Często zadawane pytania

Przy wyborze systemu UPS koszt początkowy z konieczności staje się istotnym czynnikiem, co czasem prowadzi organizacje do zakupu tańszego, ale mniej zaawansowanego rozwiązania. Istotne jest jednak dokładne zapoznanie się z warunkami umowy, aby upewnić się, że wybrano rzeczywiście modułowy system spełniający swoje podstawowe zadanie: ochronę zasilania krytycznego dla centrum danych na najwyższym możliwym poziomie dostępności.

Ciekawostką jest to, że w przypadku niektórych wysokiej klasy systemów UPS oszczędności kosztowe często materializują się w dłuższej perspektywie dzięki wyższej sprawności, co przekłada się na niższe koszty eksploatacji oraz niższy całkowity koszt posiadania (TCO); dlatego wykonanie pełnej analizy kosztów zwykle warto przeprowadzić.

Jak więc centra danych mogą wybrać system UPS maksymalizujący dostępność? Zasadniczo nie może występować żaden potencjalny punkt pojedynczego awarii. Kluczowe znaczenie ma dokładne zrozumienie konfiguracji oraz definicji systemu modułowego jeszcze przed podpisaniem umowy.

Na najbardziej podstawowym poziomie pojedynczy, samodzielny układ UPS chroniący obciążenie krytyczne określa się jako konfiguracja systemu N. Jednak samodzielny układ UPS nie zapewnia żadnej odporności w przypadku wystąpienia usterki w jednostce lub jej wyłączenia w celu konserwacji zapobiegawczej. Równoległe połączenie drugiej samodzielnej jednostki UPS o tej samej mocy zapewnia odporność i określa się ją jako konfigurację N+1. Możliwe jest również równoległe połączenie kilku samodzielnych jednostek UPS o mniejszej mocy indywidualnej, aby zastosować tę samą zasadę.

Innym znaczeniem terminu „modularny” jest samodzielny układ UPS zaprojektowany i wyprodukowany w formacie modułowym. Główne elementy składowe – prostownik, falownik i przełącznik statyczny – są wykonane w postaci modułów. W przypadku np. uszkodzenia prostownika można go łatwo wymienić. Problemem tej konfiguracji jest to, że awaria jednego komponentu powoduje całkowitą utratę funkcjonalności całego układu UPS. Choć chodzi o system modularny, jego poziom dostępności nie będzie wiarygodny.

Lepszym rozwiązaniem jest to, co określamy mianem prawdziwego zasilacza UPS o konstrukcji modułowej. Oznacza to, że kilka niezależnych modułów UPS umieszczonych jest w jednej ramie. Każdy z tych modułów stanowi samodzielny zasilacz UPS, wyposażony w prostownik, falownik i przełącznik statyczny oraz pracujący w trybie online równolegle z pozostałymi modułami. Na przykład sześć modułów UPS o mocy 50 kW może być zwykle umieszczonych w jednej ramie, zapewniając odporną konfigurację o łącznej mocy 300 kW w układzie N+1. W razie potrzeby wymiana modułu w trybie „gorącej wymiany” trwa zaledwie chwilę (około 30 sekund), podczas gdy pozostałe moduły nadal zabezpieczają obciążenie krytyczne.

W żadnym momencie system nie musi być przełączany na obejście serwisowe, a tym samym na surowe napięcie sieciowe.

Niektóre inne systemy modułowe zawierają prostownik i falownik w swoich modułach, ale przełącznik statyczny jest scentralizowany i oddzielony. Powoduje to potencjalny pojedynczy punkt awarii. Wymiana oddzielnego przełącznika statycznego może zająć zaledwie kilka minut, jednak w zależności od lokalizacji dotarcie na miejsce do jego wymiany może zająć inżynierowi serwisowemu kilka godzin. W tym czasie system nie jest w stanie przełączyć się na obejście statyczne. W przypadku prawdziwego systemu modułowego, w którym przełącznik statyczny znajduje się w każdym module, pozostałe moduły w ramie UPS nadal chronią obciążenie aż do momentu wymiany uszkodzonego modułu. Dzięki temu poziom dostępności znacznie wzrasta.

Zaprojektowaliśmy najnowszą generację prawdziwego systemu UPS modułowego, który oferuje współczynnik mocy przekraczający 0,99 oraz niski całkowity koszt posiadania (TCO) dzięki funkcji Zarządzania Maksymalną Wydajnością (MEM) oraz niskim stratom energii. Nasz zespół projektowy przez wiele lat współpracuje z centrami danych, pozostając na czele rozwoju technologicznego.

