Zasilacz UPS (zasilacz awaryjny) - czym jest i czemu służy, jaka jest jego rola w zakresie dostarczania energii elektrycznej, jakie jest jego miejsce w instalacji elektrycznej obiektu oraz funkcja w życiu statystycznego Kowalskiego? Spróbujemy znaleźć odpowiedź na to pytanie. Zasilacz awaryjny jest wtórnym źródłem energii elektrycznej. Wtórnym, bo najpierw musimy naładować jego akumulatory, aby mógł dostarczać energię w razie awarii pierwotnego źródła zasilania. Czy jest alternatywnym źródeł energii elektrycznej? Warunkowo, tylko przez określony czas zależny od pojemności akumulatorów i obciążenia. Pytanie, czy nie wystarczy generator prądotwórczy np.: z silnikiem Diesla, który może stanowić alternatywne źródło zasilania? Całe królestwo Tonga na Pacyfiku jest zasilane w ten sposób z wykorzystaniem importowanej ropy i nie cierpi z powodu braku energii elektrycznej. Czy w takim razie funkcją zasilacza UPS jest pełnienie wyłącznie roli wtórnego lub alternatywnego źródła zasilania? Nie! Zasilacz awaryjny jest przede wszystkim bezprzerwowym źródłem zasilania. W odróżnieniu od generatora prądotwórczego wymagającego czasu na rozruch po zaniku napięcia, zasilacz awaryjny gwarantuje ciągłość dostawy energii bez jakiejkolwiek przerwy. Ta cecha wyróżnia go od innych wtórnych i alternatywnych źródeł zasilania. Zasilacz awaryjny umieszczany jest między pierwotnym źródłem zasilania jakim jest sieć energetyczne, a chronionymi odbiornikami. Przed zasilaczem UPS może być również zainstalowany agregat prądotwórczy jako alternatywne źródło zasilania, na które przełączana jest instalacja zasilająca po awarii głównego źródła (rys. 1).

Rys. 1. Miejsce zasilacza awaryjnego UPS w systemie zasilania obiektów.

Czy zasilacz awaryjny pełni również inne funkcje w systemie zasilania? Tak. Poprawia jakość zasilania chronionych urządzeń. Nie ma już chyba gałęzi przemysłu, która mogłaby współcześnie obejść się bez zasilaczy awaryjnych. Podobnie jest z działalnością usługową, funkcjonowaniem urzędów czy innych obiektów użyteczności publicznej i to za sprawą, chociażby tylko, wszędobylskich komputerów. Nie tylko popularne PC-ty wymagają bezprzerwowego zasilania, dotyczy to również współczesnych linii produkcyjnych, aparatury medycznej, systemów fiskalnych w małych i dużych sklepach oraz rozmaitego rodzaju automatyki. Zasilacze awaryjne są wszędzie i być muszą, chociaż na co dzień sobie tego nie uświadamiamy. Ciągłość zasilania gwarantuje bezpieczeństwo ludziom, mieniu i danym. Pomimo ciągłego rozwoju i modyfikacji instalacji elektrycznych, poważne awarie zasilania zdarzają się coraz częściej, wystarczy wspomnieć te  w Nowym Jorku , Kanadzie, Włoszech czy Bangladeszu. Awarie spowodowane są, między innymi, wciąż rosnącym obciążeniem sieci zasilających w szczególności odbiornikami o nieliniowym poborze energii, takimi chociażby jak zwykłe komputery. Jasne jest więc, że musimy, rozpatrując jakiekolwiek inwestycje lokalowe, zastanowić się nad sposobem zapewnienie zasilania bezprzerwowego. Do zabezpieczenia mamy oświetlenie awaryjne, automatykę np. sterującą ogrzewaniem, instalacje alarmowe i przeciwpożarowe, urządzenia telekomunikacyjne itd. oraz oczywiście komputery, a w szczególności gromadzone i przetwarzane na nich dane. Do dyspozycji mamy duże centralne zasilacze awaryjne zabezpieczające zasilanie całego obiektu czy wydzielonego lokalu (rys. 2) lub małe zasilacze UPS zabezpieczające pojedyncze urządzenia (rys. 3). Wybór systemu zasilania awaryjnego zależy od możliwości ekonomicznych inwestora, konfiguracji obiektu, przeznaczenia lokalu, struktury instalacji elektrycznej, mocy zasilanych urządzeń i wymaganego poziomu bezpieczeństwa.

