Domande frequenti

Nella scelta di un sistema UPS, il costo iniziale è necessariamente un fattore da considerare e ciò può portare talvolta le organizzazioni ad acquistare un prodotto di qualità inferiore a un prezzo più basso. Tuttavia, è essenziale leggere attentamente le clausole contrattuali per assicurarsi di aver scelto effettivamente un sistema modulare in grado di svolgere il compito previsto: proteggere l’alimentazione critica del proprio datacenter garantendo il massimo livello di disponibilità.

Curiosamente, con alcuni dei sistemi UPS di qualità superiore, i risparmi sui costi vengono spesso realizzati nel lungo periodo grazie a una maggiore efficienza, con conseguenti minori costi operativi e un costo totale di proprietà (TCO) complessivamente ridotto; pertanto, effettuare un’analisi completa dei costi è generalmente un calcolo utile.

Qual è dunque, come obiettivo primario, il criterio con cui i datacenter possono selezionare un UPS per massimizzare la disponibilità? Fondamentalmente, non devono esistere potenziali punti singoli di guasto. Comprendere attentamente la configurazione e la definizione di un sistema modulare, prima della conclusione dell’accordo, è fondamentale.

A livello più basilare, un singolo gruppo di continuità (UPS) autonomo che protegge un carico critico è noto come configurazione di sistema N. Tuttavia, un UPS autonomo non offre alcuna resilienza nel caso in cui l’unità presenti un guasto o venga messa fuori servizio per manutenzione preventiva. Collegare in parallelo una seconda unità UPS autonoma della stessa potenza fornisce resilienza ed è nota come configurazione N+1. Sarebbe possibile collegare in parallelo diverse unità UPS autonome di potenza individuale inferiore, applicando lo stesso principio.

Un’altra definizione di sistema modulare è un UPS autonomo progettato e realizzato in formato modulare. I principali componenti — raddrizzatore, invertitore e interruttore statico — sono modulari. Se, ad esempio, si verifica un problema al raddrizzatore, quest’ultimo può essere sostituito agevolmente. La sfida di questa configurazione è che, qualora un componente si guasti, l’intera funzionalità dell’UPS va persa. Si tratta pur sempre di un sistema modulare, ma il suo livello di disponibilità non sarà affidabile.

Una soluzione migliore è quella che definiamo: UPS modulare vero e proprio. Si tratta di diversi moduli UPS individuali contenuti all'interno di un telaio. Ciascun modulo è un UPS autonomo, dotato di raddrizzatore, invertitore e interruttore statico, e tutti funzionano in parallelo online tra loro. Ad esempio, sei moduli UPS da 50 kW possono essere normalmente contenuti in un singolo telaio, offrendo una configurazione ridondante da 300 kW N+1. Se necessario, la sostituzione a caldo di un modulo richiede pochi istanti (circa 30 secondi), mentre gli altri moduli continuano a proteggere il carico critico.

In nessun momento il sistema deve essere trasferito sulla by-pass di manutenzione e quindi sull’alimentazione di rete non condizionata.

Alcuni altri sistemi modulari includono raddrizzatore e invertitore all'interno dei loro moduli, ma l'interruttore statico è centralizzato e separato. Ciò comporta un potenziale punto di guasto singolo. La sostituzione di un interruttore statico separato richiede solo pochi minuti, ma, a seconda della posizione, il tecnico addetto alla manutenzione potrebbe impiegare diverse ore per raggiungere il sito e procedere con la sostituzione. Durante tale periodo, il sistema non può commutare sulla bypass statica. In un vero sistema modulare, in cui l'interruttore statico è integrato in ciascun modulo, gli altri moduli del quadro UPS continuano a proteggere il carico fino al momento della sostituzione. Ciò incrementa in modo significativo il livello di disponibilità.

Abbiamo sviluppato la nostra più recente generazione di sistema UPS veramente modulare, che offre un rendimento di potenza superiore a 0,99 e un basso costo totale di proprietà (TCO) grazie alla sua tecnologia Maximum Efficiency Management (MEM) e alle ridotte perdite energetiche. Il nostro team di progettazione collabora da molti anni con i data center, operando ai massimi livelli dello sviluppo tecnologico.