1. Przetwornica wysokiej częstotliwości:

Wykorzystując technologię przełączania wysokiej częstotliwości, elementy przełączające wysokiej częstotliwości zastępują transformatory sieciowe w prostownikach i falownikach UPS, co powszechnie określa się jako urządzenia wysokoczęstotliwościowe. Urządzenia wysokoczęstotliwościowe charakteryzują się małymi rozmiarami i wysoką sprawnością.

2. Urządzenie o częstotliwości sieciowej:

UPS wykorzystujące transformator sieciowy jako elementy prostownika i falownika określa się powszechnie jako urządzenia o częstotliwości sieciowej.

Urządzenie wysokoczęstotliwościowe vs urządzenie o częstotliwości przemysłowej.

2-1: Maszyna wysokoczęstotliwościowa nie posiada transformatora izolacyjnego, a jej przewód zerowy wyjściowy przenosi prąd wysokoczęstotliwościowy, który pochodzi głównie z zakłóceń harmoniczych sieci zasilającej, prądu pulsującego prostownika UPS oraz falownika wysokoczęstotliwościowego oraz zakłóceń harmoniczych obciążenia. Napięcie zakłócające nie tylko ma dużą wartość, ale także jest trudne do wyeliminowania. Natomiast napięcie między przewodem zerowym a uziemieniem maszyny o częstotliwości sieciowej jest niższe i nie zawiera składowej wysokoczęstotliwościowej, co ma szczególne znaczenie dla bezpieczeństwa komunikacji w sieci komputerowej.

2-2: Wyjście maszyny wysokoczęstotliwościowej nie jest izolowane transformatorowo. W przypadku zwarcia elementu mocy falownika wysokie napięcie stałe na szynie DC (DCBUS) zostanie bezpośrednio przyłożone do obciążenia, co stanowi zagrożenie bezpieczeństwa. W maszynie o częstotliwości sieciowej takie zagrożenie nie występuje.

2-3: Maszyna o częstotliwości sieciowej charakteryzuje się dużą odpornością na udary obciążenia.

1. Stosunek energii do masy jest stosunkowo wysoki. Gęstość energii magazynowanej osiągnęła wartość 460–600 Wh/kg, co stanowi około 6–7 razy więcej niż w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych;

2. Długa żywotność – może ona przekraczać 6 lat. Akumulator z katodą z fosforanu żelaza litu, ładowany i rozładowywany przy prądzie 1C (100 % DOD), ma zarejestrowaną żywotność wynoszącą 10 000 cykli.

3. Znamionowe napięcie jest wysokie (napięcie robocze pojedynczego ogniwa wynosi 3,7 V lub 3,2 V), co odpowiada mniej więcej napięciu szeregowemu trzech akumulatorów niklowo-kadmowych lub niklowo-metalowo-hydrydowych, co ułatwia tworzenie zestawów baterii;

4. Wysoka wytrzymałość mocy – litowo-żelazowo-fosforanowe ogniwa litowe stosowane w pojazdach elektrycznych umożliwiają ładowanie i rozładowywanie z natężeniem 15–30 C, co ułatwia intensywne przyspieszanie przy starcie;

5. Bardzo niska szybkość samorozładowania stanowi jedną z najważniejszych zalet tych ogniw. Obecnie wynosi ona zazwyczaj mniej niż 1 % miesięcznie, czyli mniej niż 1/20 wartości dla akumulatorów niklowo-metalowo-hydrydowych;

6. Mała masa – przy tej samej objętości masa wynosi około 1/5–1/6 masy produktu ołowiowo-kwasowego;

7. Duża odporność na ekstremalne temperatury – mogą być stosowane w zakresie od −20 °C do +60 °C; po odpowiedniej obróbce technologicznej mogą funkcjonować nawet w temperaturze −45 °C;

8. Zielona i ekologiczna ochrona środowiska: niezależnie od tego, czy produkt jest produkowany, użytkowanych, czy też wycofywany z eksploatacji, nie zawiera ani nie generuje żadnych toksycznych i szkodliwych pierwiastków ciężkich oraz substancji, takich jak ołów, rtęć, kadm itp.;

9. Produkcja w zasadzie nie zużywa wody, co jest bardzo korzystne dla krajów cierpiących na niedobór wody.

Akumulator stanowi ważny element systemu zasilania awaryjnego UPS. Racjonalna konserwacja akumulatora pozwala zwolnić proces jego starzenia się, wydłużyć czas jego użytkowania, znacznie zmniejszyć częstotliwość wymiany akumulatorów oraz skutecznie obniżyć koszty eksploatacji.

