Často kladené otázky

Při výběru UPS se nutně klade otázka počátečních nákladů, což někdy vede organizace k nákupu méně kvalitního produktu za nižší cenu. Je však nezbytné pečlivě prostudovat drobný tisk, abyste zajistili, že jste zvolili modulární systém, který skutečně splní zamýšlený účel: chránit kritické napájení vašeho datového centra s nejvyšší možnou úrovní dostupnosti.

Zajímavé je, že u některých vysoce kvalitních UPS se často v průběhu delší doby dosahují úspor díky vyšší účinnosti, což vede ke snížení provozních nákladů a celkových nákladů na vlastnictví (TCO). Proto je obvykle vhodné provést komplexní nákladovou analýzu.

Jak tedy datová centra mohou vybrat UPS tak, aby maximalizovala dostupnost – to je jejich primárním cílem? V podstatě nesmí existovat žádné potenciální jediné body selhání. Před uzavřením smlouvy je rozhodující pečlivě pochopit konfiguraci a přesnou definici modulárního systému.

Na nejzákladnější úrovni je jednotka samostatného UPS, která chrání kritické zatížení, označována jako konfigurace systému N. Samostatná jednotka UPS však nemá žádnou odolnost v případě poruchy jednotky nebo jejího odstavení kvůli preventivní údržbě. Paralelní zapojení druhé samostatné jednotky UPS se stejným výkonem poskytuje odolnost a označuje se jako konfigurace N+1. Je také možné paralelně zapojit několik samostatných jednotek s nižším individuálním výkonem, čímž se dosáhne stejné filozofie.

Jinou definicí modulárního systému je samostatná jednotka UPS navržená a vyrobená ve formátu modulů. Hlavní komponenty – usměrňovač, střídač a statický spínač – jsou modulární. Pokud například dojde k poruše usměrňovače, lze jej snadno vyměnit. Výzvou této konfigurace je, že pokud jeden komponent selže, celá funkčnost jednotky UPS zároveň vypadne. I když jde o modulární systém, jeho úroveň dostupnosti nebude spolehlivá.

Lepším řešením je to, co nazýváme „skutečně modulární UPS“. Jedná se o systém, ve kterém je několik samostatných modulů UPS umístěno v rámci jednoho rámu. Každý z těchto samostatných modulů je samostatnou jednotkou UPS se vlastním usměrňovačem, střídačem a statickým spínačem a všechny pracují online paralelně navzájem. Například šest modulů UPS o výkonu 50 kW může být typicky umístěno v jediném rámu, čímž vznikne odolná konfigurace 300 kW v režimu N+1. V případě potřeby lze modul vyměnit za cca 30 sekund za provozu (tzv. „hot-swap“), zatímco ostatní moduly nadále zajišťují napájení kritické zátěže.

V žádném okamžiku není nutné převést systém do údržbového obezvu (maintenance bypass) a tedy na nepřerušované síťové napětí.

Některé jiné modulární systémy zahrnují usměrňovač a střídač přímo ve svých modulech, ale statický přepínač je centralizovaný a oddělený. To vytváří potenciální jediný bod selhání. Výměna samostatného statického přepínače může trvat jen několik minut, avšak v závislosti na umístění může být pro technika údržby nutné několik hodin, než se dostane na místo, kde jej má vyměnit. Během této doby systém nemůže přepnout do režimu statického obejítí. U skutečně modulárního systému, kde je statický přepínač součástí každého modulu, ostatní moduly v rámci UPS nadále zajišťují ochranu zátěže, dokud nebude poškozený modul vyměněn. Tím se úroveň dostupnosti výrazně zvyšuje.

Vyvinuli jsme svůj nejnovější generový skutečně modulární UPS systém, který nabízí účiník vyšší než 0,99 a nízké celkové náklady na vlastnictví (TCO) díky naší technologii Maximum Efficiency Management (MEM) a nízkým ztrátám energie. Náš tým konstruktérů spolupracuje s datovými centry již mnoho let a je na předním okraji technologického vývoje.

1. Vysokofrekvenční zařízení:

Použitím technologie vysokofrekvenčního spínání jsou ve střídačích a usměrňovačích nahrazovány transformátory síťové frekvence UPS vysokofrekvenčními spínacími prvkami, což je běžně označováno jako vysokofrekvenční zařízení. Vysokofrekvenční zařízení jsou malých rozměrů a vykazují vysokou účinnost.

2. Zařízení síťové frekvence:

UPS, které používají transformátor síťové frekvence jako součást usměrňovače a střídače, se běžně označují jako zařízení síťové frekvence.

Vysokofrekvenční zařízení versus průmyslové frekvenční zařízení.

2-1: Vysokofrekvenční stroj nemá izolační transformátor a jeho výstupní nulový vodič obsahuje vysokofrekvenční proud, který pochází především z harmonického rušení ze sítě, pulzujícího proudu usměrňovače UPS a vysokofrekvenčního invertoru, a také z harmonického rušení zátěže. Rušivé napětí je nejen vysoké hodnoty, ale také těžko odstranitelné. Naproti tomu výstupní napětí mezi nulovým vodičem a uzemněním u stroje pracujícího na síťovou frekvenci je nižší a neobsahuje žádnou vysokofrekvenční složku, což je pro bezpečnost komunikace v počítačových sítích důležitější.

