Как да изберем подходящ UPS

Един от специалистите в тази област ни помогна да напишем статия  по темата. Основана през 1997 г., CyberPower следва пътя на успеха си чрез високи инженерни постижения и стандарти за качество в
защита на захранването и компютърните аксесоари. След години на прилагане на глобална стратегия за развитие, това, което те са предоставили на милиони доволни клиенти, са не само награждавани продукти, но и чувство за сигурност. Ето какво споделиха те с нас за избора на качествен UPS.

Наистина много фактори стоят зад избора на подходяща UPS система за вашите нужди, затова тук ще анализираме по-решаващите от тях:

1. Форм-фактор

Формата и размерите на UPS са основни стъпки в процеса на избор, тъй като са пряко свързани с начина и мястото му на инсталиране.
Съществуват UPS системи, които са базирани на шкафове, със специфични размери, представляващи височина (например 1U, 2U, 3U, 4U, 5U, 6U – където всяко „U“ се измерва с 44 милиметра). Дълбочината също може да бъде от решаващо значение, тъй като някои шкафове изискват максимална дълбочина на устройството от 40, 50 или 60 сантиметра.

Съществуват и хибридни системи за конфигурация тип „Rack / Tower“ (те трябва да включват основа за “Tower” конфигурацията заедно с релси и държачи за монтаж в шкаф).

За системите от тип класически „Tower“ (кула) размерите на корпуса и мястото за инсталиране играят важна роля (например ако UPS ще бъде затворен в тясно пространство като „киоск“ или малък шкаф, трябва да се вземат предвид нуждите от вентилация и обикновено се предпочита система с по-малки размери).

И накрая, има UPS системи тип „Brick“ (десктоп), обикновено с конфигурация за монтаж на стена, която може да бъде универсален избор за домашен офис или малък офис, както и чудесен избор на UPS за определени професионални инсталации (например корпуси на системи за сигурност, електрически инсталации в скрити пространства, малки инсталации за поддръжка на инфраструктура и др.)

2. Натоварване – VA капацитет и фактор на мощността

Електрическият товар, получен от свързаните към UPS устройства, е основен фактор, който трябва да се вземе предвид. Съществува голямо объркване между волт ампери (VA) и ватове (W). Това, което наистина трябва да ни интересува, са ватовете, с други думи, реалната консумация на енергия от прикачения товар.

Производителите на UPS често използват VA като показател за капацитет, но това се прави най-вече по маркетингови причини. В действителност между VA и ватовете (W) на всеки UPS има зависимост, която се нарича фактор на мощността (Pоwer Factor). Той е един от показателите, които определят професионалната оценка на UPS, както и използването му по отношение на свързания товар. Например, можем да имаме UPS с мощност 1500VA и коефициент на мощност 0,6, който може да поеме само 900 W от прикачения товар (1500 * 0,6), или можем да имаме UPS с мощност 1500VA и коефициент на мощност 0,9, който може да поеме 1350 W от прикачения товар! Значителна разлика, нали?

Що се отнася до коефициентите на мощност за UPS-ите на пазара, 0,6 (има и 0,55 и 0,5) обикновено означава UPS с общо предназначение и по-ниска спецификация/цена, докато 0,9 (има и 0,7, 0,8 и 1,0) обикновено означава UPS от професионална категория. Несъмнено коефициентът на мощност е един от най-решаващите фактори за общата цена на UPS. По-високият фактор на мощността (Power Factor) – означава по-висока цена.

ЗАБЕЛЕЖКА: В интерес на защитата на UPS от неоправдани претоварвания, причинени от много ниски спадове на мощността, и в зависимост от архитектурата на UPS, винаги се препоръчва да се остави процент на предпазния интервал по отношение на максималния капацитет на натоварване, който UPS може да издържи; например, ако максималният капацитет на UPS е 1350 W, добре е да се планира граница на натоварване до 1250 W. Стойността е добре да е малко под максималната граница, за да се избегнат претоварвания от силни спадове на мощността в мрежата. Онлайн UPS системите и много от професионалните линейно-интерактивни системи са по-толерантни към такива претоварвания, така че за този тип системи това е второстепенно съображение, но все пак е разумно да се спазва като обща практика.

