WADY I ZALETY ZASILACZY AWARYJNYCH UPS

WADY I ZALETY ZASILACZY AWARYJNYCH UPS
Zasilacze awaryjne UPS zwyczajowo dzielimy na następujące grupy:



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 offline 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.
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.
2.
3.
4.
5.
6.
Niska cena jednostkowa zasilacza
Niska cena jednostki mocy (VA)
Zerowy koszt instalacji
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)
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.
2.
3.
4.
5.
6.
Bardzo duża niezawodność wynikająca z nadmiarowości
Zerowy koszt instalacji w przypadku małych mocy
Skalowalność (przyrost stanowisk – 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:
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.
2.
3.
4.
5.
Wysoka cena jednostki mocy (VA)
Wysoka cena jednostkowa zasilacza
Ograniczona możliwość optymalizacji dostarczanej mocy (mały asortyment mocy)
Brak skalowalności (system zamknięty)
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)