Zasilanie gwarantowane 24 V DC w elektroenergetyce – jak zapewnić ciągłość pracy automatyki stacyjnej i telemechaniki? 

Współczesne stacje elektroenergetyczne wykorzystują liczne urządzenia automatyki, telemechaniki, zabezpieczeń i komunikacji. Napięciem 24 V DC mogą być zasilane m. in. sterowniki polowe, sterowniki RTU, urządzenia EAZ, koncentratory danych, konwertery protokołów i urządzenia transmisji danych współpracujące z systemem SCADA. 

Ich prawidłowe działanie zależy nie tylko od obecności napięcia, ale również od ciągłości i stabilności zasilania. 

Krótkotrwały zanik lub zapad napięcia w sieci AC może spowodować restart sterownika albo terminala telemechaniki. Skutkiem może być czasowa utrata nadzoru nad obiektem i możliwości zdalnego sterowania. Jeżeli napięcie 24 V DC zasila również obwody sterownicze, problem może objąć wykonywanie poleceń załączenia lub wyłączenia aparatury łączeniowej. 

Z punktu widzenia eksploatacji oznacza to, że układ zasilania pomocniczego musi działać również wtedy, gdy podstawowe źródło energii przestaje być dostępne. 

Siłownia prądu stałego integruje funkcje prostowania, ładowania baterii, dystrybucji napięcia, zabezpieczeń, diagnostyki i komunikacji. Dzięki temu poszczególne elementy mogą pracować jako jeden nadzorowany system. 

W systemach, w których przerwa w zasilaniu jest niedopuszczalna, pojedynczy moduł prostownikowy może być niewystarczający. 

Konfiguracja N+1 pozwala na równoległą pracę niezależnych modułów. Po awarii jednego z nich pozostałe nadal zasilają odbiorniki i – jeżeli pozwala na to przyjęty bilans mocy – ładują baterię. Konstrukcja hot-swap umożliwia wymianę uszkodzonego modułu bez wyłączania całej siłowni.

Urządzenia mogą być instalowane w szafach zewnętrznych, kontenerowych stacjach transformatorowych lub nieogrzewanych pomieszczeniach. Temperatura, wilgotność i ograniczona przestrzeń montażowa wpływają zarówno na elektronikę, jak i na żywotność baterii oraz bilans cieplny szafy. 

Istotne jest również środowisko elektromagnetyczne. Operacje łączeniowe w sieciach wysokiego i średniego napięcia, przepięcia oraz wyładowania atmosferyczne mogą powodować zakłócenia w obwodach pomocniczych. W takich warunkach znaczenie mają odporność urządzenia na zaburzenia elektromagnetyczne, właściwe prowadzenie przewodów i wymagana separacja galwaniczna interfejsów. 

Dlatego dobór siłowni powinien uwzględniać nie tylko prąd obciążenia, lecz także miejsce instalacji, temperaturę pracy, sposób zabudowy i wymagania dotyczące komunikacji. 

W siłowniach zastosowano prostowniki impulsowe z aktywną korekcją współczynnika mocy PFC. Sprawność przekraczająca 93% ogranicza straty energii i ilość wydzielanego ciepła. 

Ma to znaczenie szczególnie w zamkniętych szafach, w których możliwości odprowadzania ciepła są ograniczone. 

Deklarowany zakres temperatury pracy urządzeń SI24D wynosi od −33°C do +70°C. Pozwala to stosować je w miejscach, w których warunki wykraczają poza typowe środowisko ogrzewanych pomieszczeń technicznych. 

Dobierając urządzenie do konkretnego obiektu, należy jednak uwzględnić rzeczywiste warunki zabudowy, ewentualne ograniczenie mocy w skrajnych temperaturach oraz bilans cieplny szafy. 

Nie każda stacja wymaga wytwarzania 24 V DC bezpośrednio z sieci AC. W większych obiektach może być już dostępne gwarantowane napięcie 110 lub 220 V DC. W takim przypadku obwody 24 V DC można zasilać za pomocą przetwornic DC/DC. 

Dobór siłowni należy rozpocząć od analizy konkretnego obiektu. Trzeba określić co najmniej: 

• Maksymalne i typowe obciążenie DC – z uwzględnieniem prądów rozruchowych i obciążeń chwilowych. 
• Wymagany czas podtrzymania – wynikający z charakteru odbiorników i wymaganej autonomii obiektu. 
• Rodzaj, napięcie i konfigurację baterii akumulatorów. 
• Warunki temperaturowe, sposób zabudowy i bilans cieplny szafy. 
• Wymagany poziom redundancji prostowników. 
• Zakres diagnostyki oraz sposób komunikacji z systemem nadrzędnym. 
• Dostępną przestrzeń montażową i sposób prowadzenia przewodów. 
• Istniejącą architekturę zasilania gwarantowanego, np. 110 lub 220 V DC. 

Na tej podstawie można wybrać odpowiednią architekturę: siłownię 24 V DC z baterią, system z redundantnymi prostownikami albo przetwornicę DC/DC zasilaną z istniejącej rozdzielnicy 110 lub 220 V DC. 

W infrastrukturze elektroenergetycznej napięcie 24 V DC zasila urządzenia odpowiedzialne za nadzór, sterowanie, zabezpieczenia i komunikację. Dlatego projekt powinien obejmować nie tylko bilans mocy i wymagany czas podtrzymania, lecz także diagnostykę baterii, odporność na warunki środowiskowe, redundancję i sposób przekazywania alarmów. 

SI24D, SI24-3U, przetwornice ZM-DC i zasilacze ZEM pozwalają dobrać rozwiązanie zarówno do pojedynczej szafy automatyki, jak i do rozproszonego systemu obejmującego wiele obiektów.