3. Време на работа

Друг фактор от голямо значение за избора на UPS е желаното време за работа, което той може да поддържа в случай на прекъсване на електрозахранването.

Видът и броят на батериите, съдържащи се в UPS, са от решаващо значение за времето на работа, което той може да осигури. Професионалните UPS системи обикновено предоставят допълнителна възможност за разширяване на батериите в комбинация с издръжливи вградени инвертори, за да се удължи времето за работа при необходимост.

4. Характеристика на изходната мощност – симулирана и чиста синусоидална вълна

Друг решаващ фактор при избора е синусоидалната вълна на изхода в режим на работа с батерия. В същото време това е фактор, който предизвиква голямо объркване на пазара на UPS системи. Много грешки в преценката се случват в този момент, като често се стига до UPS, който ще бъде безполезен в случай на прекъсване на електрозахранването, тъй като няма да може да издържи на натоварването. Тук не става дума за изходната вълна на UPS в режим на захранване от мрежата, тъй като в този случай изходната вълна винаги е чисто синусоидална; става дума за изходната вълна, която инверторът на UPS ще произведе в режим на батерия, след прекъсване на захранването от мрежата.

Симулираните синусоидални вълни (или стъпаловидните вълни, които по същество представляват опростена симулирана вълна) не са приемливи за много електрически и електронни устройства. По-конкретно, компютрите, използващи сравнително ново поколение захранващи блокове APFC (Active Power Factor Correction/Активна корекция на фактора на мощността) (като например съвременните компютри Apple, сървърите, геймърските компютри и почти всеки съвременен компютър със захранване над 200 W), изискват чисто синусоидална мощност за своята работа. В противен случай, когато захранването от мрежата прекъсне, UPS със симулиран синусоидален изход най-вероятно няма да е в състояние да поддържа работата на свързаното APFC устройство; много вероятно е то да изключи внезапно, предизвиквайки ефект на претоварване, или (в случай че свързаното устройство е натоварено доста под 40 % от общия му капацитет), ще го поддържа трудно, произвеждайки странни бръмчащи звуци по време на процеса.

Чиста синусоида се изисква и от всички устройства, съдържащи двигатели с голям капацитет (например помпи, хладилници, климатици, електрически бормашини и др.), от някои зарядни устройства, от висококачествени звукови системи (например Hi-Fi аудио) и от някои безжични комуникационни устройства, при които липсата на чиста синусоида ще доведе до неправилно функциониране и нежелани статични звуци.

На илюстрацията по-долу е показана симулирана синусоида спрямо чиста синусоидална изходна мощност, а червената елипсовидна област разкрива проблема със съвместимостта по отношение на захранванията a-PFC:

Изкривяването на хоризонталната линия в средата на симулираната синусоидална мощност всъщност се увеличава в пряка зависимост от приложения товар. Ето защо при UPS системите, които извеждат симулирана синусоидална вълна в режим на батерия, наблюдаваме, че ако прикаченият товар надвиши обикновено 40 % от капацитета им, те ще „изпуснат“ свързаните устройства със захранване тип a-PFC. По-модерните и ефективни захранващи блокове с a-PFC (като тези, използвани от най-новите сървъри или продукти на Apple) нямат никаква толерантност дори към малки изкривявания на изходната синусоида и изискват винаги чиста синусоида, за да работят!

Със сигурност типът на синусоидалния изход е един от най-решаващите фактори за общата цена на UPS.

Всички професионални UPS системи (по принцип всичко, което е онлайн или професионална линейно-интерактивна технология), трябва да осигуряват чиста синусоидална изходна мощност, докато работят в режим на батерия.

5. Избор на топология

Един от най-важните решаващи фактори е топологията на UPS.
От търговска гледна точка онлайн UPS се възприемат като по-скъпи, въпреки че цената им понякога може да бъде доста по-ниска от професионален линейно-интерактивен UPS в диапазона 1-3 kVA. Онлайн и професионалните линейно-интерактивни модели имат по-висока цена, докато базовите линейно-интерактивни и стендбай UPS системи са на дъното на ценовата верига.

