Dlaczego i jak się chronić?
Przerwy w dopływie prądu, mogą wyrządzić niemałe szkody.
Najbardziej niebezpieczne są niezauważalne dla użytkownika - zniekształcenia napięcia sieci - powodujące niestabilną pracę komputera:
chwilowy zanik napięcia
całkowity zanik napięcia
impuls elektryczny
przepięcie
szum - zakłócenia elektromagnetyczne lub radiowe
Najtańszym, ale i najmniej skutecznym sposobem ochrony jest filtrowanie zakłóceń.
Popularne listwy oprócz filtrów dodatkowo wyposażone są w bezpieczniki przepięciowe. Niestety nie ochronią przed spadkami i zanikami napięcia.
Znakomitym rozwiązaniem będą zasilacze awaryjne, zwane też zasilaczami bezprzerwowymi lub potocznie UPS-ami (Uninterruptable Power Supply).
Zadania zasilacza awaryjnego
podtrzymanie pracy komputera w razie awarii zasilania - podczas chwilowych przerw w zasilaniu zasilacz UPS podtrzymuje pracę komputera aż do ponownego pojawienia się napięcia sieci lub bezpiecznego zamknięcia systemu poprawa jakości napięcia zasilania - mogą one korygować przepięcia, zakłócenia sieci czy spadki napięcia, a nawet analizować kształt napięcia zasilającego, korygując zakłócenia i tłumiąc szumy.
Cechy dobrego zasilacza awaryjnego
Prosta obsługa
Jednoznaczna sygnalizacja optyczno-dźwiękowa stanów pracy zasilacza
Konstrukcja zapewniająca wydłużenie żywotności akumulatorów
Wysoka sprawność zasilacza podczas pracy awaryjnej
Filtr przeciwzakłóceniowy na wejściu zasilacza
Gniazda wyjściowe w polskim standardzie z zabezpieczeniem
Zamknięta metalowa obudowa
Dwa bezpieczniki sieciowe zabezpieczające oba przewody robocze biegun/zero
Dwubiegunowe odłączanie wyjścia zasilacza
Identyfikowalność zasilacza UPS
Zabezpieczenie obwodów akumulatora
Ogólna budowa i zasada działania
Podstawowym elementem każdego zasilacza bezprzerwowego jest bateria lub też grupa baterii, ładowane w czasie, gdy UPS podłączony jest do sieci zasilającej poprzez prostownik.
Ponieważ urządzenia takie jak komputer muszą być zasilane prądem zmiennym, konieczny jest również falownik, który zamienia prąd stały na zmienny
Zazwyczaj zasilacz awaryjny pracuje w następującym trybie: podczas obecności napięcia zasilającego ładowana jest bateria lub grupa baterii, natomiast napięcie z sieci jest filtrowane i podawane na wyjście zasilacza. Po zaniku napięcia prąd czerpany z baterii przetwarzany jest na prąd przemienny o odpowiednim napięciu i podawany jest na wyjście zasilacza.
Zasilacze awaryjne wyposażone są w mikroprocesorowy układ sterowania, który jest odpowiedzialny za ładowanie baterii i monitorowanie stanu sieci energetycznej, posiadają również gniazda szeregowe umożliwiające im komunikację z komputerem.
Rozróżniamy trzy podstawowe rodzaje zasilaczy awaryjnych:
zasilacze pracujące w trybie off-line;
zasilacze pracujące w trybie line-interactive;
zasilacze pracujące w trybie on-line.
Zasilacz awaryjny pracujący w trybie off-line (standby)
Zasilacze tego typu jako główne źródło zasilania wykorzystują prąd z sieci. W momencie awarii musi nastąpić przełączenie na korzystanie ze źródła rezerwowego (trwa to kilka milisekund), nie analizują również przebiegu prądu w czasie i dlatego nie potrafią odpowiednio uzupełnić przerwanej sinusoidy. Są to najtańsze modele UPS-ów, dają napięcie niezbyt dobrej jakości
Zasilacz awaryjny pracujący w trybie line-interactive
Zasilacze tego typu różnią się od zasilaczy off-line układem falownika - może w pewnych granicach korygować parametry wyjściowego napięcia zasilającego, nie korzystając z baterii i utrzywać je na poziomie 220V (lub 230V) z tolerancją +/- 5% przy spadkach napięcia wejściowego nawet do 150V. Dzięki takiej budowie UPS-y line-interactive mogą pracować z dużą wydajnością na stanowiskach o bardzo słabym zasilaniu, co oznacza wysoką niezawodność i skuteczność ochrony zasilania.