1. Utrzymanie odpowiedniej temperatury otoczenia może wydłużyć czas użytkowania akumulatora UPS

Ogólnie rzecz biorąc, czynnikiem wpływającym na nieprzerwaną pracę akumulatora UPS jest temperatura otoczenia. Zazwyczaj producenci akumulatorów określają optymalną temperaturę otoczenia w zakresie 20–25 °C. Choć podwyższenie temperatury zwiększa pojemność rozładowania akumulatora, to płaci się za to znacznym skróceniem jego żywotności. Wyniki badań wskazują, że przy przekroczeniu temperatury otoczenia 25 °C żywotność UPS-u znacznie się skraca – o około połowę przy każdym wzroście temperatury o 10 °C. Obecnie w UPS-ach stosowane są zazwyczaj hermetyczne, bezobsługowe akumulatory kwasowo-ołowiowe, których projektowana żywotność wynosi zwykle 5 lat – jednak osiąga się ją wyłącznie w warunkach środowiskowych określonych przez producenta akumulatorów. W przypadku niespełnienia tych wymagań środowiskowych rzeczywista żywotność akumulatora może się znacznie różnić. Ponadto wzrost temperatury otoczenia prowadzi do nasilenia wewnętrznej aktywności chemicznej akumulatora, co powoduje wydzielanie dużej ilości energii cieplnej i dalszy wzrost temperatury otoczenia. Ten błędny krąg przyspiesza skracanie się żywotności akumulatora.

2. Regularnie ładować i rozładowywać zasilacz UPS z nieprzerwanym zasilaniem baterii

Napięcie utrzymujące i napięcie rozładowania w zasilaczu UPS zostały dostosowane na etapie produkcji do wartości znamionowych, a prąd rozładowania rośnie wraz ze wzrostem obciążenia. Podczas użytkowania należy racjonalnie dostosować obciążenie, np. kontrolując liczbę jednostek sprzętu elektronicznego, takiego jak komputery. W normalnych warunkach obciążenie nie powinno przekraczać 60% obciążenia znamionowego zasilacza UPS. W tym zakresie prąd rozładowania baterii nie spowoduje jej nadmiernego rozładowania.

Ponieważ UPS jest przez długi czas podłączony do sieci zasilającej, w środowisku o wysokiej jakości zasilania i rzadkich przerwach w dostawie prądu z sieci, bateria pozostaje przez długi czas w stanie ładowania utrzymującego (floating charge), co prowadzi do stopniowego obniżenia aktywności wzajemnej konwersji energii chemicznej i elektrycznej w baterii oraz przyspiesza proces starzenia się baterii i skraca jej okres użytkowania. Dlatego należy ją w pełni rozładować raz na 2–3 miesiące; czas rozładowania można określić na podstawie pojemności baterii oraz wielkości obciążenia. Po całkowitym rozładowaniu przy pełnym obciążeniu należy naładować baterię ponownie przez co najmniej 8 godzin zgodnie z obowiązującymi zaleceniami.

3. Właściwy termin wymiany zużytych/uszkodzonych akumulatorów w zasilaczach bezprzerwowych (UPS)

Obecnie liczba akumulatorów stosowanych w dużych i średnich zasilaczach UPS wynosi od 3 do 80 lub nawet więcej. Poszczególne akumulatory są połączone za pomocą obwodu, tworząc zestaw akumulatorów, który spełnia wymagania zasilania prądem stałym urządzeń UPS. W trakcie ciągłej pracy i eksploatacji UPS nieuniknione jest stopniowe pogorszenie się parametrów poszczególnych akumulatorów oraz zmniejszenie ich pojemności magazynującej z powodu różnic w jakości i właściwościach technicznych, co może prowadzić do uszkodzenia akumulatorów. Gdy niektóre akumulatory w zestawie ulegną uszkodzeniu, personel serwisowy powinien sprawdzić i przetestować każdy akumulator osobno, aby wykryć i wykluczyć uszkodzone jednostki. Przy wymianie akumulatora należy starać się zakupić nowy akumulator tego samego typu i producenta; zabrania się mieszania akumulatorów kwasowych, akumulatorów szczelnych oraz akumulatorów o różnych specyfikacjach.