От техническа гледна точка има съществени разлики, които определят начина им на работа и ролята на приложението. Основните характеристики на всеки от типовете са следните:

1. A) Офлайн: Основно непрофесионални UPS системи с по-ниска цена със стъпаловиден или симулиран синусоидален изход в режим на работа на батерия. В режим на работа с променлив ток няма никаква корекция на мощността, освен основна филтрация от типа на пренапрежение. Ако захранването от мрежата за променлив ток обикновено е под 192 VAC или над 256 VAC, ще премине в режим на работа на батерия. Ако има прекъсване на електрозахранването, той ще премине в режим на батерия за по-малко от 10 ms; (10 ms е нормално, тъй като нормалните захранващи блокове могат да издържат поне до 15 ms, без да прекъсват работата си). Този тип UPS системи обикновено имат малко време за работа на батерия, (въпреки че има изключения), и толерантността им към смущения в захранването от мрежата е малка. Обикновено те се използват в прости приложения, свързани с основни системи за сигурност, PoS терминали, компютри от клиентски тип, осветление, рутери, комутатори, Wi-Fi горещи точки и др.
2. B) Линейно-интерактивни: Тази технология се основава на специален вид трансформатори, наречени AVR (Automatic Voltage Regulator/Автоматичен регулатор на напрежението). Входящото захранване от променливотоковата мрежа, преминаващо през UPS, се регулира (повишава или намалява), ако е 7~10 % над или под предварително определената стойност на входящото захранване – за Европа това е 230 VAC за повечето UPS системи, въпреки че много от професионалните системи могат да регулират тази стойност в съответствие с района на инсталиране или по желание, като използват избор от предварително програмирани варианти като 200 VAC, 210 VAC, 220 VAC, 230 VAC и 240 VAC.
   Например, ако предварително зададената стойност на входното захранване е 230 VAC и изведнъж има малък спад на тока, да речем с 10 % (което означава, че AC-in ще падне до 207 VAC), AVR ще го увеличи с 10 %, без да превключва на захранване от батерията. Важно е да се отбележи, че до определено отклонение на входното захранване (обикновено по-малко от 10%) AVR няма да направи нищо и входното захранване ще отиде директно на изхода, след филтриране на пренапрежението и качеството. Освен това имайте предвид, че AVR регулира нивата на мощност в рамките на 10%. Толерантността към колебанията на мощността и корекциите са доста добри и адекватни при използването на тази технология.

Професионалните линейно-интерактивни UPS системи обикновено извеждат в режим на батерия чиста синусоидална мощност. Те също така осигуряват чудесна схема за свързване и управление с компютри и мрежи, коефициент на мощност 0,7 ~ 1,0 и разполагат с множество AVR нива на усилване с променлива чувствителност за нормализиране на мощността. Ако има прекъсване на захранването, те преминават в режим на батерия за по-малко от 4 милисекунди. Освен това те обикновено осигуряват по-дълго време за работа на батерия, като много от тях имат възможност за разширяване на батерията.
По-обикновените непрофесионални линейно-интерактивни UPS системи обикновено извеждат в режим на батерия симулирана синусоидална мощност. Обикновено те имат ограничена свързаност, по-малък коефициент на мощност (0,5 ~ 0,6) и единичен усилващ и/или намаляващ AVR с фиксирана 10% корекция на входната мощност. Ако има прекъсване на захранването, те преминават в режим на батерия за по-малко от 8 милисекунди.

Двата основни недостатъка на тази линейно-интерактивна технология в сравнение с онлайн топологията са: (а) онлайн топологията може да определи фиксирана стойност на изходната мощност, която ще се поддържа през цялото време, независимо от всичко (например да кажем 230 VAC постоянно на изхода), и (б) в случай на пълна хардуерна повреда на UPS (не на батерията, а на някаква хардуерна повреда), той ще се изключи, изключвайки едновременно всички свързани устройства – няма автоматичен байпас за разлика от онлайн моделите, които включват такава функция. Ето защо може да е разумно при критични инсталации, използващи линейно-интерактивни UPS системи, да се включи автоматичен прекъсвач (ATS) с двоен източник на захранване като предварителна предпазна мярка срещу хардуерна повреда.
Основните предимства на тази технология в сравнение с онлайн технологията са: а) нивото на шума при работа и консумацията на енергия са много по-ниски; и б) батериите би трябвало да имат по-дълъг живот.

