EnglishПри проблеми с качеството на електрозахранването
За да функционира правилно на всички електрически консуматори, захранването трябва да отговаря на определени изисквания. Тези стандартни изисквания са заложени при конструирането на всякакъв тип електроуреди, електрооборудване, промишлени машини и пр. и неспазването им може да доведе до излизане от строя на съответното електронно устройство, а това може да причини в някои случаи огромни щети. Те се дължат на амортизирало оборудване, претоварвания в мрежата, въздействие на различни консуматори върху мрежата при включване и изключване ( най-често това са електродвигатели и газоразрядни осветителни тела), прекъсване на кабели и проводници при стихийни бедствия, удари от мълнии върху елементи от мрежата, кражба на проводници и кабели. Всички тези фактори влияят на качеството на доставяното електрозахранване, това са:
Прекъсване или пълна загуба на електрозахранването, което води до прекъсване на работата на ел. оборудване.
Понижено напрежение: По-ниско захранващо напрежение от нормалното, за по-дълъг период от време, което води до невъзможност за работа на някои консуматори на електроенергия (например прегряване на ел. двигателите).
Повишено напрежение: По-високо напрежение от нормалното за по-дълъг период от време, което обикновено води до повреда в ел. оборудването.
Кратковременно пропадане на напрежението: Мигновени прекъсвания на захранващото напрежение, които могат да доведат до аномалии в работата на ел. уредите, като загуба на данни.
Кратковременни пикове в напрежението: Мигновени нараствания на напрежението до многократно по-високи стойности от допустимото, които често водят до повреда на захранваното оборудване, както и непредсказуема работа на електро оборудването.
Флуктоация на честотата: Колебания на честотата на захранващото напрежение около номиналната стойност, което води до промяна на фактора на мощност.
Хармонични съставки на основната: Множество кратни честоти на основната в напрежението, които водят до промяна на синусоидалната му форма, а оттам и до загряване на проводниците, както и по-висока консумация на ел. енергия.
Шум и смущения: Паразитни смущения, предизвикващи изкривявания на формата на сигнала на захранващото напрежение и в резултат получаване на елекромагнитна интерференция. Най-често се дължaт от други уреди.
Не винаги щетите от това, че захранващото напрежение не отговаря на стандартното са очевидни от пръв поглед. Но независимо от това, при такава ситуация оборудването се претоварва и дори да не излезе от строя, се съкращава живота му. В други случаи това води до загуба на информация и излизане напълно от строя на скъпо струващо оборудване. За да бъде защитено електрооборудването са създадени множество защитни устройства, като филтри, стабилизатори, разредни устройства, но разглежданите UPS устройства са най-надеждният начин за защита.
Видове непрекъсваеми захранвания
UPS устройствата са базирани на различни принципи. Най-елементарните включват акумулатор и инвертор, изработващ правоъгълно изходно напрежение, до скъпи централизирани системи с мощности, надхвърлящи 100KW и генериращи изключително качествено захранващо синусоидално напрежение. За разграничаване на различните UPS устройства и тяхното квалифициране се е погрижил отдавна известният стандарт EN50091 на ЕС за непрекъсваемите токозахранващи устройства (и все още широко използван от производителите), според който UPS-ите се делят на три основни групи:
Резервни (Off-Line или Stand-by) UPS устройства
Линейно интерактивни (Line-interactive) UPS устройствата
On-line UPS устройства. Познати още като UPS устройства с двойно преобразуване (Double Conversion)
Off-Line UPS устройства
Още известни и като Stand-by или „резервни“, тези UPS устройства подават захранване директно от електрозахранващата мрежа (след като мине през филтър), докато не възникне аварийна ситуация, след която се включва инверторът и напрежението започва да се подава от вградената батерия. Тяхната конструкция е възможно най-проста и устройствата са евтини. Предназначени са предимно за защита на отделни неголеми сървъри, работни станции и РС-та, формиращи товар до 500 VA и не се препоръчват за захранване на медицинска апаратута. При работа на батерии към подаваното от тези системи напрежение няма изискване за стабилизация и синусоидална форма, което не ги отличава с особена стабилност, но в повечето случаи тя е достатъчна за безпроблемното изпълнение на базовите функции.
Тази група UPS устройства страдат от два основни недостатъка: Първият е времето за превключване на акумулаторно захранване, което е в рамките на 10 mS. Толкова голямо време за превключване не се препоръчва за чувствително оборудване. Вторият недостатък е свързан с не синусоидалната форма на изходното напрежение, поради което е забранено използването на каквито и да е мрежови филтри след него.
