Industrial UPS : Teori, Fungsi, dan Testing

Industrial UPS merupakan bagian dari emergency power system. Emergency power system, menurut defenisi IEEE 446, adalah :

An independent reserve source of electric energy that,
upon failure or outage of the normal source, automatically provides reliable electric power
within a specified time to critical devices and equipment whose failure to operate satisfactorily
would jeopardize the health and safety of personnel or result in damage to property.

Artinya fungsi dasar dari emergency power system adalah untuk menyediakan daya listrik yang handal dalam waktu tertentu bagi peralatan kritikal. Fungsi tersebut juga berlaku bagi Industrial UPS. Sebagai bahan referensi dalam mempelajari UPS, maka IEEE 446 ” Recommended Practice for Emergency and Stand By Power System for Industrial and Commercial Application ” dapat menjadi acuan.

Industrial UPS vs Commercial UPS

Industrial UPS merupakan jenis UPS yang digunakan di dunia industry yang berperan sebagai emergency dan standby power source. UPS jenis ini berbeda dengan UPS yang umumnya kita jumpai di rumah. Perbedaan yang paling mendasar adalah dari sisi kapasitas dan dari sisi reliabilitas. Industrial UPS memiliki kapasitas hingga beberapa kVA serta memiliki system redundancy yang mengantisipasi terjadinya interupsi daya pada beban-beban yang kritikal.

Salah Satu Industrial UPS dari ABB (Source : wikimedia.org)

Beberapa manufaktur industrial UPS yang umum digunakan di industri antara lain : Gutor dari Schneider Electric, Chloride dari Emerson serta Yuasa.

Fungsi Industrial UPS

Fungsi dari industrial UPS ini antara lain :

  1. Fungsi  emergency backup power. Artinya UPS berperan sebagai back up power supply ke beban kritikal pada saat terjadi kegagalan pada normal power . Fungsi ini merupakan fungsi paling dasar dari sebuah UPS
  2. Fungsi Power Quality Back Up. Artinya UPS berperan untuk mensuplai power dalam range quality sesuai dengan standard operating range dari peralatan atau beban kritikal yang disuplai. Power quality yang dimaksud adalah : frekuensi yang stabil dan output yang sinusoidal. Apabila terdapat harmonisa maka maksimum THD 10% untuk tegangan (IEEE 446).

Istilah Penting dalam UPS System

Sebelum melangkah ke bagian yang lebih jauh, sebaiknya kita mengenal beberapa istilah atau terminologi penting dan juga umum digunakan ketika membahas industrial UPS ini

  • Autonomy time adalah waktu back up UPS untuk peralatan kritikal ketika terjadi kegagalan listrik (power outage)
  • Battery charger adalah komponen dasar UPS yang berfugsi untuk mengubah AC ke DC serta menyalurkan daya tersebut ke battery bank dan DC Link. Komponnen utama dari battery charger adalah controlled thyristor. Artinya output dari battery charger
  • Battery Bank adalah komponen dasar dari UPS yang berfungsi untuk menyimpan daya. Battery bank menjadi komponen utama dalam penentuan autonomy time atau back up time dari sebuah UPS system.
  • Inverter adalah komponen dasar UPS yang berfungsi untuk mengubah daya dari DC ke AC. Daya DC berasal dari DC Link dan baterry charger
  • Static switch adalah komponen yang berperan memindahkan koneksi transfer daya dari satu sumber ke sumber lain secara otomatis tanpa terjadi dip atau interupsi transient daya. Automatic transfer switch pada UPS akan memindahkan supplai daya ke beban kritikal dari UPS ke bypass apabila terjadi permasalahan pada UPS
  • Bypass Switch adalah komponen yang fungsinya hampir sama dengan automatic transfer switch tetapi dioperasikan secara manual. Umumnya dioperasikan apabila UPS akan di-maintain. Spesifikasinya pun tetap sama dengan automatic transfer switch, yaitu tidak terjadi kedip daya pada saat proses transfer. Oleh karena itu, bypass switch adalah jenis make-before-contact.
  • Redudancy adalah prinsip untuk peningkatan kehandalan dalam sebuah sistem, yaitu dengan duplikasi dari elemen. UPS dengan system redundant umumnya terdiri dari dua buah UPS yang beroperasi bersamaan (paralel).

Komponen dan Prinsip Kerja Industrial UPS

Berikut disajikan gambar single line dari sebuah system UPS sederhana

industrial ups

Basic UPS

Secara umum, sebuah UPS terdiri dari battery charger, battery bank dan inverter. Aliran daya dari jala-jalasebesar 380 V, 3 fasa, 50 Hz dihubungkan dengan battery charger. Selanjutnya battery charger akan mengubah daya AC tersebut menjadi DC. Selanjutnya daya dari battery charger akan mengisi battery dan juga akan disalurkan ke inverter melalui DC Link. DC link adalah saluran diantara batter charger dan inverter dan memiliki tegangan DC. Tegangan DC pada DC Link bervariasi mulai dari 110 VDC, 125 VDC serta 220 VDC. Selanjutnya dari inverter akan mengubah daya DC tersebut menjadi daya AC dengan tegangan sesuai dengan kebutuhan user. Tegangan output dari UPS  yang umum adalah 110 VAC serta 220 VAC, 1 fasa, 50 Hz.

industrial UPS

UPS with Bypass Switch

Industrial UPS dengan bypass dapat dilihat pada gambar 2 diatas. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, pada saat terjadi kerusakan atau overload pada UPS maka sumber power akan berpindah dari UPS ke jalur bypass melalui automatic transfer switch atau static switch. Perpindahan atau transfer aliran daya tidak memperbolehkan terjadi interupsi.

