3.3.10. Besprekidno napajanje - UPS

Impulsni ispravljač (SPS - Switching Power Supply) računala donekle može ublažiti nestabilnosti gradskog napona mreže, ali u pogledu nestanka struje ili jakih naponskih udara - 'špriceva' nije od koristi. U slučaju nestanka napona gradske mreže računalo se isključuje jer njegov ispravljač nema mogućnost akumuliranja energije i neminovno dolazi do gubitka tekućih podataka u radnoj memoriji, ili što je još gore može doći do oštećenja zapisa na samome disku ako je prekid nastao u momentu čitanja ili pisanja s diska. Nimalo idiličan scenarij za jedan poslužitelj.

Glede očuvanja ispravnosti računala, a time i spremljenih podataka na diskovima tijekom rada s računalom, korisno je računalo povezati preko izvora besprekidnog napajanja - UPS (Uninterruptable Power Supply). U slučaju nestanka struje preko ugrađenog akumulatora osigurava računalu napon gradske mreže u trajanju od nekoliko minuta do nekoliko desetaka minuta, ovisno o potrošnji računalnog sustava i kapaciteta akumulatora, što je dostatno za pohranu podataka i isključivanje računala ako u međuvremenu ne dođe do uspostavljanja napona gradske mreže.

Sam UPS realizira se kao preklopni (off-line) koji reagira isključivo po nestanku struje kada u nekoliko tisućinki sekunde elektronika preuzima generiranje napona mreže pretvorbom napona akumulatora, ili stalni (on-line) koji neprekidno vrši pretvorbu napona akumulatora u izmjenični napon mreže a akumulator se neprekidno nadopunjava. Naravno, druga vrsta izložena je neprekidnom naprezanju te je gabaritnija i znatno skuplja. Dobra svojstva imaju UPS uređaji tipa 'off-line' koji posjeduju stabilizator napona (AVR - Automatic Voltage Regulator) koji ublažava kolebanje napona gradske mreže, čak u rasponu od 150 V - 300 V. Za UPS je važno i vrijeme potrebno da 'shvati' nestanaka napona gradske mreže i generiranja napona iz vlastitog DC/AC (direct current / alternate current) pretvarača, odnosno vrijeme odziva (response time / switching time) po nestanku napona gradske mreže koje kod dobrog 'off-line' uređaja iznosi manje od 5 ms. Važnost oblika generiranog izlaznog napona također je od značaja, te može biti pravokutni oblik ili neka njegova varijanta najbliža sinusnom obliku, ili sinusni oblik što naravno poskupljuje uređaj.

Slika 3.3.40 UPS uređaj.

Bez obzira koja se vrsta UPS uređaja odabere, dobro je odlučiti se za onaj koji ima 25%-50% veće mogućnosti po snazi od snage tereta kojeg nadzire i nije preporučljivo koristiti potrošače koji imaju induktivna svojstva. Što je kapacitet akumulatora veću autonomnost samostalnog rada je veća, što je korisno za poslužitelje koji su u suštini tijekom dana bez fizičkog nadzora. Ako napon gradske mreže previše oscilira pažnju treba obratiti na raspon kolebanja napona gradske mreže koji UPS može anulirati Tada je ova osobitost važnija od kapaciteta ugrađenih akumulatora. U svrhu odluke pri nabavi uređaja prethodno treba utvrditi kakve su uobičajene pojave na napojnom vodu koji se koristi za priključivanje računala. Bolji UPS uređaji (obično nose oznaku SMART) imaju serijski priključak (COM) ili USB priključak za vezu s računalom, čime se uz pripadnu programsku potporu prati stanje potrošenosti akumulatora po nestanku struje. Kada napon akumulatora dođe ispod kritične granice, UPS to signalizira računalu koje se automatski gasi, a potom se gasi sam UPS. Razumljiva optička i zvučna signalizacija UPS-a nije na odmet.

Primjer XVI

Načelo rada UPS uređaja tipa 'off-line'.

Slika 3.3.41 Blok shema djelovanja UPS uređaja tipa 'off-line'.

Pri prisutnosti napona gradske mreže preklopnik 'P' stoji u položaju '1', a akumulator se puni energijom preko ispravljača. U slučaju nestanka napona gradske mreže, kontrolna elektronika za nekoliko tisućinki sekunde ustanovi nestanak električne energije i prebacuje preklopnik u položaj '2' te se koristi izmjenični napon 220 V dobiven od pretvarača napona akumulatora. Po uspostavi napona gradske mreže kontrolna elektronika prebacuje prekidač 'P' u položaj '1'. Stabilizator je sklop kojeg nemaju svi UPS uređaji. Ima zadaću da automatski podešava napon gradske mreže na deklariranu vrijednost od 220 V u slučaju da dođe do odstupanja na manje ili veće vrijednosti od standardne, pri čemu se koristi autotransformator (line-interactive UPS). Filtar ima zadaću da ublaži izobličenja oblika izlaznog napona, koje se sa vrijednosti 25-30% smanjuje na vrijednost od približno 5-10% (pasive PFC). Ako se pak koristi napredan elektronički sustav koji djeluje kao aktivni filtar (active PFC) izobličenje je oko 5% pri bilo kojem opterećenju. Pri tome se vektori struje i napona nastoje fazno što više približiti kako bi jalova snaga bila što manja. Uporabom IGBT (insulated gate bipolar transistor) tehnologije izobličenje se može smanjiti i do 2%.

UPS tipa 'on-line' nema granu koja vodi na položaj preklopnika '1' te se neprekidno vrši ispravljanje i pretvaranje električne energije (double-conversion). Prednost je što su potrošači tada neprekidno odvojeni od napona gradske mreže, što pridonosi sigurnosti i stabilnosti rada sustava. Dakako PFC sustav se podrazumijeva.

Dakle, prema obliku izlaznog napona po nestanku napona mreže UPS se izrađuje s pretvaračem kao generatorom sinusnog ili pravokutnog izlaznog naponskog oblika. Sinusni generator je uporabljiviji jer omogućava i priključivanje induktivnih tereta, ali mu je cijena veća. Za poslužitelj svakako je dobro izabrati upravo ovakav tip UPS-a, i za naše prilike odabrati takav kapacitet akumulatora koji će osigurati autonomiju sustava barem 12 sati.