1. Inverter ad alta frequenza:

Utilizzando la tecnologia di commutazione ad alta frequenza, gli elementi di commutazione ad alta frequenza sostituiscono i trasformatori a frequenza di rete negli UPS nei raddrizzatori e negli invertitori; questi dispositivi sono comunemente noti come macchine ad alta frequenza. Le macchine ad alta frequenza sono compatte e presentano un'elevata efficienza.

2. Macchina a frequenza di rete:

Gli UPS che utilizzano un trasformatore a frequenza di rete come componente nei raddrizzatori e negli invertitori sono comunemente noti come macchine a frequenza di rete.

Macchina ad alta frequenza vs macchina a frequenza industriale.

2-1: La macchina ad alta frequenza non dispone di un trasformatore di isolamento e la sua linea neutra di uscita presenta una corrente ad alta frequenza, proveniente principalmente dalle interferenze armoniche della rete elettrica, dalla corrente pulsante del raddrizzatore UPS e dall’inverter ad alta frequenza, nonché dalle interferenze armoniche del carico. La tensione di interferenza non solo è elevata in valore, ma risulta anche difficile da eliminare. Tuttavia, la tensione neutro-terra in uscita della macchina a frequenza di rete è inferiore e priva di componenti ad alta frequenza, il che risulta particolarmente importante per la sicurezza delle comunicazioni nella rete informatica.

2-2: L’uscita della macchina ad alta frequenza non è isolata tramite trasformatore. Se il dispositivo di potenza dell’inverter va in cortocircuito, la elevata tensione continua presente sul bus continuo (DCBUS) viene applicata direttamente al carico, costituendo un rischio per la sicurezza; tale problema non sussiste invece nella macchina a frequenza di rete.

2-3: La macchina a frequenza di rete possiede una spiccata capacità di resistere agli sbalzi di carico.

1. Il rapporto energetico è relativamente elevato. Grazie all’elevata densità energetica di accumulo, ha raggiunto i 460–600 Wh/kg, ovvero circa 6–7 volte quello delle batterie al piombo-acido;

2. La durata di vita è lunga e può superare i 6 anni. La batteria con catodo in fosfato di litio-ferro, sottoposta a cicli di carica e scarica a 1C (DOD al 100%), registra fino a 10.000 cicli di utilizzo;

3. La tensione nominale è elevata (la tensione di funzionamento singola è di 3,7 V o 3,2 V), pari approssimativamente alla tensione in serie di 3 batterie ricaricabili al nichel-cadmio o al nichel-metallo idruro, il che facilita la realizzazione di un pacco batteria;

4. Elevata resistenza alla potenza: la batteria agli ioni di litio al fosfato di ferro-litio utilizzata nei veicoli elettrici può raggiungere una capacità di carica e scarica di 15–30 C, il che ne consente l’impiego per accelerazioni intense all’avviamento;

5. Il tasso di autoscarica è molto basso, rappresentando uno dei vantaggi più evidenti di questa batteria. Attualmente, si riesce generalmente a ottenere un valore inferiore all’1% al mese, ovvero meno di 1/20 rispetto a quello delle batterie al nichel-idruro;

6. Leggerezza: il peso è circa 1/5–1/6 di quello di un prodotto al piombo-acido a parità di volume;

7. Elevata adattabilità alle temperature elevate e basse: può essere utilizzata in un intervallo di temperatura compreso tra -20 °C e +60 °C; dopo un opportuno trattamento, può operare anche a -45 °C;

8. Verde e protezione ambientale: indipendentemente dal fatto che venga prodotto, utilizzato o smaltito, non contiene né produce alcun elemento o sostanza tossica e nociva, come piombo, mercurio, cadmio, ecc.;

9. La produzione consuma fondamentalmente poca acqua, il che è molto vantaggioso per i paesi con scarsità idrica.

La batteria è una componente fondamentale del sistema di alimentazione ininterrotta (UPS). Una manutenzione adeguata della batteria può ridurne la velocità di degrado, aumentarne la durata operativa, ridurre notevolmente la frequenza di sostituzione della batteria ed effettivamente contenere i costi operativi.

