L’energia? Non può mancare

Anche negli impianti di sicurezza gli Ups assumono un’importanza fondamentale per garantire la continuità del servizio e un’adeguata protezione delle apparecchiature alimentate.

Massimiliano Cassinelli
Ingegnere
Prtogettista reti TLC

Secondo i dati pubblicati dall'Autorità per l'Energia, nel 2010 la durata media annuale delle interruzioni elettriche senza preavviso è stata di 44 minuti.
A queste si aggiungono le interruzioni eccezionali avvenute in periodi di condizioni perturbate, le interruzioni dovute a eventi eccezionali, a furti e ad atti di autorità pubblica.
Considerando anche questi eventi, la durata media annuale delle interruzioni per cliente in bassa tensione è stata pari a 89 minuti.
Simili dati assumono un'importanza non trascurabile per chi opera nell'ambito della videosorveglianza, perché rivelano come, al di là dei guasti e degli interventi di manutenzione, per un'ora e mezza all'anno le telecamere non sono in funzione.
Una situazione che si verifica, appunto, in assenza di fornitura elettrica, quando aumenta la probabilità di incidenti e tentativi di azioni fraudolente favorite dall'assenza di illuminazione.
Per garantire la disponibilità del sistema in qualunque situazione, diventa, quindi, indispensabile predisporre strumenti capaci di garantire la continuità elettrica anche a fronte di interruzioni improvvise, che potrebbero abbassare il livello di sicurezza.

Il valore della qualità
A queste esigenze rispondono gli Ups (Uninterruptible Power System) il cui mercato, negli ultimi anni, è cresciuto progressivamente.
Un'espansione che, però, non ha ancora selezionato i fornitori e, soprattutto, ha creato una certa confusione, con sigle e acronimi non sempre facilmente comprensibili anche a chi opera nel settore.
Il tutto anche in considerazione del fatto che, per il corretto funzionamento delle apparecchiature elettroniche, non è sufficiente disporre della fornitura energetica, ma è indispensabile valutarne anche la qualità.
Un aspetto, quest'ultimo, tipicamente non percepito da un osservatore umano, ma che può indurre problemi soprattutto ai sistemi informativi.
In questo ambito, in particolare, i numeri sono eloquenti: ogni mese, in Italia, si registrano 128 disturbi di vario genere sulle linee elettriche.
Secondo gli studi più recenti, nell'87,2% dei casi si tratta di abbassamenti di tensione (Sags) e nel 7,4% di un innalzamento della stessa (Spikes), a cui si aggiungono una percentuale di cosiddetti disturbi generici.
Tutte situazione che, sulle comuni lampadine, portano a una semplice variazione dell'intensità luminosa, spesso nemmeno percepita dai nostri sensi, mentre inducono effetti devastanti sulle delicate apparecchiature elettroniche, tra cui anche le telecamere, e, soprattutto, sui sistemi di trasporto, gestione e archiviazione delle immagini, che possono essere seriamente danneggiati da queste situazioni.
Da qui la necessità di garantire, oltre alla continuità, anche la qualità dell'alimentazione elettrica.

Le tecnologie più diffuse
Volendo prevenire i possibili rischi, è necessario orientarsi tra le offerte più disparate, con sigle e acronimi di difficile comprensione, soprattutto per chi non possiede una formazione specifica e la cui scelta potrebbe essere influenzate solo da discutibili criteri economici.
In particolare, una delle tecnologie più diffuse è oggi rappresentata dalle soluzioni On Line - Doppia Conversione, che garantiscono tensione e frequenza di uscita indipendenti dall'ingresso.
Il tutto con una variabilità della stabilizzazione media pari al solo 1%, oltre a un tempo di intervento nullo, uscita sinusoidale e By-pass automatico.
I più economici Line Interactive, al contrario, sono caratterizzati da tensione e frequenza dipendenti dall'ingresso e da una stabilizzazione media che può avere variazioni, in eccesso o in difetto, pari anche al 10%, con l'ulteriore presenza di un tempo di intervento non nullo e uscita sinusoidale solo su specifici modelli.
Questa soluzione, malgrado i limiti evidenti, fornisce risposte adeguate alle piccole utenze informatiche, tipicamente costituite da poche telecamere, che fanno capo a un Pc di registrazione e a uno schermo per la visualizzazione.
Ben diversa l'esigenza di un'utenza professionale che, pur avendo carichi dimensionalmente paragonabili, non può tollerare nessun problema in termini di continuità e qualità.
In simili applicazioni è necessario utilizzare sistemi On Line - Doppia Conversione, che garantiscono anche una maggiore immunità del carico ai disturbi, alle sovratensioni e a tutte le interferenze che possono provenire dalla rete di alimentazione, spesso indotte anche dall'accensione di altre apparecchiature, come motori elettrici, forni, impianti di condizionamento ecc.
In termini più specifici, con una soluzione definita On Line, il carico è alimentato dalla combinazione raddrizzatore/inverter, in grado di rigenerare sia la tensione sia la frequenza di ingresso.
Quando quest'ultima risulta al di fuori delle tolleranze prefissate, l'unità funziona da batteria sino ad esaurimento dell'autonomia o finché l'alimentazione in ingresso ritorna nei valori prestabiliti.
Questa tecnologia è l'unica in grado di assicurare il trasferimento al funzionamento in batteria senza alcuna interruzione, ovvero con tempo di intervento 0 ms. In presenza di un guasto all'inverter o di un sovraccarico, gli Ups On Line - Doppia Conversione sono inoltre dotati di un circuito di riserva per garantire l'alimentazione attraverso un By-pass, garantendo così il più elevato livello di protezione.
Al contrario, nella configurazione Line Interactive il carico viene alimentato dalla rete solo quando i parametri sono all'interno di un range monitorato da un microprocessore.
Se tali valori non vengono rispettati, la continuità dell'alimentazione è affidata, con un tempo di intervento compreso tra 2 e 4 ms, alla batteria e all'inverter finché l'alimentazione in ingresso non ritorna nei valori previsti.
Una terza modalità di funzionamento è rappresentata dagli “Smart Active”, in cui l'utente può lasciare all'Ups la possibilità di operare in modalità Line Interactive o On-Line in funzione della qualità della rete o del carico applicato.
Proprio in funzione del numero, della frequenza e del tipo di perturbazioni registrate, il sistema stabilisce se è più opportuna la modalità Line Interactive - che riduce i consumi - o la modalità On Line, che massimizza la protezione del carico.