Zasilacze pracujące w centralnym systemie zasilania awaryjnego (rys. 4) wykonywane są w tzw. technologii on-line (z podwójnym przetwarzaniem – prostownik / falownik) i ze stabilizowanym napięciem sinusoidalnym na wyjściu UPS. Na skutek podwójnego przetwarzania przebieg napięcia wyjściowego zasilacza jest niezależny i odseparowany od napięcia wejściowego. Zmiany, zakłócenia czy przerwy w przebiegu zasilającym na wejściu nie wpływają na napięcia wyjściowe zasilacza awaryjnego. Centralne zasilacze awaryjne produkowane są w zakresie mocy od kilku do kilkuset kilovoltamperów. W wielu przypadkach zasilacze takie przystosowane są do pracy równoległej, co pozwala na wzrost gwarantowanej mocy dla chronionych urządzeń i zapewnia nadmiarowość przy zasilaniu obciążeń o zapotrzebowaniu na moc mniejszą o wielkość mocy zasilacza pracującego równolegle. Nadmiarowość (redundancja) zwiększa niezawodność systemu zasilania awaryjnego. Uszkodzenie jednego z zasilaczy UPS pracujących równolegle nie powoduje awarii w zasilaniu, ponieważ obciążenie przejmują na siebie pozostałe zasilacze pracujące równolegle. Zasilacze dużych mocy wymagają wydzielonych, klimatyzowanych pomieszczeń oraz wykonania dedykowanej instalacji elektrycznej dla urządzeń wymagających bezprzerwowego zasilania. Gniazda zasilające takiej instalacji powinny być zabezpieczone (kodowane), aby uniemożliwić podłączenie do nich innych urządzeń takich jak odkurzacze, czajniki elektryczne, dystrybutory napojów itp. nie wymagających zabezpieczenia. Pełna separacja chronionego sprzętu od sieci zasilającej oraz czystość i stabilność napięcia wyjściowego zasilacza UPS on-line dużej mocy jest okupiona wysoką ceną takiego rozwiązania.

 

Rys. 4. Centralny system zasilania awaryjnego.

Alternatywnym sposobem rozwiązania zasilania awaryjnego jest zastosowanie tanich zasilaczy małej mocy do zabezpieczania poszczególnych odbiorników w rozproszonym systemie zasilania (rys. 5). Zasilacze UPS małej mocy wykonywane są z reguły w technologii line-interactive. Oznacza to, że zabezpieczane urządzenia są normalnie zasilane z sieci elektrycznej poprzez filtr przeciwzakłóceniowy zawarty w zasilaczu, a dopiero awaria zasilania powoduje uruchomienie wewnętrznego falownika UPS i dostarczenie energii z wewnętrznych akumulatorów zasilacza. Proces startu falownika i odłączenia zasilacza od wadliwego źródła zasilania trwa na tyle krótko, że zabezpieczane urządzenia nie dostrzegają przerwy w zasilaniu. Do zasilania komputerów i innych urządzeń o nieliniowym poborze prądu często wystarcza napięcie o kształcie quasi-sinusoidalnym lub quasi-prostokątnym (czyli odbiegającym od sinusoidalnego). Zasilacze UPS z takim kształtem napięcia na wyjściu podczas pracy awaryjnej zwykle charakteryzują się dużą sprawnością. Dodatkową ich zaletą jest niska cena jednostkowa za kilovoltamper gwarantowanej mocy, przez co są chętnie kupowane przez mniej zamożnych użytkowników. Kilovoltamper mocy gwarantowanej zasilacza line-interactive jest zwykle tańszy od kilovoltampera mocy gwarantowanej zasilacza on-line.

 

Rys. 5. Rozproszony system zasilania awaryjnego.

Rozproszony system zasilania awaryjnego nie wymaga dodatkowych inwestycji w pomieszczenia i instalację elektryczną, jest w pełni skalowany, czyli rozwija się wraz z rosnącą liczbą urządzeń wymagających ochrony (jedno urządzenie – jeden zoptymalizowany pod względem mocy zasilacz awaryjny). Uszkodzenie jednego zasilacza eliminuje z ochrony jedno urządzenie nie powodując awarii całego systemu. Wadą tak zbudowanego systemu zasilania awaryjnego jest słaba separacja chronionych urządzeń od sieci zasilającej podczas pracy normalnej (w stanie podstawowym) oraz utrudniony nadzór nad dużą liczbą małych zasilaczy UPS. Pośrednim rozwiązaniem zasilania awaryjnego jest zastosowanie systemu mieszanego (rys. 6).

Rys. 6. System mieszany zasilania awaryjnego.

Do zabezpieczenia urządzeń o kluczowym znaczeniu (np. serwerów danych czy systemów nadzoru obiektu) można wykorzystać zasilacz redundantny on-line małej mocy (rys. 7).

Taki zasilacz zbudowany jest z modułów pracujących równolegle. Uszkodzenie jednego z modułów nie powoduje przerwy w zasilaniu chronionego urządzenia pod warunkiem, że obciążenie jest mniejsze o wartość mocy co najmniej jednego modułu. Zasilacze takie montuje się tuż przy odbiorniku i nie wymagają one osobnego pomieszczenia i dedykowanej instalacji elektrycznej. Do zabezpieczania urządzeń o mniejszym znaczeniu strategicznym można nadal używać tanich zasilaczy awaryjnych line-interactive.

Podsumowując, należy stwierdzić, że zastosowanie systemu bezprzerwowego zasilania awaryjnego elektrycznych i elektronicznych urządzeń w obiektach jest konieczne, a wybór systemu zależy od potrzeb i możliwości użytkownika.

 

 

 

STRONA GŁÓWNA