1. Il mantenimento di una temperatura ambiente adeguata può prolungare la durata operativa della batteria dell'UPS

In generale, il fattore che influisce sulla batteria di continuità (UPS) è la temperatura ambiente. In genere, la temperatura ambiente ottimale richiesta dai produttori di batterie è compresa tra 20 e 25 °C. Sebbene un aumento della temperatura migliori la capacità di scarica della batteria, il prezzo da pagare è una notevole riduzione della sua durata. Come indicato dai risultati dei test, ogni incremento di 10 °C rispetto alla temperatura ambiente naturale superiore a 25 °C comporta una diminuzione significativa della durata dell’UPS. Attualmente, le batterie utilizzate negli UPS sono generalmente batterie al piombo-acido sigillate e senza manutenzione, con una vita progettata di circa 5 anni, raggiungibile soltanto nelle condizioni ambientali specificate dal produttore della batteria. Se tali condizioni non vengono rispettate, la durata effettiva della batteria può variare notevolmente. Inoltre, l’aumento della temperatura ambiente determina un’intensificazione dell’attività chimica interna della batteria, generando una grande quantità di energia termica che, a sua volta, innalza ulteriormente la temperatura dell’ambiente circostante. Questo circolo vizioso accelera la riduzione della durata della batteria.

2. Ricaricare e scaricare regolarmente la batteria dell'UPS senza interruzioni

La tensione di carica a galleggiante e la tensione di scarica nell'alimentazione a UPS sono state regolate in fabbrica al valore nominale, e la corrente di scarica aumenta con l'aumento del carico. Durante l'utilizzo il carico deve essere regolato in modo ragionevole, ad esempio controllando il numero di unità di apparecchiature elettroniche, come computer, in uso. In condizioni normali, il carico non deve superare il 60% del carico nominale dell'UPS. Entro questo intervallo, la corrente di scarica della batteria non causerà una scarica eccessiva.

Poiché il gruppo di continuità (UPS) rimane collegato alla rete elettrica per un lungo periodo, in un ambiente caratterizzato da elevata qualità dell’alimentazione e da rari interruzioni della corrente di rete, la batteria si troverà a lungo in uno stato di carica galleggiante; ciò comporta, nel tempo, una riduzione dell’attività relativa alla conversione reciproca tra energia chimica ed energia elettrica all’interno della batteria, accelerandone l’invecchiamento e accorciandone la durata operativa. Pertanto, è consigliabile effettuare una scarica completa ogni 2–3 mesi; il tempo di scarica può essere determinato in base alla capacità della batteria e alla potenza del carico. Dopo una scarica a pieno carico, procedere alla ricarica per più di 8 ore, conformemente alle istruzioni fornite.

3. Sostituzione tempestiva delle batterie usate/difettose del gruppo di continuità (UPS)

Attualmente, il numero di batterie di accumulo installate su alimentatori ininterrotti (UPS) di grandi e medie dimensioni varia da 3 a 80, o anche più. Queste singole batterie sono collegate tra loro tramite un circuito per formare un pacco batteria che soddisfi le esigenze di alimentazione in corrente continua (CC) dell’UPS. Nel funzionamento continuo e nell’uso prolungato dell’UPS, a causa delle differenze nelle prestazioni e nella qualità, è inevitabile che le prestazioni di alcune batterie si degradino, riducendone la capacità di accumulo fino a non soddisfare più i requisiti previsti e causandone il danneggiamento. Quando alcune batterie del pacco batteria risultano danneggiate, il personale addetto alla manutenzione deve eseguire controlli e test su ciascuna batteria per individuare ed escludere quelle difettose. Al momento della sostituzione con una nuova batteria, si raccomanda di acquistare, per quanto possibile, lo stesso tipo di batteria prodotta dallo stesso costruttore; è vietato miscelare batterie antigraffio, batterie sigillate e batterie di specifiche diverse.

