KLASYFIKACJA ZASILACZY UPS

 

            Poniższą klasyfikację opracowano na podstawie normy PN-EN 62040-3. Według proponowanej klasyfikacji zasilacze UPS dzielimy na:

 

                                                             I.      Pojedyncze

                                                           II.      Równoległe

                                                        III.      Nadmiarowe

 

W grupie zasilaczy pojedynczych możemy wyróżnić:

 

1.            Zasilacze UPS ze wspólnym prostownikiem obsługującym falownik i akumulatory

 

 

2.            Zasilacze UPS z wydzielonym układem ładowania akumulatorów

 

 

3.            Zasilacze UPS z wyjściem DC i AC

 

 

Powyżej przedstawiono przykłady zasilaczy UPS nie wyposażone w obwód obejściowy.

 

4.            Zasilacze UPS z obwodem obejściowym

 

a)     Zasilacze z podwójnym przetwarzaniem (zwyczajowo nazywane „on-line”)

 

 

b)     Zasilacze „line-interactive”

 

 

c)      Zasilacze z bierną rezerwą (zwyczajowo nazywane „off-line”)

 

 

 

            Kolejną grupę zasilaczy stanowią zasilacze równoległe wyposażone lub nie wyposażone w obwód obejściowy. Poniżej przedstawiono dwa przykłady:

 

1.    Zasilacze UPS częściowo równoległe

 

 

            Powyższy przykład przedstawia zasilacz UPS ze zrównoleglonymi falownikami. Podobnie mogą być zrównoleglone bloki akumulatorowe lub prostowniki.  Prezentowany zasilacz nie posiada obwodu obejściowego.

 

2.    Zasilacze UPS równoległe

 

 

            Przedstawiony zasilacz nie posiada obwodu obejściowego.

 

           

            Ostatnią grupę zasilaczy UPS stanowią zasilacze nadmiarowe, które również mogą być wyposażone w obwód obejściowy. Poniżej przedstawiono dwie odmiany tych zasilaczy.

 

1.    Zasilacze UPS nadmiarowe - przełączalne

 

 

            Na rysunku przedstawiono zasilacz UPS z obwodem obejściowym. W przedstawionym modelu jedna z jednostek UPS zasila chroniony odbiornik podczas, gdy druga czaka w gotowości do przejęcia obciążenia w przypadku awarii pierwszej.

 

2.    Zasilacze UPS nadmiarowe – równoległe

 

 

            Prezentowany na rysunku zasilacz nie posiada obwodu obejściowego. Trzy narysowane jednostki UPS pracują równolegle z równomiernie rozdzielonym obciążeniem, które powinno być mniejsze od całkowitej mocy zasilacza o minimum jedną jednostkę. W przypadku awarii którejś z jednostek UPS pozostałe przejmują równomiernie część chronionego obciążenie przypadającego na uszkodzoną jednostkę.

 

            Obwody obejściowe podnoszą niezawodność systemów UPS umożliwiając jednocześnie ich serwis. Stosuje się elektroniczne elektromechaniczne i mechaniczne obwody obejściowe. Przełączniki elektroniczne wykorzystywane są w wewnętrznych obwodach obejściowych do transferu obciążenia na sieć zasilającą w przypadku przetężeń wyjścia spowodowanych prądem włączenia odbiornika. Zapewnia to utrzymanie napięcia wyjściowego na oczekiwanym poziomie. Obwody obejściowe wewnętrzne z przełącznikami elektromechanicznymi wykorzystywane są w przypadku konserwacji zasilacza UPS. Umożliwiają one wyłączenie zasilacza UPS bez przerwy zasilania chronionych odbiorników. Podczas konserwacji odbiorniki zasilane są bezpośrednio z sieci zasilającej. Zewnętrze obwody obejściowe wykorzystują najczęściej przełączniki mechaniczne. Umożliwiają one wypięcia zasilacza UPS z instalacji w celach serwisowych czy w celu jego wymiany.