Regulator solarny PWM stosuje trzy tryby ładowania: intensywne ładowanie, ładowanie wyrównawcze i ładowanie utrzymujące.

Intensywne ładowanie:

nazywane również ładowaniem bezpośrednim, to szybkie ładowanie, które odbywa się przy niskim napięciu akumulatora za pomocą dużego prądu i stosunkowo wysokiego napięcia.

Ładowanie wyrównawcze:

Po zakończeniu intensywnego ładowania akumulator pozostaje bezczynny przez określony czas. Gdy napięcie spadnie do określonej wartości, akumulator przechodzi w stan ładowania wyrównawczego, zapewniając jednolite i spójne napięcie na zaciskach akumulatora.

Ładowanie utrzymujące:

Po zakończeniu ładowania wyrównawczego akumulator ponownie pozostaje bezczynny przez określony czas. Gdy napięcie spadnie do napięcia utrzymującego, akumulator przechodzi w fazę ładowania utrzymującego, dzięki czemu pozostaje w stanie ładowania bez ryzyka przeladowania.

Regulator solarny MPPT stosuje ograniczony prąd ładowania MPPT, ładowanie wyrównawcze przy stałym napięciu oraz ładowanie utrzymujące przy stałym napięciu.

Ograniczony prąd ładowania MPPT:

gdy napięcie w baterii jest bardzo małe, stosowany jest tryb ładowania MPPT, dzięki któremu moc wyjściowa panelu słonecznego jest przekazywana do końcówki baterii; przy bardzo silnym natężeniu światła moc wyjściowa panelu słonecznego wzrasta, a prąd ładowania osiąga próg, co powoduje zakończenie ładowania MPPT i przełączenie się na ładowanie prądem stałym;

Gdy natężenie światła słabnie, urządzenie przełącza się na tryb ładowania MPPT.

Ładowanie napięciem stałym:

bateria przełącza się swobodnie między trybem ładowania MPPT a trybem ładowania prądem stałym, działając w sposób współdziałający, tak aby napięcie baterii osiągnęło napięcie nasycenia; wówczas rozpoczyna się etap ładowania napięciem stałym, podczas którego prąd ładowania stopniowo maleje do wartości 0,01C, po czym etap ten kończy się i rozpoczyna się etap ładowania utrzymującego.

Ładowanie utrzymujące napięciem stałym:

bateria jest ładowana napięciem nieco niższym niż napięcie stałe.

Etapa ta służy głównie uzupełnieniu energii zużytej przez samorozładowanie baterii.

Zasada miękkiego rozruchu falownika:

1. Miękki start falownika oznacza stopniowe zwiększanie napięcia od zera do napięcia znamionowego, dzięki czemu w całym procesie rozruchu silnika nie występuje moment uderzeniowy, a rozruch przebiega płynnie.

2. Sterownik miękkiego rozruchu to nowoczesne urządzenie sterujące silnikiem, integrujące funkcje miękkiego rozruchu, miękkiego zatrzymania oraz wiele funkcji ochronnych. Jego głównymi elementami są trójfazowe tyrystory połączone równolegle oraz obwód sterowania elektronicznego, które są włączone szeregowo pomiędzy źródłem zasilania a sterowanym silnikiem. Poprzez zastosowanie różnych metod sterowania kątem przewodzenia trójfazowych tyrystorów połączonych równolegle można zmieniać napięcie wejściowe sterowanego silnika zgodnie z różnymi wymaganiami, co umożliwia realizację różnych funkcji.

Funkcja miękkiego startu falownika:

1. W chwili włączenia falownika zasilanie jest już podane, jednak napięcie wyjściowe 220 V pojawia się z opóźnieniem wynoszącym około 2 sekund. Napięcie nie osiąga natychmiast wartości 220 V, lecz powoli rośnie od 100 V do 220 V – tak, jest to mechanizm ochrony samego falownika.

2. Na przykład typowy falownik o mocy 1000 W w momencie jego włączenia od razu dostarcza moc 1000 W. W przypadku funkcji miękkiego startu moc wyjściowa stopniowo rośnie: 700 W → 800 W → 900 W → 1000 W.