPD di ingresso, bypass o uscita è guasto.
Caratteristiche di manutenzione consigliate
- Moduli di protezione innestabili e sostituibili.
- Sostituzione cartuccia a prova di dita.
- Moduli di ricambio disponibili per l'intera durata del progetto.
- Ispezione dopo importanti eventi di sovratensione.
- Cronologia registrata di installazione e sostituzione.
La documentazione selezionata per gli UPS Schneider include l'indicazione dello stato operativo tra i requisiti SPD a monte. [3]
Per l'integrazione del contatto NO, NC e COM, vedere la Guida all'allarme remoto SPD e al PLC .
Configurazioni tipiche di progetti UPS
Questi esempi rappresentano punti di partenza per la revisione del progetto. La disposizione di protezione finale deve seguire lo schema unifilare del progetto reale e la documentazione del produttore dell'UPS.
UPS online a ingresso singolo
Il raddrizzatore e il bypass sono alimentati da un quadro protetto nelle vicinanze.
Direzione tipica: Un SPD coordinato di Tipo 2 può coprire entrambi i rami quando il percorso dei conduttori rimane breve e comune.
UPS per data center a doppio ingresso
L'ingresso del raddrizzatore e l'ingresso del bypass provengono da quadri elettrici, sistemi ATS o trasformatori diversi.
Direzione tipica: Valutare ciascuna fonte come un percorso di ingresso indipendente.
UPS con bypass di manutenzione esterno
L'armadio di bypass alimenta il carico critico mentre l'UPS è isolato.
Direzione tipica: Posizionare la protezione in modo che rimanga efficace durante il bypass di manutenzione.
UPS che alimenta una PDU remota
Il feeder di uscita è lungo o attraversa un'area esterna o un'altra zona di protezione.
Direzione tipica: Valutare la protezione al quadro di ricezione dopo aver confermato la compatibilità dell'uscita dell'UPS.
UPS industriale con generatore e ATS
Le fonti normali e di emergenza possono introdurre condizioni legate alla rete elettrica, al generatore e alla commutazione di trasferimento.
Direzione tipica: Verificare il coordinamento all'ingresso di servizio, all'ATS, all'ingresso dell'UPS e alla sorgente di bypass.
Sistema UPS parallelo o ridondante
Più moduli UPS condividono bus di ingresso, bypass o uscita comuni.
Direzione tipica: Confermare che nessuna configurazione operativa o di manutenzione crei un percorso non protetto.
Supporto tecnico LEEYEE per progetti UPS SPD
La conferma finale del modello deve basarsi sul sistema elettrico del progetto, non solo sul valore kA richiesto. LEEYEE può esaminare i requisiti dell'ingresso, del bypass e del quadro a valle prima che venga confermato un ordine OEM o all'ingrosso.
Revisione dei parametri del prodotto
Esaminare Tipo, Uc, Up, corrente di scarica nominale, configurazione dei poli, contatto remoto e requisiti dei moduli sostituibili.
Verifica del certificato
Verificare l'ambito del certificato disponibile e se il modello e la tensione richiesti sono coperti prima dell'approvazione della gara d'appalto o dell'ordine all'ingrosso.
Documentazione tecnica
Controllare le schede tecniche, le informazioni sul cablaggio, le dimensioni e i documenti di progetto di supporto durante l'approvazione tecnica.
Lista di controllo per OEM e approvvigionamento di SPD per UPS
Una richiesta contenente solo "Tipo 2, 40 kA per UPS" non è sufficiente per una selezione affidabile del modello. Confermare le seguenti informazioni prima di richiedere un preventivo finale.
- Marca, modello, topologia e potenza nominale dell'UPS.
- Configurazione a ingresso singolo o doppio.
- Disposizione di bypass statico e bypass di manutenzione.
- Schema unifilare che mostra tutte le fonti di alimentazione.
- Tensione fase-fase e fase-neutro.
- Frequenza di sistema e intervallo di tensione consentito.
- Sistema di messa a terra TN-S, TN-C, TT, IT o di progetto.
- Posizione dell'SPD in ingresso, bypass, uscita o quadro di ricezione.
- Classificazione richiesta Tipo 1, Tipo 1+2 o Tipo 2.
- Uc, Up, In, Imax e Iimp richiesti ove applicabili.
- Numero di poli e modalità di protezione.
- Corrente di cortocircuito presunta in ciascuna posizione.
- Fusibile di riserva o interruttore automatico richiesto.
- Lunghezza della connessione e layout del quadro.