Линейно-интерактивни UPS (Line-Interactive)
Линейно интерактивните UPS устройства са следващата стъпка в еволюцията. Те служат предимно за неутрализиране на отклоненията в подаваното напрежение. На пазара тези системи се срещат още с обозначения като Single Conversion, Parallel on-line, Delta conversion и др. За разлика от Off-Line устройствата, линейно интерактивните имат повече развити възможности, като филтриране и наличие на доста по-ниски флуктоации на захранващото напрежение. Формата на изходното напрежение е доста по-близка до синусоида. Този тип устройства имат развита система за следене и контрол, като в по-високите модели е наличен и допълнителен автотрансформатор и схема за регулиране на изходното напрежение. Недостатъците им се коренят в голямата им прилика до Off- Line моделите, а именно във необходимо време за превключване. Все пак, тук то е редуцирано до 1-5 mS, а за разлика от Off- Line моделите, линейно интерактивните осигуряват много ефективно филтриране на мрежовото захранване, както и схема за следене и отстраняване на пиковите нараствания или пропадания на напрежението. По този начин се елиминира един от недостатъците на Off-line, а именно нерегламентираните превключвания при мигновени пикове или пропадания на напрежението в захранващата мрежа.
При нормален режим на работа на Line-Interactive UPS устройствата, инвертора зарежда акумулаторните батериите, като по този начин при задействане на UPS-а имаме реверсиране на посоката на захранване. Това осигурява по-добър контрол и по-стабилни параметри на захранващото напрежение. Те са отлично решение за работа с чувствителна техника и критични приложения при условие, че максималното натоварване не превишава 2 kVA. Времето им за реакция при сривове е доста добро, цената малко по-висока, а продължителността на автономната работа от 5 до 20 мин. Това са UPS системи, подходящи за захранване на медицинска апаратура.
On-Line UPS устройства
Използващи технологията на двойно преобразуване, тази група UPS устройства са познати още и с наименованието „активни UPS” устройства. UPS-ите с двойно преобразуване регенерират напрежението постоянно, като изходните напрежение с е напълно независимо от входното. Подходящи са за натоварване от 2 kVA нагоре а над 5 кВА друг избор просто няма. Това именно са системите, които с пълно право могат да се наричат “източници на непрекъсваемо захранване”, тъй като могат да стабилизират мрежовото напрежение в непрекъснат режим, да го “изправят” и отново да го инвертират в променливо. Време за превключване от мрежа в захранване на батерии практически няма. Параметрите на изходното променливо напрежение към консуматора, като честота и стабилност на формата, са абсолютно независими от тези на захранващата мрежа., а синусоидалните криви на напрежението са без каквито и да е дефекти.
Този тип устройства се използват за захранване на критична апаратура в области като телекомуникации, медицина, центрове за данни, сървъри с бази данни и множество други високо отговорни индустриални приложения.
Основен недостатък на този тип устройства е високата им цена и по-ниската ефективност заради двойното преобразуване, както високите разходи за поддръжка. В търсене на решение за увеличаване на КПД, някои компании, като Eaton и HP предлагат хибридни решения, които са нарекли Double Conversion On demand. По същество този тип устройства имат анализираща система, която следи параметрите на мрежовото напрежение - т.е. дали те се вписват в предварително зададена рамка. Ако всичко е наред, тогава устройството работи, като обикновен Off-Line UPS, като по този начин осигурява много висока ефективност. Ако някой от параметрите излезе от рамката, тогава устройството се превключва в On-Line режим на работа. Тази схема е много гъвкава и осигурява високо КПД.
Друг подход за реализация на по-ниски разходи за поддръжка e използването и на част от мрежовото напрежение, заедно с батериите за захранване на инвертора. При тях зареждащото устройство за батерията е заменено с "делта" преобразовател. Вместо батерията да осигурява цялото подаване на електрическо напрежение, част от него се доставя от източника на променлив ток посредством делта преобразователя. При спиране на електроснабдяването, последният преустановява работата си и UPS-ът започва да оперира като непрекъсваемо токозахранващо устройство от онлайн тип.
Линейно интерактивните и онлайн UPS устройствата позволяват паралелна работа. Именно на този принцип се постигат огромните централизирани захранващи мощности.
