Nie tylko IT potrzebuje UPS-ów

Począwszy od biur z wieloma komputerami PC i sprzętem sieciowym, po wielopiętrowe garaże ze szlabanami i automatycznymi kasami – lista miejsc, w których mogą sprawdzić się zasilacze UPS, jest bardzo długa. Oprócz sprzętu informatycznego, ochrony zasilania wymagają też: oświetlenie awaryjne w budynkach, alarmy przeciwpożarowe i czujniki dymu, kamery monitoringu wideo, systemy kontroli dostępu, telefonia, instalacje Digital Sig-nage, windy, nowoczesne pompy czy piece. Koniecznością staje się stosowanie UPS-óww systemach smart home. Użytkownicy, starając się wybrać optymalny zasilacz UPS do poszczególnych zastosowań, często popełniają błędy. Zwykle nie potrafią ocenić wymaganej mocy urządzenia na wyjściu.

– Moc UPS-a podawana jest w VA, czyli wolto-amperach, zaś moc podłączanych odbiorników jest wyrażana w watach, oznaczonych symbolem W. Dlatego należy dobrać UPS, biorąc pod uwagę współczynnik mocy – power factor. Ten z kolei, w zależności od topologii (off-line, line interactive oraz on-line), wynosi od 0,6 do 1,0 – tłumaczy Urszula Fijałkowska, Senior Partner Account Manager PL & Baltics w Vertivie.

Zdarza się też, że klienci – kierując się głównie ceną – wybierają UPS off-line i oczekują, że będzie miał taką samą funkcjonalność jak rozwiązanie on-line. A to zupełnie inne topologie i obszary zastosowań. Niekiedy dochodzi też do sytuacji odwrotnej: do zastosowań konsumenckich są wykorzystywane urządzenia o zbyt wygórowanych parametrach.

Tworząc projekt zasilania gwarantowanego dla klienta biznesowego, integrator będzie musiał więc odpowiedzieć na pytanie, jaki typ i konfiguracja UPS-ów będzie najlepsza. A to zależy od różnych czynników. Przede wszystkim trzeba wziąć pod uwagę wartość obciążenia krytycznego oraz jego charakter – czy jest bardziej scentralizowane czy też rozproszone. W wyborze optymalnego rozwiązania duże znaczenie będą też miały posiadane przez integratora kompetencje w zakresie instalacji i utrzymania UPS-ów.

Jaka moc, jaki czas podtrzymania?

Dokładne odpytanie klienta pomoże integratorowi ustalić, jak dużą moc musi mieć dostarczony system zasilania gwarantowanego, by zapewniał bezproblemową obsługę chronionym urządzeniom. Wynika ona ze znamionowych mocy zabezpieczanego sprzętu, ale – jak przekonują eksperci Schneider Electric – ich suma nie powinna być równa mocy dobieranego zasilacza. Powinien on zapewniać odpowiedni jej zapas i pracować w zakresie od 60 do 70 proc. swoich maksymalnych możliwości. Przy czym w praktyce, ze względu na bezpieczeństwo i zapas mocy przeznaczonej na przyszłą rozbudowę chronionej infrastruktury, stosuje się nawet zakres od 40 do 50 proc.

Następnym krokiem jest określenie czasu podtrzymania. Ze względu na charakter chronionych urządzeń UPS może być tak zwymiarowany, aby zapewnić zaledwie jedną minutę zasilania bateryjnego albo pięć, ewentualnie o wiele więcej. Krótki czas podtrzymania będzie wymagany w systemach z generatorem. Najczęściej potrzeba będzie wtedy od jednej do dwóch minut zasilania awaryjnego, dopóki generator się nie włączy. W pozostałych sytuacjach trzeba z klientem określić, w jakim czasie da się bezpiecznie wyłączyć sprzęt chroniony przez UPS-a. W zależności od liczby i rodzaju urządzeń, mogą to być bardzo różne wartości. Niektóre zasilacze UPS i podłączony do nich sprzęt można zaprogramować tak, aby samodzielnie go wyłączały, co znacznie przyspiesza ten proces.

Wymagany czas pracy wpłynie na to, jakie baterie będą dla klienta najbardziej odpowiednie. Ma to ma duży wpływ na cenę końcową całego systemu, gdyż baterie mogą okazać się droższe niż sam UPS. Na rynku są już dostępne zasilacze z akumulatorami litowo-jonowymi. Tego typu ogniwa zapewniają, w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi, tę samą pojemność magazynowania energii przy dużo mniejszym rozmiarze i masie. Mają także znacząco większą żywotność. Jednak, póki co, koszty zakupu tego rozwiązania ograniczają jego zastosowanie.

