UPS - zasilacze awaryjne

Zasilacz awaryjny, czyli tak zwany UPS

Zasilacze awaryjne UPS to specjalistyczne urządzenia, które pozwalają na utrzymanie zasilania komputera lub serwera w przypadku utraty zasilania sieciowego, a także zmiany jego parametrów na niekorzystne. Te wyposażone w akumulatory urządzenia uruchamiają się gdy tylko zostaną wykryte nieprawidłowości w tym zakresie. Zasilacze UPS chronią użytkowników komputera przed utratą danych, a także przed uszkodzeniem poszczególnych podzespołów (szczególnie na uszkodzenia w trakcie przepięć narażone są zasilacze komputerowe, dyski twarde HDD, dyski SDD i płyty główne). Zasilacze awaryjne UPS powinny się znaleźć na wyposażeniu każdej firmy, która korzysta ze sprzętu komputerowego, ale nad takim rozwiązaniem warto jest się zastanowić w przypadku użytkowania komputera w domu.

Parametry zasilaczy UPS oraz ich wpływ na komputer

• Moc pozorna wyjściowa - Najważniejszym zestawem parametrów zasilaczy ups jest pozorna moc wyjściowa podawana w VA, kVA albo MVA. Im większa wyjściowa moc pozora tym "mocniejszy" jest nasz zasilacz awaryjny. Najsłabsze jednostki UPS posiadają moc wyjściową około 250VA, podczas gdy najczęściej nabywane zasilacze charakteryzują się tą wartością na poziomie 600VA. Spotkać można jednak komputerowe zasilacze awaryjne o mocy 3000VA i większej.
• Współczynnik mocy (cosφ wy) - Dobierając zasilacz awaryjny musimy wiedzieć jaką moc pobiera nasz komputer. Jednak nie możemy się tutaj kierować bezpośrednio mocą pozorną, dlatego iż rzeczywista moc naszego zasilacza zależy od współczynnika mocy. Współczynnik mocy wyjściowej oznaczany często jako "cosφ wy" pozwala poznać moc czynną zasilacza awaryjnego wyrażoną jako W, kW albo MW. Współczynnik mocy uzależniony jest najczęściej od mocy UPS oraz stopnia zaawansowania ich budowy. Zazwyczaj zawiera się on w przedziale od 0,6 dla słabszych urządzeń do 1,0 dla najbardziej zaawansowanych technologicznie jednostek. Większość zasilaczy awaryjnych posiada współczynnik mocy wynoszący około 0,8.
• Rzeczywista moc wyjściowa - Znając wyjściowe wartości mocy pozornej oraz współczynnika mocy możemy wyliczyć jego rzeczywistą moc wyjściową. Weźmy na przykład zasilacz UPS mający moc pozorną 600VA oraz współczynnik mocy cosφ 0,85. Dzięki tym danym wiemy, że można go bciążyć obciążyć mocą 510W. Jest to jego rzeczywista moc wyjściowa. Wiedząc jakie jest zapotrzebowanie energetyczne naszego komputera wyrażane w W, dobierając moc zasilacza USP kierujmy się jego rzeczywistą mocą wyjściową
• Tolerancja napięcia wejściowego - Wartość Tolerancji napięcia wejściowego podaje się w %. Wyraża ona zakres wartości napięcia w jakim zasilacz awaryjny będzie pracować poprawnie czyli nie przejdzie w tryb pracy bateryjnej w celu ochrony zasilanych podzespołów. Nawet jeżeli nasz dostawca energii elektrycznej zagwarantuje stabilność napięcia w przedziale od 15% do +10%, to ważne jest aby zakres napięcia tolerowanego przez zasilacz UPS był szerszy. Ma to szczególne znaczenie przy współpracy z agregatem prądotwórczym, który czasami ma spore wahania napięć.
• Tolerancja częstotliwości napięcia wejściowego - Kolejny istotny parametr określający jakość naszego zasilacza to jego tolerancja częstotliwości wyrażana w %. Wartość ta określa przedział częstotliwości napięcia wejściowego, w obrębie którego nasz zasilacz awaryjny będzie poprawnie funkcjonuje, czyli tak jak poprzednie w tryb pracy bateryjnej w celu ochrony zasilanych podzespołów. Ten parametr jest istotny przy zasilaniu UPS z innych źródeł niż sieć energetyczna.