Освен това разделение на UPS устройствата, съществува и друго на Международната комисия по електротехника (International Electrotechnical Consortium, IEC), която през май 2003 публикува нормативната обективна класификация IEC 62040-3. Този сравнително нов стандарт оценява UPS-ите по 3-степенна схема в зависимост от мрежата, формата на кривата на напрежението и динамичната крива на изходните показания. За зависимостта от мрежите са приети 3 обозначения:
- независимост от честотата и напрежението (Voltage and Frequency Independence, VFI);
- независимост от напрежението (Voltage Independence, VI)
- зависимост от напрежението и честотата (Voltage and Frequency Dependence, VFD).
Въпросните три класа приблизително съответстват на изброените по-горе класически категории - съответно на активните (онлайн), линейно-интерактивните и резервните UPS-и. Останалите компоненти от спецификацията на IEC характеризират формата на входните криви и толерантността на изхода. Към момента в UPS устройствата на пазара се използват и двете класификации.
Освен изброените по-горе основни типове UPS устройства, съществуват и някои по-“екзотични“ решения, които не са така широко разпространени, но е редно да им се отдели малко внимание.
Мощност на UPS устройствата
Всички сте свикнали с мерната единица за мощност ват [W], защото я срещате навсякъде. Но истинското объркване настава, когато прочетете спецификациите на UPS устройствата и там срещнете мерната единица волт-ампер [VA]. Когато се заговори за променлив ток, тогава мощността придобива пълния си израз Wrms=Vrms*Irms*cos(Ф). Както се вижда, тя е произведение на ефективните стойности на напрежението и тока и един нов член, отчитащ фазовото отместване между тока и напрежението (получава се при не чисто активен товар - реактивен), нарича се фактор на мощността.
Както се вижда от израза, факторът на мощността може да приема стойности от 0 до 1, като на практика за различните консуматори варира от 0,5 до 1. Това означава, че при реактивен товар спрямо активен с аналогична мощност протичащият ток може да достигне до два пъти (и повече) по-високи стойности. Именно поради това и заради факта, че консуматорите на UPS устройствата не са чисто активни, изходният инвертор е съобразен със споменатото и изходната мощност се дава като пълна мощност с волт-ампери [VA]. Ако е дадена и ефективната мощност на UPS устройството, много лесно може да се изчисли какъв товар и какъв фактор на мощността са заложени при конструирането му – cos(Ф)=Prms/Pfull. Обикновено повечето UPS устройства са конструирани да могат да захранват консуматори с фактор на мощността cos(Ф)=0,55-0,65.
Избор на UPS
На пазара има голямо разнообразие от UPS устройства, предлагани от много компании. За жалост изборът на UPS устройство не се свежда само до мощността на товара или до правилото “гледаме да е по-мощен и купуваме”. Първо трябва да си отговорим на някои основни въпроси, за да изясним какъв точно UPS ще ни е необходим и да закупим най-ефективното ценово решение. Цените варират в големи граници в зависимост от типа и характеристиките и растат с геометрична прогресия в зависимост от мощността. Правилото е UPS устройството да се натоварва с около 70-80% от пълната му мощност, за да работи оптимално. Това е особено важно за On-line моделите, където се гони и по-висока енергийна ефективност, а не е тайна, че именно КПД при тях е най-високо при такова натоварване.
За съвременните компютърни системи вече не са валидни старите схващания, че евтин UPS с не синусоидална форма е отлично решение. Както навсякъде, така и при тях, се променя схемотехниката и с масовото навлизане на Active PFC захранващите блокове за персоналните компютри е практически невъзможно да работят нормално с различна от синусоидална форма на захранващото напрежение. Понякога се налага удължено време на работа на UPS устройствата, заради удължена процедура на включване на резервния дизелов генератор. Тогава би било добре да се търсят решения с възможност за добавяне на външни акумулатори. Обикновено времето за автономна работа се избира по правилото '' минимум два пъти по-голямо от необходимото''. Това гарантира, че при амортизирането на акумулаторите няма да има никакъв проблем. Почти всички съвременни UPS устройства предлагат допълнителни функции, като софтуер за следене на параметрите им на локален дисплей или компютър.
В заключение
Информационните технологии се развиват с невероятна скорост, но електро захранването им, по същество, си остава непроменено. Проблемите с електричеството са една от основните причини за принудителното бездействие на сървъри и персонални компютри, така че си струва да се помисли за този тип защита. Впишете разходите за това в графата „задължителни", иначе рискувате един ден да се окажете в ситуация, когато най-ценното ви електронно оборудване е в принудителен престой.