Quanto costa un Ups?
La scelta di un Ups, quindi, si rivela tutt'altro che banale, sia per la necessità di garantire la corretta alimentazione alle telecamere e ai sistemi di memorizzazione, sia per i costi connessi, che non si limitano a quello di acquisto, ma investono soprattutto i consumi elettrici.
Considerando che la vita media di un Ups è stimata in otto anni, il prezzo iniziale incide solo per il 28% nel costo totale di una simile macchina.
L'elettricità assorbe infatti il 33% di tali spese, a cui si aggiunge un 20% per il service e un ulteriore 13% di batterie, mentre il restante 6% può essere imputato alla progettazione e all'installazione.
Da questa analisi si evidenza come un terzo del Tco, riferito ad un Ups, sia imputabile proprio all'energia assorbita e, soprattutto, sprecata.
Questo perché, come qualunque macchina, un sistema di continuità ha un'efficienza necessariamente inferiore al 100%, degradando così l'elettricità in calore.
Una situazione che, oltre ai consumi diretti, provoca anche un aumento di quelli indiretti, in quanto il calore deve essere smaltito, con ventole e sistemi di condizionamento, per garantire il corretto funzionamento dell'intero impianto.
Agli Ups, inoltre, viene chiesto, nel rispetto delle sempre più stringenti normative finalizzate alla salvaguardia ambientale, di ottimizzazione le prestazioni di ingresso e di uscita, in termini quantitativi e qualitativi, oltre a massimizzare il rendimento di trasformazione.
In particolare, nel miglioramento delle prestazioni in ingresso, una delle tecnologie che stanno riscuotendo maggior successo è offerta dalla Power Factor Control (Pfc), che garantisce un rapporto tra la potenza attiva e quella apparente superiore a 0,9, contro lo 0,83 tipico delle soluzioni tradizionali.
Una differenza sostanziale, che si somma al fatto che l'inquinamento armonico risulta estremamente ridotto e, per tale ragione, non è necessario installare sistemi di filtraggio a monte dell'Ups stesso.
Inoltre il gruppo di continuità stesso assorbe, virtualmente, solo potenza attiva, prevenendo così le problematiche di rifasamento.
Il tutto senza dimenticare che, facendo transitare sui cavi solo l'energia effettivamente utilizzata, non è più necessario installare cavi di diametro maggiorato rispetto a quelli a valle dell'apparecchio stesso.
Allo stesso modo, anche gli interruttori e gli altri apparecchi utilizzati possono essere calcolati sulla base del valore di potenza necessario agli utilizzatori.

Un codice per capire
Per aiutare nell'identificazione della soluzione adeguata alle singole esigenze, la classificazione degli Ups è attualmente regolamentata dalla norma EN 62040, che prevede un codice identificativo basato su tre campi specifici.
La prima parte di tale codice definisce la tipologia degli Ups, suddividendoli in:

• VFI (Voltage and Frequency Independent): l'uscita è indipendente dalle variazioni della tensione della rete di alimentazione. Inoltre, le fluttuazioni di frequenza sono mantenute entro i limiti prescritti dalla norma IEC EN 61000-2-2
• VFD (Voltage and Frequency Dependent): l'uscita dipende dalla variazione della tensione di alimentazione e dalle variazioni di frequenza
• VI (Voltage Independent): le variazioni della tensione di alimentazione sono stabilizzate da dispositivi di regolazione elettronici/passivi entro i limiti di normale funzionamento.

La seconda parte indica la forma d'onda di uscita durante il funzionamento normale e da batteria, distinguendolo in:

• S: sinusoidale (THDu < 8%)
• X: sinusoidale con carico lineare; non-sinusoidale con carico distorcente (THDu > 8%)
• Y: non sinusoidale

Infine, la terza parte definisce la prestazione dinamica della tensione di uscita alle variazioni di carico in tre diverse condizioni:

• variazione delle modalità operative (normale e da batteria)
• inserzione del carico lineare a gradini in modalità normale e da batteria
• inserzione del carico non-lineare a gradini in modalità normale e da batteria

In definitiva, i sistemi a doppia conversione (VFI - con uscita in tensione e frequenza indipendenti dall'ingresso) offrono una protezione totale dai disturbi presenti sulla rete di alimentazione.
Simili soluzioni sono in grado di prevenire qualsiasi disturbo, con la possibilità di accrescere l'autonomia semplicemente aumentando il parco batterie, a fronte di ulteriori richieste di energia.

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