Il regolatore solare PWM adotta tre modalità di ricarica: ricarica intensiva, ricarica di equalizzazione e ricarica di galleggiamento.

Ricarica intensiva:

nota anche come ricarica diretta, è una ricarica rapida che avviene quando la tensione della batteria è bassa, utilizzando una corrente elevata e una tensione relativamente alta per caricare la batteria.

Ricarica di equalizzazione:

Al termine della ricarica intensiva, la batteria rimane inattiva per un certo periodo. Quando la tensione scende a un determinato valore, la batteria entra nella fase di ricarica di equalizzazione, al fine di garantire un’uguale e uniforme tensione ai capi della batteria.

Ricarica di galleggiamento:

Al termine della ricarica di equalizzazione, la batteria rimane nuovamente inattiva per un certo periodo. Quando la tensione scende alla tensione di mantenimento, la batteria entra nella fase di ricarica di galleggiamento, consentendo di mantenere la batteria in stato di carica senza rischio di sovraccarica.

Il regolatore solare MPPT adotta la modalità di ricarica a corrente limitata MPPT, la ricarica di equalizzazione a tensione costante e la ricarica di galleggiamento a tensione costante.

Ricarica a corrente limitata MPPT:

quando la tensione della batteria è molto bassa, viene utilizzata la modalità di ricarica MPPT: la potenza in uscita del pannello solare viene trasferita alla batteria; all’aumentare dell’intensità luminosa, la potenza in uscita del pannello solare aumenta e la corrente di carica raggiunge la soglia prestabilita, determinando la fine della fase di ricarica MPPT e l’ingresso nella fase di ricarica a corrente costante;

Quando l’intensità luminosa diminuisce, il sistema passa nuovamente alla modalità di ricarica MPPT.

Ricarica a tensione costante:

la batteria passa automaticamente e liberamente tra la modalità di ricarica MPPT e quella a corrente costante, in modo da cooperare reciprocamente fino al raggiungimento della tensione di saturazione; a questo punto inizia la fase di ricarica a tensione costante, durante la quale la corrente di carica della batteria diminuisce progressivamente fino a 0,01C, momento in cui la fase di ricarica termina ed entra in funzione la fase di carica di galleggiamento.

Carica di galleggiamento a tensione costante:

la batteria viene caricata con una tensione leggermente inferiore rispetto a quella della fase di ricarica a tensione costante.

Questa fase serve principalmente a compensare l’energia consumata dalla batteria a causa dell’auto-scarica.

Principio dell’avviamento graduale dell’inverter:

1. L'avviamento graduale dell'inverter significa che la tensione viene aumentata gradualmente da zero fino alla tensione nominale, in modo che non si verifichi alcun momento d'urto durante l'intero processo di avviamento del motore, ma si ottenga un'avviamento regolare e controllato.

2. L'avviatore soft starter è un innovativo dispositivo di controllo del motore che integra l'avviamento graduale del motore, l'arresto graduale e numerose funzioni di protezione. La sua composizione principale è costituita da un triac trifase in parallelo e dal relativo circuito di controllo elettronico, collegati in serie tra l'alimentazione e il motore controllato. Mediante diversi metodi di controllo dell'angolo di conduzione del triac trifase in parallelo, è possibile far variare la tensione di ingresso del motore controllato secondo le diverse esigenze, realizzando così funzioni differenti.

Funzione della funzione di avviamento graduale dell'inverter:

1. Nel momento in cui l'inverter viene acceso, quest'ultimo riceve alimentazione, ma vi è un ritardo di circa 2 secondi prima che venga erogata la tensione di 220 V. La tensione non raggiunge immediatamente i 220 V, ma aumenta gradualmente da 100 V a 220 V; sì, si tratta di una protezione integrata dell'inverter stesso.

2. Ad esempio, un normale inverter da 1000 W eroga 1000 W non appena viene acceso. Se invece è dotato di avviamento graduale (soft start), la potenza in uscita aumenta progressivamente: 700 W – 800 W – 900 W – 1000 W.