С) Онлайн: Тази технология се основава на схемата за двойно преобразуване (изправител и инвертор). Променливотоковото захранване постъпва в UPS от мрежата и след това се преобразува в постояннотоково захранване, което се съхранява в батериите с помощта на постоянно работещ токоизправител. След това се преобразува от постоянен в променлив ток с помощта на инвертор, който работи постоянно, осигурявайки постоянна, чиста мощност на изхода. Стойността на изходната мощност е стабилна и в съответствие с предварително зададената стойност на изходното напрежение, която може да се избира; (200VAC, 210VAC, 220VAC, 230VAC и 240VAC).
Това са прости, надеждни и много ефективни устройства.

UPS системите на онлайн технологиите винаги се считат за професионални и винаги осигуряват в режим на батерия чиста синусоидална мощност. Те също така осигуряват чудесна схема за свързване и управление с компютри и мрежи, както и коефициент на мощност 0,7 ~ 1,0. Нивата на толерантност към колебанията на захранването и наложените настройки са отлични, което ги прави доста подходящи за райони с лоша и нестабилна променливотокова мрежа. Времето за прехвърляне между режимите на променлив ток и батерия в случай на прекъсване на захранването е 0 милисекунди! Освен това те обикновено осигуряват по-дълго време за работа на батерия, като много от тях имат възможност за разширяване на батерията.
В случай на хардуерна повреда те автоматично преминават в режим на байпас, при който „AC-in = AC-out“, заобикаляйки всички хардуерни манипулации на захранването, като по този начин поддържат работата на свързаните устройства с променливотоковата мрежа. Това е предимство за критични приложения.

Основните недостатъци в сравнение с професионалните линейн0-интерактивни устройства са по-високият работен шум и много по-високата консумация на енергия.

ЗАБЕЛЕЖКА: Независимо от топологията на UPS, превключването в режим на батерия може да се осъществи, ако входната честота (в Hz) е извън обхвата или ако има екстремни хармонични изкривявания (HD) на входната линия за променлив ток, които създават твърде много „шум“, за да може UPS да работи в режим на променлив ток. В зависимост от типа и модела на UPS, честотата и HD са или донякъде регулируеми, или предварително фиксирани в определен диапазон от стойности.

6. Други фактори при избора на UPS

Освен гореспоменатите основни съображения, има и други фактори, които трябва да се вземат предвид при избора на подходящия за вас UPS. Някои от тях могат да се окажат от решаващо значение за настоящите приложения и/или възможните бъдещи изисквания. Някои от тези фактори за избор могат да бъдат обобщени, както следва:

• Типове контакти: (IEC, Schuko, френски, британски и др.).
  • Тип батерия: (т.е. дали е стандартна и широко достъпна на пазара)
  • Сменяема от потребителя батерия
  • Ниво на шум при работа в режим на променлив ток
  • Консумация на енергия в условия на празен ход и отвеждане на топлината
  • Универсалност на използване, напр. USB зарядни устройства, изводи само за пренапрежение, критични/некритични изводи и др.
  • Обща цена на притежание: първоначална цена и какво включва тя, качество, продължителност на живота, лесно обслужване, местна поддръжка, консумация на енергия в условия на празен ход и др.
  • Управление на системата: свързаност с различни видове операционни системи, софтуерен пакет, системни индикатори, автоматични известия, възможност за работа в мрежа, дистанционно управление, аварийно изключване, сензори за околната среда, документация и др.
  • Възможности за бъдещо разширяване: портове за свързване, SNMP мрежа, връзка с облак, възможност за смяна на батерията за по-дълго време на работа и др.
  • Съотношение цена/производителност: качествени функции, местна и международна поддръжка, търговска марка
  • Външен вид: ако трябва да се инсталира на видно място, като например център за домашно кино, ексклузивно заведение за хранене, бутик и др.

Въз основа на горното минипроучване е достатъчно да се каже, че изборът на правилния UPS не е лесен. Запознайте се с различните аспекти на този процес и/или се консултирайте със специалист системен интегратор, който ще ви помогне да вземете правилното решение.

Клиентите на ADSYS вече имат достъп до всички тези продукти като голяма част от основните модели се поддържат на склад. Те могат да се възползват от технологиите и опита на Cyber Power, за да получат балансирано решение, в което хардуера и софтуера работят съвместно, за да осигурят образцова надеждност на системите и водеща икономия на енергия.