• Tolerancja szybkości zmian częstotliwości (slew rate) - Wielkość ta oznacza jest w Hz / s. Wyraża ona maksymalną prędkość zmian częstotliwości napięcia wejściowego, którą zniesie zasilacz awaryjny bez zerwania synchronizacji z wejściem napięcia. W niektórych rodzajach zasilaczy UPS wyjście poza ten zakres spowoduje przejście w tryb działania na zasilaniu bateryjnym. Jest to istotny parametr zwłaszcza jeżeli chcemy aby nasz zasilacz awaryjny współpracował z agregatem prądotwórczym.
• Współczynnik mocy wejściowej (cosφ we) - Współczynnik mocy wejściowej informuje nas o przesunięciu fazowym między prądem wejściowym UPS a napięciem jakie będzie go zasilać. W idealnych warunkach współczynnik mocy wejściowej powinien zostać dopasowany do typu źródła zasilania naszego UPS. Im większa wartość współczynnika mocy wejściowej, tym mniejsza moc bierna będzie pobierana przez zasilacz.
• Zniekształcenia prądu wejściowego (THD Iwe) - W realnych warunkach, większość zasilaczy awaryjnych nie jest podłączana do izolowanych źródeł zasilania. W skrajnych przypadkach wysoka wartość współczynnika zawartości harmonicznych w prądzie wejściowym może spowodować znaczące zniekształcenia napięcia zasilającego. Im bardziej niestabilne źródło napięcia, tym większe odkształcenia harmoniczne. Nieprawidłowy kształt napięcia zasilającego może być przyczyną przełączenia się zasilacza awaryjnego w tryb pracy bateryjnej. Jeżeli planujemy przyłączenie UPS do agregatu prądotwórczego to musimy zastosować odpowiednie dostosowanie mocy agregatu do mocy zasilacza awaryjnego, w zależności od wartości współczynnika THD Iwe.
• Przeciążalność - Przeciążalność jest ważną wartością określającą przez jak długi czas zasilacz UPS będzie w stanie dostarczyć odpowiednio większy prąd w stosunku do wartości nominalnej. Najczęściej przeciążenia występują w sytuacji wystąpienia odległych zwarć albo uruchamiania urządzeń o dużym prądzie rozruchowym (na przykład silników). Akceptowalna wartość przeciążenia wyjścia zasilacza awaryjnego i czas jego trwania determinowana jest zwykle przez charakterystykę temperaturową zastosowanego falownika. W przypadku przekroczenia parametrów pracy UPS przechodzi automatycznie w tryb obejścia, czyli tak zwany „by-pass”.
• Współczynnik szczytu (crest factor) - Stosunek wartości maksymalnej prądu wyjściowego do jego wartości skutecznej nazywany jest współczynnikiem szczytu, czyli crest factor. Współczynnik ten wyznacza zdolność UPS do zasilania odbiorników nieliniowych (zasilacze impulsowe itp.). Przy zbyt niskiej wartości tego współczynnika mogą wystąpić odkształcenia napięcia wyjściowego UPS.
• Miękki start - "soft start" - Układ miękkiego startu jest właściwie niezbędny dla zapewnienia prawidłowej współpracy zasilacza UPS z agregatem prądotwórczym. Stopniowe narastanie prądu wejściowego UPS w czasie kilku ... kilkunastu sekund nie powoduje zbyt dużych wahań prędkości obrotowej agregatu i tym samym gwarantuje utrzymanie częstotliwości napięcia zasilającego w zakresie tolerowanym przez UPS.
• Sprawność - Sprawność zasilacza UPS jest niezwykle istotna z punktu oszczędności i kosztów eksploatacji. Im wyższa sprawność tym mniejsze straty ciepła emitowane do otoczenia, mniejsza moc systemu klimatyzacji (wentylacji) i mniejsze koszty jego eksploatacji.
• Czas podtrzymania - Czas podtrzymania zależy w zdecydowanym stopniu od zastosowanego zestawu baterii. Na czas podtrzymania wpływa także sprawność zasilacza UPS (straty cieplne falownika). Czas podtrzymania podawany jest dla obciążenia znamionowego (decyduje moc czynna wyrażona w W, kW lub MW).