 

 

strona główna

http://www.ups.hg.pl/KLASYFIKACJA%20UPS.htm

http://www.ups.hg.pl/UPS%20zasilacz%20awaryjny.htm

WADY I ZALETY ZASILACZY AWARYJNYCH UPS

 

 

Zasilacze awaryjne UPS zwyczajowo dzielimy na następujące grupy: (Klasyfikację w szerszym zakresie przedstawiono w opracowaniu „Klasyfikacja zasilaczy UPS”)

 

        zasilacze awaryjne „off-line”,

        zasilacze awaryjne „line-interactive”,

        zasilacze awaryjne „on-line”.

 

Zasilacz awaryjny off-line podczas pracy z poprawną siecią zasilającą (podstawowy stan pracy) zasila bezpośrednio z niej chronione urządzenia, jednocześnie mierzy parametry zasilania i ładuje wewnętrzne akumulatory. Podczas zaniku, nadmiernego obniżenia czy wzrostu napięcia w sieci zasilającej przechodzi na pracę awaryjną (w autonomiczny stan pracy). W momencie przejścia na pracę awaryjną zasilacz uruchamia swój wewnętrzny falownik (zasilany akumulatorami) generując na wyjściu napięcie przemienne 230V jednocześnie odłączając się od wadliwej sieci zasilającej (rys.1).

 

 

Rys. 1. Schemat blokowy zasilacza awaryjnego off-line

 

W zasilaczach line-interactive transformator główny pełni podwójną rolę pracując w układzie prostownika ładującego akumulatory (opcjonalnie, również stabilizatora napięcia wyjściowego AVR) w trakcie pracy z poprawną siecią zasilającą, oraz w układzie falownika podczas awarii zasilania (rys. 2).

 

 

            Rys. 2. Schemat blokowy zasilacza awaryjnego line-interactive

 

Odmiana line-interactive zasilaczy UPS występuje częściej na rynku od zasilaczy off-line ze względu na swe korzystne parametry przełączania na pracę awaryjną i powrotu. Praca w trybie line-interactive umożliwia szybkie przejście na pracę awaryjną i z powrotem przy stosunkowo małych zaburzeniach w przebiegu zasilającym w momencie przełączania. Jeżeli zasilacz line-interactive spełnia cechy dobrego zasilacza UPS to nie wymaga dodatkowych zewnętrznych elementów zabezpieczających i jest łatwy w instalacji i obsłudze.

 

            Zasilacz awaryjny on-line zapewnia całkowitą separację zasilanych urządzeń od sieci zasilającej. Separacja jest wynikiem podwójnego przetwarzania. Zmienne napięcie sieciowe 230V przetwarzane jest na napięcie stałe, z którego jednocześnie ładowane są akumulatory, a następnie ponownie wytwarzane jest napięcie zmienne na wyjściu zasilacza o kontrolowanych parametrach. Zmiany napięcia wejściowego nie mają bezpośredniego wpływu na napięcie wyjściowe (rys. 3).

 

 

            Rys. 3. Schemat blokowy zasilacza awaryjnego on-line

 

Odmianą zasilaczy UPS, w szczególności on-line, są zasilacze redundantne. W uproszczeniu są to zasilacze zwielokrotnione, w których jedna lub więcej gałęzi jest nadmiarowych (rys. 4).

 

 

            Rys. 4. Schemat blokowy zasilacza awaryjnego redundantnego

 

Przy wykorzystaniu ich nadmiarowości tj. obciążaniu wyjścia np. 2/3 mocy znacznie zwiększa się niezawodność systemu zasilania, ponieważ uszkodzenie jednej gałęzi nie powoduje przerwy w zasilaniu.

 

            Na podstawie przedstawionego powyżej orientacyjnego podziału zasilaczy awaryjnych zostaną zaprezentowane poniżej dwie odmienne typowe aplikacji UPS’ów. Posłużą one do wyeksponowania zalet i wad poszczególnych rozwiązań. Za wzorce przyjęto zasilacze ETA z rodziny line-interactive oraz on-line. Ekonomiczne kryteria doboru zasilaczy awaryjnych omówiono w oddzielnym opracowaniu.