2-2: Výstup vysokofrekvenčního stroje není izolován transformátorem. Pokud dojde ke zkratu výkonového prvku invertoru, vysoké stejnosměrné napětí na stejnosměrné sběrnici (DCBUS) se přímo přenese na zátěž, což představuje bezpečnostní riziko; u stroje pracujícího na síťovou frekvenci k tomu nedochází.

2-3: Stroj pracující na síťovou frekvenci má vysokou odolnost vůči nárazovým zátěžím.

1. Poměr energie k hmotnosti je relativně vysoký. Hustota uložené energie dosahuje 460–600 Wh/kg, což je přibližně 6–7krát více než u olověných akumulátorů;

2. Dlouhá životnost – může dosáhnout více než 6 let. Lithium-železo-fosfátová baterie s kladnou elektrodou nabíjená a vybíjená proudem 1C (100 % DOD) má zaznamenanou životnost až 10 000 cyklů.

3. Jmenovité napětí je vysoké (pracovní napětí jedné buňky je 3,7 V nebo 3,2 V), což odpovídá přibližně sériovému napětí tří akumulátorů typu nikl-kadmium nebo nikl-metalhydrid, čímž se usnadňuje sestavení bateriového balíčku;

4. Vysoká výkonová odolnost: lithno-železo-fosfátové lithiové iontové baterie používané v elektrických vozidlech umožňují nabíjení a vybíjení při proudových hustotách 15–30 C, což usnadňuje intenzivní start a zrychlení;

5. Velmi nízká míra samovybíjení je jednou z nejvýraznějších výhod této baterie. V současné době lze obvykle dosáhnout hodnoty nižší než 1 % za měsíc, což je méně než 1/20 hodnoty u nikl-hydridových baterií;

6. Nízká hmotnost: hmotnost je přibližně 1/5 až 1/6 hmotnosti olověně-kyselinového výrobku při stejném objemu;

7. Vysoká odolnost vůči extrémním teplotám: baterie lze používat v rozmezí teplot –20 °C až +60 °C; po speciálním zpracování lze použít i v prostředí s teplotou až –45 °C;

8. Zelená a environmentální ochrana: bez ohledu na to, zda je vyráběna, používána nebo likvidována, neobsahuje ani neprodukuje žádné toxické a škodlivé těžké kovy a látky, jako jsou olovo, rtuť, kadmium atd.;

9. Výroba zásadně nepotřebuje vodu, což je velmi výhodné pro země s nedostatkem vody.

Baterie je důležitou součástí UPS systému nepřerušovaného napájení. Správná údržba baterie může zpomalit její stárnutí, prodloužit životnost baterie, výrazně snížit frekvenci výměny baterií a efektivně ušetřit provozní náklady.

1. Udržování vhodné okolní teploty může prodloužit životnost baterie UPS

Obecně řečeno, faktorem ovlivňujícím nepřerušovanou baterii UPS je okolní teplota. Obvykle je pro baterie doporučena optimální okolní teplota v rozmezí 20–25 °C. Ačkoli zvýšení teploty zlepšuje vybíjecí kapacitu baterie, za tuto výhodu se platí značně zkrácenou životností baterie. Jak ukazují výsledky testů, při překročení přirozené teploty 25 °C se životnost UPS výrazně snižuje při každém nárůstu o 10 °C. V současné době se v zařízeních UPS obvykle používají uzavřené olověno-kyselinové baterie bez údržby, jejichž konstrukční životnost činí obvykle 5 let – avšak tato životnost lze dosáhnout pouze za podmínek stanovených výrobcem baterií. Pokud tyto požadované podmínky prostředí nejsou splněny, skutečná životnost baterie se může výrazně lišit. Kromě toho zvýšení okolní teploty vede ke zvýšení vnitřní chemické aktivity baterie, čímž se uvolňuje velké množství tepelné energie, která dále zvyšuje teplotu okolního prostředí. Tento negativní zpětnovazební kruh urychlí zkrácení životnosti baterie.

2. Pravidelně nabíjejte a vybíjejte nepřerušovaný zdroj napájení (UPS).

Plavající nabíjecí napětí a vybíjecí napětí v napájecím zdroji UPS byly na výrobní lince nastaveny na jmenovitou hodnotu. Vybijecí proud se zvyšuje s rostoucí zátěží. Během provozu je třeba zátěž vhodně upravit, například omezit počet používaných jednotek elektronických zařízení, jako jsou počítače. Za normálních podmínek by měla zátěž nepřesahovat 60 % jmenovité zátěže UPS. V tomto rozsahu nedojde k přílišnému vybití baterie.