- Indicatore visivo e contatto pulito remoto.
- Requisito per modulo inseribile e cartuccia di ricambio.
- Requisito IEC, UL, di certificazione locale o di gara d'appalto.
- Etichetta OEM, imballaggio, quantità e programma di consegna.
Errori comuni nella specifica degli SPD per UPS
Domande frequenti
Un UPS ha ancora bisogno di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni esterno?
Di solito sì per sistemi commerciali e industriali. Un UPS fornisce alimentazione di backup e un condizionamento di potenza specifico, mentre un SPD esterno montato su quadro limita la sovratensione transitoria prima che raggiunga l'UPS e il carico critico.
Dove dovrebbe essere installato il SPD prima di un UPS?
Un SPD di Tipo 2 viene solitamente installato nel quadro di distribuzione all'ingresso dell'UPS e coordinato con una protezione di Tipo 1 o Tipo 1+2 all'origine dell'impianto.
Un UPS a doppia conversione necessita di un SPD?
Sì, la doppia conversione non elimina la necessità di proteggere il raddrizzatore, l'elettronica di controllo e il circuito di bypass. Durante il funzionamento in bypass, il carico può essere collegato direttamente alla sorgente CA in ingresso.
È necessario un SPD separato per un bypass UPS?
Potrebbe. Un SPD dedicato è più probabile quando il bypass proviene da un altro quadro elettrico, trasformatore, ATS, generatore o una linea di alimentazione lunga. Un bus comune protetto nelle vicinanze potrebbe consentire l'uso di un singolo SPD coordinato previa verifica tecnica.
È necessario un SPD sull'uscita dell'UPS?
Non in ogni installazione. Valutare un SPD in uscita o su un quadro di ricezione quando la linea di alimentazione è lunga, attraversa il confine di una zona di protezione, alimenta carichi con commutazioni o rimane esposta durante il bypass. Verificare prima la compatibilità della sorgente inverter dell'UPS.
Il tipo 2 SPD è normalmente usato per un ingresso UPS?
Sì, il Tipo 2 è comune nei quadri di distribuzione all'ingresso e di bypass dell'UPS quando la protezione contro le correnti da fulmine è già coordinata a monte.
È possibile selezionare un SPD basandosi esclusivamente sulla potenza nominale in kVA dell'UPS?
No. La potenza kVA dell'UPS non determina la Uc, la Up, la configurazione dei poli, il valore della corrente di scarica o il coordinamento del cortocircuito. Questi parametri dipendono dall'impianto elettrico.
Un SPD per la sala UPS dovrebbe includere un contatto di allarme remoto?
È fortemente raccomandato per data center, sale di controllo industriale, siti di telecomunicazione e altre strutture critiche o non presidiate.
Riferimenti Tecnici
- Eaton, “UPS Systems and Surge Protection,” Pubblicazione AP158013EN, febbraio 2024. Vedi fonte
- Eaton, “Uninterruptible Power Supplies and the Need for Secondary Surge Suppression,” Pubblicazione TD01005004E, febbraio 2024. Vedi fonte
- Schneider Electric, specifiche di installazione UPS Galaxy VS, requisiti del dispositivo di protezione contro le sovratensioni. Vedi fonte
- IEC 61643-11:2025, Dispositivi di protezione contro le sovratensioni a bassa tensione collegati a sistemi di alimentazione CA a bassa tensione – requisiti e metodi di prova. Vedi fonte
- IEC 61643-12:2020, Principi di selezione, funzionamento, ubicazione e coordinamento per SPD collegati a sistemi di alimentazione CA a bassa tensione. Vedi fonte
- IEC 61643-01:2024, Requisiti comuni per i dispositivi di protezione contro le sovratensioni a bassa tensione. Vedi fonte
- IEEE 1100, Pratica raccomandata per l'alimentazione e la messa a terra di apparecchiature elettroniche. Vedi fonte
Gli standard, le istruzioni del produttore dell'UPS e le norme nazionali sugli impianti elettrici possono cambiare. Confermare l'edizione e i requisiti applicabili al mercato di destinazione prima della selezione finale del prodotto.
Hai bisogno di assistenza per selezionare un SPD per un ingresso UPS o un quadro di bypass?
Invia lo schema unifilare dell'UPS, la tensione di sistema, lo schema di messa a terra, la posizione di installazione e la corrente di guasto disponibile. LEEYEE può esaminare i poli richiesti, Uc, Up, valore della corrente di scarica, protezione di backup, contatto remoto e requisiti OEM.