 

1. Centralny system zasilania awaryjnego (rys. 5).

Ten sposób zabezpieczenia sieci komputerowej stosowany jest w przypadku instalacji zamkniętych, przeznaczonych do określonych zadań. Zapewnione jest wydzielone (klimatyzowane) pomieszczenie dla UPS’a oraz specjalna dedykowana instalacja elektryczna do zasilania komputerów. W takich zastosowaniach koszty inwestycji nie są istotne, natomiast istotny jest łatwy nadzór nad zasilaczem oraz separowany od sieci przebieg zasilający dla zabezpieczanych komputerów.

 

 

            Rys. 5. Centralny system zasilania awaryjnego

 

2. Rozproszony system zasilania awaryjnego (rys. 6).

Ten sposób zabezpieczania komputerów pracujących w sieci komputerowej stosowany jest w przypadkach jej dynamicznego, nieprzewidywalnego rozwoju oraz w sytuacjach, gdzie istotne są niskie koszty inwestycji. Zastosowanie zasilaczy line-interactive nie wymaga modyfikacji istniejącej instalacji zasilającej. Zasilacze tego typu ze względu na swoje małe rozmiary i odpowiednią konstrukcję odporną na warunki zewnętrzne nie wymagają wydzielonych klimatyzowanych pomieszczeń. Zabezpieczenie rozwijającej się sieci komputerowej polega na zastosowaniu nowego zoptymalizowanego pod względem mocy zasilacza line-interactive dopasowanego do nowo zainstalowanego stanowiska komputerowego.

 

 

            Rys. 6. Rozproszony system zasilania awaryjnego

 

Pewnym szczególnym przypadkiem rozproszonego systemu zasilania awaryjnego jest zabezpieczenie sieci komputerowej z wydzielonym serwerem, na którym gromadzone są dane o strategicznym znaczeniu (rys. 7). Taki serwer wymaga nadzwyczajnego zabezpieczenia zasilania i wtedy do jego ochrony wykorzystuje się zasilacz redundantny on-line. Zasilacz ten zapewnia pełną separację chronionego serwera od sieci zasilającej oraz poprzez konstrukcję nadmiarową, (tj. równoległą pracę poszczególnych gałęzi - rys. 4, z których tylko część wystarczy do zasilania serwera) znacząco zwiększa się niezawodność systemu ochrony zasilania serwera. Ponieważ zasilacz redundantny zabezpiecza tylko sam serwer to zbędna jest dedykowana instalacja elektryczna, a uwzględniając stosunkowo małą moc zasilacza UPS jego podłączenie do sieci zasilającej jest równie proste jak zasilaczy line-interactive i nie wymaga specjalnie wykwalifikowanej obsługi.

 

 

            Rys. 7. Rozproszony system zasilania awaryjnego z zasilaczem redundantnym

 

W celu optymalizacji kosztów rozproszonego zasilania awaryjnego możliwe jest wykorzystywanie jednego zasilacza line-interactive do zasilania kilku sąsiadujących ze sobą komputerów w jednym pomieszczeniu (rys.8).

 

 

Rys. 8. Wersja uproszczona rozproszonego systemu zasilania awaryjnego (system mieszany)

 

            PODSUMOWANIE

 

            Do ochrony zasilania komputerów stosuje się jedno z wyżej przedstawionych rozwiązań wykorzystując zasilacze line-interactive, on-line i redundantne on-line. Podstawowe zalety i wady poszczególnych aplikacji wymieniono przy ich opisie. Poniżej zostaną wymienione wady i zalety stosowanych w tych rozwiązaniach zasilaczy awaryjnych.