Protože UPS je po dlouhou dobu připojena k elektrické síti, v prostředí s vysokou kvalitou napájení a vzácnými výpadky síťového napětí bude baterie po dlouhou dobu ve stavu plavajícího nabíjení, což postupně snižuje aktivitu vzájemné přeměny chemické energie a elektrické energie v baterii a urychluje stárnutí baterie. Tím se zkracuje životnost baterie. Proto by měla být jednou za 2–3 měsíce úplně vybita; doba vybití se stanoví podle kapacity baterie a velikosti zátěže. Po úplném vybití za plné zátěže se baterie podle předpisů znovu nabíjí po dobu delší než 8 hodin.

3. Včasná výměna opotřebovaných/defektních baterií pro UPS (nepřerušované zdroje napájení)

V současné době se počet akumulátorů používaných v napájecích zdrojích UPS střední a velké velikosti pohybuje od 3 do 80 nebo i více. Tyto jednotlivé akumulátory jsou prostřednictvím obvodu spojeny do bateriového balení, aby byly splněny požadavky na stejnosměrné napájení UPS. Při nepřetržitém provozu a používání UPS je kvůli rozdílům výkonu a kvality nevyhnutelné, že výkon jednotlivých akumulátorů klesne, jejich akumulační kapacita nebude vyhovovat požadavkům a budou poškozeny. Pokud je některý z akumulátorů v bateriovém balení poškozen, musí údržbáři každý akumulátor zkontrolovat a otestovat, aby byly poškozené akumulátory vyloučeny. Při výměně nového akumulátoru se snažte zakoupit stejný typ akumulátoru od stejného výrobce; je zakázáno míchat kyselinovzdorné akumulátory, uzavřené akumulátory a akumulátory s různými specifikacemi.

PWM solární regulátor používá tři režimy nabíjení: intenzivní nabíjení, vyrovnávací nabíjení a plavající nabíjení.

Intenzivní nabíjení:

též označované jako přímé nabíjení, je rychlé nabíjení, při němž se baterie s nízkým napětím nabíjí vysokým proudem a relativně vysokým napětím.

Vyrovnávací nabíjení:

Po dokončení intenzivního nabíjení baterie po určitou dobu odpočívá. Jakmile klesne napětí na určitou hodnotu, baterie přejde do režimu vyrovnávacího nabíjení, aby bylo zajištěno stejné a konzistentní napětí na svorkách baterie.

Plavající nabíjení:

Po dokončení vyrovnávacího nabíjení baterie opět po určitou dobu odpočívá. Jakmile klesne napětí na úroveň udržovacího napětí, baterie vstupuje do fáze plavajícího nabíjení, čímž se udržuje v nabíjecím stavu bez rizika přebíjení.

MPPT solární regulátor používá MPPT omezené proudové nabíjení, konstantní napětí pro vyrovnávací nabíjení a konstantní napětí pro plavající nabíjení.

MPPT omezené proudové nabíjení:

pokud je napětí baterie velmi nízké, používá se režim nabíjení MPPT, při němž je výstupní výkon slunečního panelu zvýšen na úroveň vhodnou pro nabíjení baterie; při velmi silné intenzitě světla se výstupní výkon slunečního panelu zvyšuje, nabíjecí proud dosáhne prahové hodnoty a režim MPPT se ukončí a přepne se do režimu nabíjení konstantním proudem.

Když se intenzita světla sníží, systém se přepne zpět do režimu nabíjení MPPT.

Nabíjení konstantním napětím:

baterie se automaticky přepíná mezi režimem nabíjení MPPT a režimem nabíjení konstantním proudem, čímž spolupracují tak, aby napětí baterie dosáhlo nasyceného napětí; poté přechází do fáze nabíjení konstantním napětím, přičemž nabíjecí proud postupně klesá na hodnotu 0,01C a fáze nabíjení se ukončí, čímž začíná fáze plavajícího nabíjení.

Plavající nabíjení konstantním napětím:

baterie je nabíjena napětím mírně nižším než je napětí při nabíjení konstantním napětím.

Tato fáze slouží především k doplnění energie ztracené vlivem samovybíjení baterie.

Princip měkkého startu invertoru:

1. Měkký start invertoru znamená, že napětí je postupně zvyšováno od nuly na jmenovité napětí, čímž v průběhu celého procesu spouštění motoru nedochází k nárazovému krouticímu momentu, ale k hladkému startu.

2. Měkký startér je nové řídicí zařízení pro motory, které integruje měkký start motoru, měkké zastavení a více ochranných funkcí. Jeho hlavní součástí je třífázový paralelní tyristor a jeho elektronický řídicí obvod zapojený sériově mezi napájecí zdroj a řízený motor. Různými metodami se řídí úhel otevření třífázových paralelních tyristorů, čímž se vstupní napětí řízeného motoru mění podle různých požadavků a lze tak realizovat různé funkce.

Funkce měkkého startu invertoru:

1. V okamžiku zapnutí invertoru je inverter napájen, avšak výstup napětí 220 V se objeví až po zpoždění přibližně 2 sekundy. Napětí se nepřepne okamžitě na 220 V, nýbrž postupně stoupne z 100 V na 220 V. Jedná se o ochranu samotného invertoru.

2. Například běžný inverter o výkonu 1000 W vydává při zapnutí plný výkon 1000 W. U soft-startu se výstupní výkon postupně zvyšuje: 700 W → 800 W → 900 W → 1000 W.