Zasilacz awaryjny pracujący w trybie on-line
W czasie normalnej pracy pobiera prąd z baterii, która jest równocześnie doładowywana w tle przez prostownik. Napięcie sieci zasilającej przetwarzane jest na napięcie stałe, a wyjściowe napięcie zasilające powstaje zawsze z napięcia stałego i jest generowane przez falownik, co pozwala uzyskać galwaniczną izolację urządzeń zasilanych od sieci energetycznej, eliminując całkowicie szumy, stany przejściowe i niestabilności pojawiające się często w sieci energetycznej. Najważniejszą zaletą jest zerowy czas przełączania, albowiem falownik pracuje bez przerwy.
MIB dla UPS
MIB jest znormalizowaną przez IETF bazą obiektów do zawiadywania zasilaczami UPS, opisaną w RFC 1628.
Obiekty zostały podzielone na 9 grup:
identyfikacji urządzenia - Device Identification Group,
baterii - Battery Group,
wejścia - Input Group,
wyjścia - Output Group,
bocznika - Bypass Group,
alarmu - Alarm Group,
sterowania - Control Group
konfiguracji - Configuration Group.
Grupy te identyfikują UPS i wersje oprogramowania, opisują parametry, stany, zmienne sterowania, wyniki testów itp.
Producenci dostarczają MIB wraz z zasilaczem. Znormalizowana baza MIB dla określonego zasilacza stanowi ważne ogniwo zarządzania zgodnego z protokołem SNMP (Simple Network Management Protocol). Każde odstępstwo od protokołu komplikuje zarządzanie.
Bazę MIB wczytuje się z dyskietki lub dysku CD-ROM albo też kompiluje się kopię bazy MIB wykorzystywanej przez agenta SNMP zasilacza.
Wyposażenie i dodatkowe funkcje zasilaczy awaryjnych
UPS line-interactive małej mocy może być wyposażony w szereg układów podnoszących jego funkcjonalność. Należą do nich między innymi:
1. RST - układ „zimnego startu” umożliwiający uruchomienie zasilacza przy braku napięcia w sieci zasilającej. Szczególnie przydatny w sytuacji, gdy konieczne jest włączenie komputera i wykonanie krótkiego zadania przy braku napięcia w sieci.
2. AVR - układ stabilizacji napięcia wyjściowego. Regulacja napięcia wyjściowego realizowana jest z reguły skokowo przez podwyższenie lub obniżenie napięcia na wyjściu UPS odwrotnie do zmian napięcia na wejściu zasilacza awaryjnego bez przechodzenia na pracę awaryjną.
3. AG - układ umożliwiający współpracę zasilacza z agregatem prądotwórczym. Zasilacz UPS z układem AG zapewnia podtrzymanie zasilania w czasie, gdy na skutek awarii zasilania realizowane jest przełączenie na zasilanie z agregatu prądotwórczego.
4. COM - układ złącza szeregowego do monitorowania pracy UPS przez komputer.
5. TEL - filtr linii telefonicznej do zabezpieczania urządzeń telekomunikacyjnych przed przepięciami w sieci telefonicznej.
6. CPM - układ ciągłego pomiaru mocy pobieranej przez zabezpieczane urządzenia. Zasilacz awaryjny może być wyposażony w układ pomiaru mocy, który działa w stanie pracy awaryjnej jak również przy poprawnej sieci zasilającej informując użytkownika o przekroczeniu dopuszczalnego obciążenia wyjścia UPS.
7. GWA - „gorąca” wymiana akumulatorów przez użytkownika.
Układ GWA powinien posiadać jednoznaczną sygnalizację zużycia akumulatorów, możliwość wymiany
8. SOW - sekwencyjne odłączanie wyjść. Układ umożliwiający programowe odłączanie wyjść zasilacza awaryjnego w celumaksymalnego wydłużenia czasu pracy urządzeń podłączonych do wybranych wyjść UPS podczas awarii zasilania.
9. ZR - „zbiornik rezerwowy” - układ uniemożliwiający załączenie napięcia na wyjściach
zasilacza awaryjnego przed naładowaniem akumulatorów do zadanego poziomu.
10. KCP - kalibracja czasu podtrzymania. Układ taki umożliwia oszacowanie czasu podtrzymania zasilania podczas awarii sieci zasilającej przy znanym obciążeniu na wyjściu UPS.
Parametry zasilacza UPS
Moc nominalna UPS-a jest to moc, którą zasilacz może dostarczyć na swoje wyjście dla zasilania odbiorników. Faktyczna moc układu jest określona przez parametry użytych elementów i wyraża się w mocy czynnej w kW.
Czas podtrzymania jest to czas przez który UPS po zaniku napięcia sieciowego, dzięki zgromadzonej w baterii energii, będzie podawał prawidłowe napięcie na swoje wyjście. Pomiar tego czasu przeprowadza się przy nominalnym (100%) obciążeniu wyjścia zasilacza. Jest to czas (jak najdłuższy) potrzebny na zamknięcie pracujących aplikacji, zapisanie wyników na dysku i bezpieczne wyłączenie systemu.