        Zasilacze line-interactive stosowane w systemie zasilania rozproszonego

ZALETY:

1. Niska cena jednostkowa zasilacza

2. Niska cena jednostki mocy (VA)

3. Zerowy koszt instalacji

4. Skalowalność (nowy komputer – nowy zasilacz)

5. Prosta optymalizacja w zakresie zapotrzebowania na moc (duży asortyment typów)

6. Niski koszt eksploatacji (mały pobór energii podczas pracy sieciowej oraz wyłączanie zasilacza wraz ze stanowiskiem komputerowym po zakończeniu pracy)

7. Duża niezawodność systemu rozproszonego

8. Brak kosztów konserwacji

9. Brak kosztów z tytułu zajmowanego miejsca (brak potrzeby adaptacji pomieszczeń)

10. Szybki start (wraz z załączanym stanowiskiem, brak potrzeby ciągłej pracy)

11. Cicha praca (brak wentylatora w małych mocach)

12. Niskie koszty serwisu (wymiana akumulatora tylko w jednym zasilaczu jednocześnie, łatwość dostarczenia do serwisu)

WADY:

1. Mała separacja od sieci zasilającej

2. Ograniczona stosowalność ze względu na przebieg quasi-sinusoidalny

3. Utrudnione zarządzanie programowe ze względu na ilość zasilaczy

Zasilacze nadmiarowe on-line stosowane w systemie zasilania rozproszonego

ZALETY:

1. Bardzo duża niezawodność wynikająca z nadmiarowości

2. Zerowy koszt instalacji w przypadku małych mocy

3. Skalowalność (przyrost stanowisk – dodatkowy moduł zasilacza)

4. Duża separacja od sieci zasilającej

5. Szerokie zastosowanie ze względu na przebieg sinusoidalny

6. Szybki start (możliwość wyłączania na noc – oszczędność energii i akumulatorów)

WADY:

1. Wysoka cena jednostkowa zasilacza

2. Wysoka cena jednostki mocy (VA)

3. Głośna praca (szum wentylatorów)

 

Zasilacze on-line stosowane w systemach centralnego zasilania

ZALETY:

1. Duża separacja od sieci zasilającej

2. Szerokie zastosowanie ze względu na przebieg sinusoidalny

3. Łatwe zarządzanie programowe (jeden zasilacz)

WADY:

1. Wysoka cena jednostki mocy (VA)

2. Wysoka cena jednostkowa zasilacza

3. Ograniczona możliwość optymalizacji dostarczanej mocy (mały asortyment mocy)

4. Brak skalowalności (system zamknięty)

5. Konieczność stosowania wydzielonej instalacji elektrycznej (koszty instalacji, jej zabezpieczenia przed zastosowaniem do innych celów, oznakowanie, elementy zabezpieczenia – bezpieczniki, by-pass, wyłącznik ppoż.)

6. Koszt wydzielonego pomieszczenia lub powierzchni (koszt klimatyzacji)

7. Ograniczona możliwości optymalizacji czasu pracy (praca ciągła ze względu na brak informacji o aktualnie pracujących stanowiskach komputerowych i ograniczony dostęp do UPS’a)

8. Duży koszt energii (ograniczona sprawność i ciągły czas pracy)

9. Stosunkowo małe bezpieczeństwo (uszkodzenie zasilacza powoduje niesprawność całej sieci komputerowej i utrata efektów pracy wszystkich użytkowników)

10. Koszty konserwacji (czyszczenie wentylatorów przez wykwalifikowany personel serwisowy)

11. Duże koszty serwisu (np. wymiana jednoczesna wszystkich akumulatorów przez ekipę serwisową u użytkownika)

12. Głośna praca (szum wentylatorów)

 

Opracowanie omawia tylko drobny wycinek zagadnień związanych z zasilaniem awaryjnym w celu zasygnalizowania ewentualnych problemów z nim związanych. Opracowanie nie ma charakteru ściśle technicznego, ma na celu popularyzowanie prezentowanej dziedziny.

 

 

strona główna