Na jakie parametry zasilacza UPS warto jest zwrócić uwagę przed zakupem?

Pierwszym parametrem zasilacza UPS, który należy przeanalizować przed jego zakupem, jest moc (podawana w watach). Pobór mocy zależy głównie od konfiguracji i poziomu obciążenia sprzętu, ale dla uzyskania pewności warto jest dokonać pomiaru za pomocą woltomierza lub specjalistycznego oprogramowania. Jest to niezwykle istotne, ponieważ zbyt obciążony zasilacz awaryjny UPS może się po prostu bardzo szybko wyłączyć lub nawet nie uruchomić się. Drugą, równie istotną rzeczą, jest liczba gniazd wyjściowych, które są chronione przez zasilacz. Absolutnym minimum w przypadku komputera stacjonarnego są w takim przypadku trzy gniazda (na jednostkę centralną, monitor oraz urządzenie dodatkowe, jak np. router). W firmach takie zasilacze jednak się nie sprawdzą. Trzeba wówczas zainwestować w zasilacz z co najmniej 6 lub 8 gniazdami (na szereg innych urządzeń biurowych).

Jaki kupić zasilacz awaryjny?

Wśród innych aspektów, które warto jest rozpatrzyć przed zakupem, znajduje się odmiana zasilacza. Obecnie na rynku można spotkać trzy zasadnicze rodzaje zasilaczy. Są to zasilacze awaryjne z bierną rezerwą (tzw. zasilacze off-line), zasilacze typu line-interactive oraz zasilacze z podwójną konwersją zwane inaczej zasilaczami on-line. Najtańszym rozwiązaniem są zasilacze off-line, ale chronią one jedynie przed utratą zasilania w gniazdku elektrycznym. Koszt zakupu takiego zasilacza jest niewielki i wynosi zazwyczaj od 100 do nieco powyżej kilkuset złotych. Jeśli chodzi o zasilacze typu line-interactive dodatkowo chronią one użytkowników sprzętu komputerowego przed zakłóceniami pochodzącymi z sieci, a najdroższe zasilacze on-line zapewniają całkowite odseparowanie sprzętu od sieci energetycznej i związanych z tym zakłóceń oraz natychmiastowe przełączenie się z pracy sieciowej na pracę akumulatorową.

Za zasilacze typu line-interactive oraz on-line trzeba już jednak zapłacić od kilkuset do kilku, a nawet kilkunastu tysięcy złotych. Dla osób, które chcą jak najdłużej pracować na komputerze po utracie energii równie istotnym parametrem będzie czas podtrzymania pracy określonych urządzeń przy 50% oraz 100% obciążeniu zasilacza awaryjnego. W tym pierwszym przypadku (50% obciążenia) tańsze zasilacze osiągają zwykle maksymalny czas pracy rzędu 5-6 minut. Jest to wystarczający czas na to by zapisać wyniki pracy i bezpiecznie wyłączyć sprzęt. Jeśli chodzi o droższe modele, ten parametr jest w ich przypadku zwykle wyraźnie lepszy. Takie zasilacze mogą podtrzymywać pracę innych urządzeń przy 50% obciążeniu, nawet przez 30-40 minut (a trzeba zwrócić przy tym uwagę na to, że muszą one radzić sobie z dużo większą mocą). Bardzo ważna dla użytkowników zasilaczy awaryjnych jest również sygnalizacja ich pracy.

Najprostszym rozwiązaniem jest sygnalizacja dźwiękowa lub diodowa. Jednak tego typu rozwiązania nie są doskonałe, ponieważ w ich przypadku trzeba pilnować by w odpowiednim momencie wyłączyć sprzęt zanim zostanie odcięte zasilanie. Najlepszym rozwiązaniem może być zakup zasilacza z oprogramowaniem, które informuje osobę korzystającą ze sprzętu o wyczerpaniu się akumulatorów, a także wybór zasilacza z panelem LCD, na którym od razu widać jakie parametry posiada zasilacz UPS w danej chwili. Za tego typu rozwiązania trzeba jednak już sporo dopłacić. Tańsze modele zasilaczy awaryjnych UPS są dość proste pod względem budowy i nie mieści się na nich zwykle dodatkowy wyświetlacz.

Jaka moc zasilacza awaryjnego UPS?

W gronie zasilaczy awaryjnych, obecnie największą, bo ponad 50% popularnością cieszą się zasilacze awaryjne APC. Wynika to z ich doskonałej jakości w stosunku do ceny. Szczególną uwagę warto jest zwrócić na zasilacz awaryjny typu line-interactive – APC Back-UPS 1400VA. Za nieco ponad 500 złotych można nabyć w tym przypadku zasilacz o wysokiej mocy 700W z 4 gniazdami wyjściowymi oraz z wyświetlaczem LED informującym o jego stanie. Co niezwykle istotne, jest on w stanie podtrzymać czas pracy podłączonych do niego urządzeń aż przez 11 minut, w przypadku gdy będą one wykorzystywały 50% jego mocy. Równie ciekawym rozwiązaniem, szczególnie dla firm, może być zakup posiadającego aż 8 gniazd wyjściowych zasilacza APC Back-UPS RS 900 VA. Posiada on już jednak nieco mniejszą moc – około 600W, ale ze względu na koszt zakupu nieprzekraczający 1000 zł, stanowi doskonały kompromis w kwestii cena / jakość.

Jeśli chodzi o inne zasilacze awaryjne UPS, osoby indywidualne i firmy cenią sobie także zasilacze awaryjne PowerWalker i Ever. W przypadku zasilaczy awaryjnych UPS PowerWalker, szczególnie warto jest zwrócić na jeden z najtańszych modeli zasilaczy typu line-interactive – VI 800 SC/FR. Ten posiadający moc 480W zasilacz awaryjny komunikujący się z urządzeniami za pomocą portu USB, można nabyć już za niecałe 300 złotych. Jedynym jego mankamentem jest mała liczba portów, ale jest to doskonały wybór dla osób, które poszukują tańszego zasilacza do celów korzystania z niego w domu. Wśród zasilaczy EVER, warto jest z kolei zwrócić uwagę na model SINLINE RT XL 3000. Może on obsługiwać aż 9 urządzeń o łącznej mocy 3000W i jak na podobne zasilacze line interactive tego typu, jest on dostępny w bardzo dobrej cenie (poniżej 4000 zł). Sprawdza się on już dzięki temu w firmach, które korzystają z dużej ilości sprzętu komputerowego oraz z serwerów.