Mode Operasi UPS

Mode operasi pada UPS umumnya dapat dibagi menjadi : mode auto, mode maintenance dan mode bypass. Mode auto adalah mode pada kondisi operasi biasa dimana daya dialirkan dari battery charger, battery kemudian ke inverter. Mode operasi maintenance adalah mode operasi dimana daya tidak melalui UPS dan static switch. Sedangkan mode operasi bypass adalah daya mengalir melalui jalur bypass serta melalui static switch tanpa melalui UPS.

Untuk lebih jelasnya maka dapat dilihat pada gambar berikut

industrial ups

Mode Auto

 

Mode Bypass

 

Mode Maintenance

Tiga gambar di atas menjelasan mode auto, mode bypass dan mode maintenance. Aliran daya digambarkan dengan warna merah.

Jenis-Jenis Industrial UPS

Secara umum, UPS terdiri atas dua jenis yaitu : single conversion (line interactive) dan double conversion.

Double conversion type UPS adalah yang kita bahas di atas. Disebut double conversion karena daya masukan AC diubah terlebih dahulu menjadi DC dan diubah kembali menjadi AC. Keuntungan dari UPS Double conversion ini adalah :

  • Memiliki kemampuan yang sangat baik dalam hal kestabilan frekuensi
  • Zero transfer time, misalnya dari mode auto ke mode bypass
  • Output umumnya memiliki THD yang rendah bahkan beberapa manufaktur dapat menyediakan UPS double conversion ini dengan output sinusoidal murni

Sedangkan kelemahan dari sistem ini adalah :

  • Efiesiensi yang rendah
  • Disipasi panas yang berlebih yang memiliki pengaruh pada umur peralatan
  • Kapasitas battery charger yang besar karena selain mensuplai inverter juga mensuplai battery bank

UPS yang umum digunakan di industry adalah jenis double conversion type karena kemungkinan interupsinya yang kecil. UPS double conversion type ini dapat dikonfigurai ke dalam banyak jenis variant berdasarkan tingkat redundancy-nya.

Pada single conversion UPS, normal power ke beban kritikal langsung dialirkan tanpa melalui battery charger. Pada saat terjadi kegagalan daya maka inveter akan mengalirkan daya dari battery bank ke beban kritikal. Gambaran sederhana dari UPS line interactive dan double conversion adalah :

Single (a) and double (b) conversion UPS

UPS jenis single conversion atau line interactive memiliki kelebihan, yaitu lebih efisien tetapi potensi terjadinya interupsi pada penyaluran daya ke beban kritikal lebih besar dibandingkan double conversion system UPS.

Testing Industrial UPS

Acceptance testing menjadi satu hal yang paling penting untuk menjamin UPS yang dibeli dapat berfungsi sesuai yang diharapkan dan sesuai dengan keinginan buyer. Seperti halnya peralatan listrik lainnya, acceptance testing untuk UPS terdiri dari routine dan type test. Prosedur lengkap pengetesan lengkapnya dapat dilihat di IEC 62040-3. Secara umum pengetesan terdiri dari atas :

  • Mechanical inspection, yaitu inspeksi pada struktur fisik, painting, cable entry, dan ingress protection (IP) UPS
  • Wiring diagram inspection, yaitu mengecek koneksi dan terminasi kabel power dan kabel kontrol agar sesuai dengan as built drawing
  • Insulation test yang terdiri dari insulation resistance test (megger) dan dielectric strength (hipot) test
  • Performance test, yaitu test dimana UPS dioperasikan pada rated load hingga temperatur dari semua komponennya mencapai steady state value
  • Functional test , yaitu test untuk menguji fungsi switching dari UPS misalnya pada saat perpindahan dari kondisi auto ke kondisi bypass. Test ini digunakan untuk memastikan bahwa tidak terjadi interupsi pada saat perpindahan atau transfer tersebut.

Functional Test UPS

  • Alarm test digunakan untuk memastikan alarm berfungsi sesuai dengan fungsinya, yaitu pada kondisi abnormal. Kondisi abnormal pada UPS misalkan : battery charge off, battery disconnected, end of discharge battery, serta inverter off. Pengujian alarm dilakukan per-item.

Demikianlah artikel singkat tentang industrial UPS, apabila terdapat pertanyaan dari sobat maka dapat meninggalkan komentar di artikel ini.

Referensi :

1. IEEE 446, Recommended Practice for Emergency and Stand By Power System for Industrial and Commercial Application

2. IEC 62040, UPS – Method of Specifying The Performance and Test Requirements

 

 

Share

You may also like...