Jedna czy trzy fazy?

Odpowiedź na to pytanie wymaga przyjrzenia się urządzeniom, które ma chronić zasilacz UPS, i potrzebnej mocy zasilania gwarantowanego (wyrażonej w kVA). Zdaniem większości ekspertów przy obciążeniu o mocy do 20 kVA można z powodzeniem używać jednofazowych UPS-ów. Większe będą najprawdopodobniej wymagać trójfazowego zasilacza. W tym drugim przypadku do rozważenia będzie kwestia konfiguracji, w jakiej ma pracować trójfazowe urządzenie: czy ma to być 3/1 (umożliwia pobieranie trójfazowego zasilania, ale dostarczanie do odbiorników jednej fazy), czy może 3/3 (w której pobierane jest i oddawane zasilanie trójfazowe).

Odpowiedź również zależy od rodzaju urządzeń, które UPS ma chronić. Serwery czy macierze dyskowe zwykle korzystają z zasilania jednofazowego. Z kolei sprzęt medyczny – urządzenia do rezonansu magnetycznego (MRI) albo większe maszyny przemysłowe – mogą wymagać zasilania trójfazowego.

Centralny UPS czy wiele rozproszonych?

Biorąc pod uwagę łatwość wdrażania można dojść do wniosku, że pojedynczy scentralizowany UPS będzie prostszy do zainstalowania niż wiele rozproszonych urządzeń. Jednak w systemie centralnym często konieczne będzie użycie dużego, trójfazowego UPS-a, którego wdrożenie nie będzie łatwe. Do poprawnego zainstalowania i skonfigurowania tego rodzaju zasilacza wymagana jest wiedza i uprawnienia, a to może oznaczać, że integrator nie obejdzie się bez pomocy z zewnątrz. Z systemami trójfazowymi wiąże się także o wiele więcej pracy w zakresie bieżącego utrzymania.

Z kolei w projekcie z wieloma rozproszonymi UPS-ami można wykorzystać jednofazowe zasilacze, znacznie łatwiejsze w instalacji i nieskomplikowane w utrzymaniu. Oczywiście ostateczny wybór będzie zależeć od wielkości urządzeń, które trzeba chronić. Gdy będą duże, może być wymagana instalacja trójfazowego UPS-a. Tym bardziej, że często jest on bardziej niezawodny niż system jednofazowy. Dzięki wbudowanym funkcjom nadmiarowości charakteryzuje się dłuższym średnim czasem działania pomiędzy awariami (Mean Time Between Failure). Można więc założyć, że jeden duży, centralny zasilacz tego typu zapewni większą ochronę niż wiele rozproszonych, jednofazowych UPS-ów. Jednak w praktyce nie jest to takie proste. W przypadku problemów z centralnym UPS-em, zagrożone są wszystkie chronione urządzenia. W podejściu rozproszonym kłopoty z jednym zasilaczem dotyczą tylko sprzętu chronionego przez ten UPS.

Zasadne może być wdrożenie u klienta zarówno centralnego UPS-a, jak i wielu mniejszych. Przykładem niech będzie szpital, który może wykorzystywać centralny trójfazowy zasilacz do ochrony oświetlenia awaryjnego (łatwiej bowiem jest podłączyć wszystkie obwody oświetlenia do tego samego UPS-a). Jednak każda sala operacyjna czy pomieszczenie do diagnostyki obrazowej będzie już wymagać własnego zasilacza, ponieważ mają one wyjątkowo krytyczne znaczenie. Nie można ryzykować, że z powodu awarii centralnego UPS-a zabraknie zasilania podczas działań ratujących życie. Podobnie może być w handlu detalicznym, chociażby w supermarkecie, w którym rozproszone zasilacze będą chronić poszczególne stanowiska kasowe, a centralny UPS zadba, w razie potrzeby, o ciągłość działania oświetlenia i systemów HVAC (heating, ventilation, air conditioning).

Zdaniem specjalisty

Na czym zarobi integrator?