Sprawność zasilacza - podaje się dla różnych stopni obciążenia, ale najważniejsza jest sprawność przy obciążeniu nominalnym. Bardziej zaawansowane UPS-y mają sprawność powyżej 94%. Tańsze zasilacze mają sprawność ok. 91%.
Poziom hałasu - Nowoczesne UPS-y mają poziom hałasu poniżej 55 dB mierzony z odległości 1 m od zasilacza.
Wymiary i waga. Parametry te są pomocne przy projektowaniu pomieszczenia przeznaczonego na zasilacz UPS. Dotyczy to zwłaszcza zasilaczy dużej mocy i z długim czasem podtrzymania.
Parametry wejściowe:
Moc wejściowa jest to moc potrzebna do zasilania UPS-a.
Zakres napięć wejściowych jest to zakres napięć zasilających, dla których UPS nie pracuje bez użycia baterii.
Zawartość harmonicznych prądu zasilającego - THD. Stopień w jakim UPS jest dla sieci energetycznej odbiornikiem nieliniowym.
Wejściowy współczynnik mocy - cosj informuje ile faktycznie mocy jest pobierane przez urządzenie.
Soft-start jest funkcją, która ogranicza maksymalny pobór prądu przez zasilacz UPS.
Parametry wyjściowe:
Stabilność napięcia określa zmiany napięcia na wyjściu zasilacza
Zawartość harmonicznych THD w napięciu wyjściowym zależy od charakteru obciążenia
Crest factor jest to stosunek szczytowej wartości prądu pobieranego z UPS-a do jego wartości skutecznej
Możliwość pracy przy niesymetrycznym obiążeniu. Parametr ten podaje się dla zasilaczy trójfazowych
Przeciążalność UPS-a określa jak bardzo i przez jaki czas można zwiększyć obciążenie powyżej mocy nominalnej
Parametry baterii:
Żywotność baterii. Obecnie stosuje się baterie o żywotności 5 lub 10 lat
Bezpulsowe ładowanie baterii jest obecnie standardowym wymogiem
Wady i zalety
Zasilacze line-interactive stosowane w systemie zasilania rozproszonego
ZALETY:
Niska cena jednostkowa zasilacza
Niska cena jednostki mocy (VA)
Skalowalność (nowy komputer - nowy zasilacz)
Prosta optymalizacja w zakresie zapotrzebowania na moc
(duży asortyment typów)
Niski koszt eksploatacji (mały pobór energii podczas pracy sieciowej oraz wyłączanie zasilacza wraz ze
stanowiskiem komputerowym po zakończeniu pracy)
ZALETY:
Duża niezawodność systemu rozproszonego
Brak kosztów konserwacji
Szybki start (brak potrzeby ciągłej pracy)
Cicha praca (brak wentylatora w małych mocach)
Niskie koszty serwisu (wymiana akumulatora tylko w jednym zasilaczu jednocześnie, łatwość
dostarczenia do serwis
WADY:
Mała separacja od sieci zasilającej
Ograniczona stosowalność ze względu na przebieg quasi-sinusoidalny
Utrudnione zarządzanie programowe ze względu na ilość zasilaczy
Zasilacze nadmiarowe on-line stosowane w systemie zasilania rozproszonego
ZALETY:
Bardzo duża niezawodność wynikająca z nadmiarowości
Zerowy koszt instalacji w przypadku małych mocy
Skalowalność (dodatkowy moduł zasilacza)
Duża separacja od sieci zasilającej
Szerokie zastosowanie ze względu na przebieg sinusoidalny
Szybki start (możliwość wyłączania na noc - oszczędność energii i akumulatorów)
WADY:
Wysoka cena jednostkowa zasilacza
Wysoka cena jednostki mocy (VA)
Głośna praca (szum wentylatorów)
Zasilacze on-line stosowane w systemach centralnego zasilania
ZALETY:
Duża separacja od sieci zasilającej
Szerokie zastosowanie ze względu na przebieg sinusoidalny
Łatwe zarządzanie programowe (jeden zasilacz)
WADY:
Wysoka cena jednostki mocy (VA) i zasilacza
Ograniczona możliwość optymalizacji dostarczanej mocy
Brak skalowalności (system zamknięty)
Konieczność stosowania wydzielonej instalacji elektrycznej
Ograniczona możliwości optymalizacji czasu pracy
Duży koszt energii
Stosunkowo małe bezpieczeństwo
Duże koszty serwisu
Rodzaje bezpiecznego zasilania
Zasilacze UPS (Uninterruptible Power Supply)
Agregaty prądotwórcze i tandemy
Generatory DC
Siłownie
Wyłączniki różnicowoprądowe
Ograniczniki przepięciowe
Zastosowanie
Komputery klasy PC
Serwery jedno- lub wieloprocesorowe
Centra obliczeniowe
Terminale komputerowe
Urządzenia wrażliwe na zaniki napięcia
Urządzenia telekomunikacyjne.