Superkondensaattorit lyhyiden varakäyntiaikojen ratkaisuna - Sovelluksena huipputehon rajoitus kuvantamislaitekäytössä Teemu Paakkunainen Senior Application Engineer Eaton Power Quality Oy
Superkondensaattorit - Uusi vaihtoehto Perinteisesti lyhyet varakäyntiajat on saavutettu Akuilla (huollon tarve, ei optimi mitoitusta alle 3min ajalle) Vauhtipyörällä (huollon tarve, häviöt) Superkondensaattoriratkaisu: Korkea luotettavuus Taloudellinen Pieni huollontarve Valmistettu ympäristöystävällisesti Ei lyijyä Ei öljyä Täyttää ROHS-vaatimukset Kierrätettävyys eliniän lopussa 2
Mikä on superkondensaattori? Superkondensaattori Electrochemical double layer capacitor (EDLC) DC-energiavarasto, jossa energia on vatastoitui sähköstaattisella periaatteella Ei liikkuvia osia tai kemiallista reaktiota Korkea kapasitanssi, 3000 F per kondensaattori, 2,7VPC Hyvin pieni itsepurkautuminen http://www.cooperindustries.com/content/public/en/bussmann/ electronics/products/powerstor_supercapacitors/modules/xlmmodule.html 3
Superkondensaattori moduuli ja stringi Jokainen yksittäinen kondensaattori 2,7 V / 3000F, 3.0 Wh - Juomatölkin kokoinen moduuli koostuu 23 yksittäisestä kondensaattorista 62V / 130F Koko: ~18x18x70cm String kytkettynä UPSiin koostuu 10 sarjaan kytketystä moduulista 567V 4
UPS + Superkondensaattorit Superkondensaattoriratkaisu on ideaali sovelluksiin, joissa: Lyhyet Short back-up varakäyntiajat times Kun syöttö When katkeaa, primary power is superkondensaattorit interrupted, Eaton s Supercaps syöttävät will bridge tehoa kunnes the gap generaattori until käynnistyy generator starts up.. Korkea lämpötila Kun akkuja ei voida käyttää Superkondensaattori: -40C... +65C Lyhyet Short Power häiriöt interruptions ja keskeytykset Blackouts, brownout, glitches Vikatilanteet, autoreclosure jännitteenalenemat, events verkon Provides kytkentätilanteiden protection until mains vaikutukset, power is AJK restored Tehopiikit Tasaa lyhyitä, toistuvia tehopiikkejä 5
Huipputehon rajoitus kuvantamislaitekäytössä
Huipputehon rajoitus - esimerkki Sairaalaverkko Tyypillinen UPS-varmennettu kuvantamislaitejärjestemä UPSin toiminnallisuus: - Tarjota varmennettua sähköä kunnes generaattorit ovat käynnissä Siemens Somatom: - 2x86,5kVA (125A) syöttö - Kuvantamisen aikana 360kVA/2sec tehon tarve 9395P-600 CT scanner ATS Varavoima 7
Kuvantamislaitteen haasteet sähköverkolle Kuvantamislaitteen kytkeminen generaattorilla varmennettuun sairaalaverkkoon: Kuvantamislaite ottaa toimintansa aikana hetkellisiä tehopiikkejä, mutta keskimääräinen kulutus on vain kymmeniä kilowatteja Riippuen laitteesta ja ajettavasta ohjelmasta huipputehontarve vaihtelee Esim 360kVA/2sec Keskimääräinen kulutus luokkaa 10-30kW verkon syöttöä joudutaan ylimitoittaamaan (2x125A) Tehopiikki (transientti) saattaa aiheuttaa ongelmia syöttävälle generaattorille, mikäli mitoitus on tiukka Mahdollinen taajuuden ja jännitteen vaihtelu varavoimaverkossa Muut verkossa olevat kuormat voivat häiriintyä Huonoimmillaan generaattori saattaa sammua 8
UPS tehopiikkien tasaukseen Yläverkkoon kohdistuvien tehopiikkien rajoittaminen kuvantamislaitekäytössä poistaa laitteen käytön vaikutukset generaattoreille sekä sen syöttämille rinnakkaisille kuormille UPS laitteelle määritellään max tulovirtaraja ohjelmallisesti syötön mukaan esim 125A Kuorman tarpeen ylittäessä rajan Tasasuuntaaja ottaa maksimi virran Lisäenergiaa otetaan superkondensaattoreista Tätä kutsutaan Power Sharing-moodiksi Kulutuksen laskiessa alle maksimirajan UPS laite lataa superkondensaattoreita automaattisesti (tulovirtarajan sallimissa määrin) 9
Tehopiikkien tasaus - Esimerkki Sairaalaverkko UPSin toiminnallisuus: - Rajoitaa tehopiikit 86,5 tai 173kVA - Tarjota varmennettua sähköä kunnes generaattorit ovat käynnissä Siemens Somatom: - 2x86,5kVA (125A) syöttö - Kuvantamisen aikana 360kVA/2sec tehon tarve 9395P-600 CT scanner ATS Super kondensaattorit: Rajoittamaton purku-/lataussykli Elinikä 20 vuotta (+25C) Varavoima Superkondensaattorit 10
360kw kuorma / 2sekuntia suodatettuna Kuormavirta Superkond virta UPSin Ottama virta 11
Esimerkki järjestelmä Systeemin kuvaus Eaton 9395P-500kVA UPS UPS teho maksimikulutuksen mukaan 2 kaappia Eaton Superkondensaattoreita (4 stringiä) Mitoitettu 15sek varakäynnille sekä huipputehon tasaukselle Systeemin ottama teho rajoitettu asennuksen sallimiin arvoihin Mitat 3,53m x 0,88m Kaapit voidaan myös asentaa selät vastakkain 1,89m x 1,7m Kuvantamislaitetteen syötön mitoitus Tarve on 2x86,5kVA(2x125A) UPSin tulovirtaraja voidaan asetella 1x125A:ksi vähentämään: Kaapeliasennuksen hintaa Jakelujärjestelmän mitoitusta Syötön transientti-rasitusta 12
Kiitos! 13