Integratorzy mogą zarabiać na sprzedaży połączonych systemów i aplikacji, a zatem wielu uzupełniających się rozwiązań jednego bądź kilku producentów. Dodatkową okazją do zarobku jest serwis i utrzymanie sprzedanych urządzeń i wdrożonych systemów. Wreszcie zyski może przynieść modernizacja i wymiana starszej infrastruktury. To konieczne chociażby ze względu na baterie w UPS-ach, które w wyniku eksploatacji i z upływem lat tracą sprawność. Także zaimplementowana w nich elektronika z czasem traci swoje pierwotne właściwości i wymaga wymiany.

– Przyjmuje się, że w zależności od typu UPS-a – jedno- lub trójfazowego – baterie powinny być wymieniane co dwa albo trzy lata. W przypadku UPS-ów jednofazowych, kompletne urządzenie powinno być wymienione między piątym a siódmym rokiem eksploatacji. Oczywiście na stan sprzętu ma wpływ wiele czynników, wśród których najważniejsza jest temperatura, decydujących o tym, że urządzenie zachowuje sprawność w dłuższym lub krótszym czasie – twierdzi Urszula Fijałkowska.

Zdaniem integratora

Do wymiany starszego sprzętu zasilającego na nowszy mogą skłonić klienta rosnące ceny energii. Jeśli w serwerowni wykorzystywane są starsze zasilacze UPS o sprawności, przykładowo 70 proc., to przy małym obciążeniu na każde 1000 W traci się 300 W. Nie tylko oznacza to wyższe rachunki za energię, ale także konieczność schłodzenia wydzielanego dodatkowo ciepła, co skonsumuje jeszcze więcej prądu. Po wymianie przestarzałego sprzętu zasilającego na nowe UPS-y, ze sprawnością dochodzącą do 99 proc., energia niemal w całości zasili sprzęt IT.

Wiedzy o tym, ile energii zużywają urządzenia IT w szafie serwerowej, mogą dostarczać nowoczesne listwy PDU. W najprostszym wariancie poinformują o tym bezpośrednio na zamontowanych w nich wyświetlaczach LED. W tym bardziej zaawansowanym, dostarczą danych o zużyciu energii w szafie, w rozbiciu na poszczególne gniazda.

Podstawowe typy zasilaczy UPS

UPS z bierną rezerwą (off-line)

Ten najprostszy rodzaj zasilacza był do niedawna najczęściej stosowany do ochrony komputerów osobistych. W zasilaczu off-line przełącznik źródeł zasilania jest ustawiony tak, aby wybierał filtrowane wejście zmiennoprądowe jako główne źródło zasilania, a w razie awarii głównego źródła przełączał się na akumulator i inwerter jako źródło rezerwowe. Głównymi zaletami tej konstrukcji są: duża sprawność, niewielkie rozmiary i niskie koszty. Z powodu spadających cen elektroniki jest ona systematycznie wypierana przez UPS-y o topologii line interactive.

UPS line interactive

W tej konstrukcji przetwornik (inwerter) napięcia z akumulatora na napięcie zmienne jest stale podłączony do wyjścia zasilacza. W razie awarii zasilania zewnętrznego przełącznik źródeł zasilania zmienia pozycję, umożliwiając przepływ prądu z akumulatora na wyjście UPS-a. Ta konstrukcja, w porównaniu z topologią off-line, zapewnia dodatkowe filtrowanie i stabilizację zasilania w razie wahań napięcia wejściowego. To ważne, bo ogranicza częste przełączanie się zasilacza na akumulator, skutkujące wcześniejszym zużyciem się baterii. Duża sprawność i niezawodność, niewielkie rozmiary oraz niskie koszty w połączeniu z możliwością korygowania stanów niskiego lub wysokiego napięcia sieci sprawiają, że jest to najczęściej stosowany typ zasilacza UPS o mocy 0,5–5 kVA.

UPS on-line z podwójną konwersją

To najpopularniejszy typ zasilacza o mocy powyżej 10 kVA. W tej konstrukcji awaria zewnętrznego zasilania zmiennoprądowego nie powoduje zadziałania przełącznika źródeł zasilania, ponieważ zasilanie zewnętrzne służy wyłącznie do ładowania akumulatora zasilającego inwerter wyjściowy. W rezultacie – w odróżnieniu od zasilaczy off-line i line interactive – przełączenie na zasilanie bateryjne następuje natychmiast. Zasilacz on-line zapewnia też niemal idealne parametry elektryczne na wyjściu. Wadą  tego typu konstrukcji jest to, że zarówno układ ładujący akumulator, jak i inwerter przetwarzają całą moc obciążenia, co prowadzi do obniżenia sprawności (a więc większego poboru energii) oraz zwiększonego wytwarzania ciepła.