صفحه اصلی » مقالات »  چرا نیاز به یو پی اس داریم ؟

 چرا نیاز به یو پی اس داریم ؟

مقدمه

قطع ناگهانی برق باعث اختلال در اکثر فعالیتهای تجاری شده و در برخی موارد امکان ادامه آن را کاملا از بین می برد. به عنوان مثال شرکتهای بسیاری را می توان نام برد که در اثر پیامدهای حاصل از قطع برق ورشکست     شده اند البته تنها قطع برق شهرنیست که اثرات مخرب به همراه دارد بلکه بسیاری از دستگاه های الکتریکی ( برای مثال سیستمهای کامپیوتری) نسبت به نارساییهایی مانند افت لحظه ای ولتاژ، قطع برق، ولتاژ لحظه ای بالا، نویز و تاثیرات فرکانس رادیویی و تغییرات فرکانس در منبع تغذیه خود حساس هستند. به اینگونه بارها که نوسانات برق در کار آنها اختلال ایجاد می کند و عملکرد و کارکرد مطلوب آنها را غیر ممکن   می سازد  اغلب “بارهای حساس” گفته می شود زیرا عملکرد مداوم آنها برای فعالیت تجاری یک شرکت حائز اهمیت است، و همچنین به این دلیل که اینگونه بارها برای عملکرد صحیح به یک منبع نیروی برق با ثبات تر و قابل اطمینان تر از آنچه عموما توسط منابع تغذیه همگانی ارائه می شود، نیاز دارند.

موارد استفاده از بارهای حساس

به همان اندازه که تجهیزات میکروپروسسوری  وارد بازارهای تجاری و صنعتی می شوند، تعداد و انواع بارهایی که جزء طبقه بندی بارهای حساس قرار می گیرند سریعا در حال افزایش است. گسترش پردازش On Line  معاملات و تجارت الکترونیکی در شرایطی که انجام تجارت 24 ساعته نیازمند نیرویی با کیفیت نامحدود می باشد، صحت این مطلب را تائید می کند.

برخی از انواع بارهای حساس عبارتند از:

  • کامپیوترها مثل سیستمهای پردازش و کنترل
  • تجهیزات عملیات صنعتی، مانند عملیات تولیدی دقیق
  • تجهیزات درمانی، مانند سیستمهای کنترل و حفظ حیات
  • تجهیزات شبکه ارتباطی و مخابراتی
  • ترمینالهای دستگاههای POS(Point of Sales) ، مانند سیستمهای خرده فروشی
  • معاملات تجاری On Line، مانند خرید و فروش از طریق اینترنت

اثرات نامناسب بر روی بار حساس می تواند شامل موارد زیر باشد:

  • توقف عملیات تجاری، مانند عدم امکان انجام فعالیت تجاری و یا برقراری ارتباط
  • از بین رفتن یا مخدوش شدن اطلاعات در اثر مشکل نرم افزاری
  • خراب شدن سخت افزار گران قیمت و اجزاء آن در اثر کاهش یا افزایش شدید و ناگهانی ولتاژ
  • کاهش تولید در اثر صحیح نبودن عملیات تولیدی و احتمال خرابی تجهیزات مربوطه
  • درست کار نکردن سیستم کنترل
  • زیان تجاری در اثر خرابی دستگاه POS یا تجهیزات ارتباطی
  • ضرر ناشی از زمان از دست رفته برای تنظیم یا تعمیر سیستم آسیب دیده

مشکلات موجود در برق شهر

نوسانات شدید لحظه ای(Spike)

Spike  ها ولتاژهای سریع، گذرا و با طول زمانی کوتاهی هستند که به شکل موج اصلی برق اضافه می شوند. این ولتاژها می توانند به هر دو سیکل مثبت و منفی اضافه شده و به اجزای الکتریکی خسارت وارد کرده یا آنها را از بین ببرند. Spike ها توسط ترموستاتها یا سایر تجهیزاتی که جریانهای الکتریکی زیاد را Switch   می کنند، یا توسط بارهایی که به وسیله شرکتهای برق Switch می شوند، ایجاد می گردند. بدون شک صاعقه ای که به صورت موضعی به زمین اصابت می کنند از جدی ترین و قابل توجه ترین عوامل تولید این نوسانات هستند به ویژه زمانی که به کابلهای ارتباطی برق القا شوند.

نوسانات شدی لحظه ای می توانند باعث آسیب سخت افزار و خرابی نرم افزار گردند. آسیب دیدن سخت افزار نتیجه قرار دادن وسایل الکترونیکی حساس در معرض ولتاژهای بالاست. خسارتهای نرم افزاری می تواند در دراز مدت سبب ضررهای مالی سنگینی گردد زیرا فایلهایی که بطور دوره ای خوانده می شوند خراب شده و سیستم پردازش جاری ممکن است خطاها را تشدید کند.

 نویز الکتریکی

نویز حالت مشترک ناشی از بروز اختلال بین خطوط منبع و زمین است. نویز حالت معمولی نتیجه اختلال بین ولتاژهای فاز به فاز و فاز به نول است و می تواند در اثر اصابت صاعقه، خاموش و روشن کردن بار، اشکالات کابل و مجاورت با تجهیزات فرکانس رادیویی و غیره ایجاد شود.

انرژی نویز فرکانس بالا که وارد سیم ارت شده است، می تواند بر روی مدارهای حساسی که ارت منبع تغذیه را به عنوان مرجعی برای سیستم کنترل داخلی به کار می برند، تاثیر بگذارد. این نوع تاثیرگذاری مخرب تنها به وسیله نیروی برق تحمیل نمی شود بلکه کابلهای ارتباطی و سایر اتصالات خارجی نیز قادرند چنین تاثیری را ایجاد کنند.این اثرات عموما با قرار دادن فیلترهای حذف اضافه ولتاژ لحظه ای در تجهیزات حساس و به کار بردن کابلهای مناسب و برقراری اتصالهای ارت به حداقل می رسد.

نویز الکتریکی می تواند باعث Hang کردن کامپیوتر و در نتیجه از دست رفتن اطلاعات گردد.

اضافه ولتاژ لحظه ای (Surges)

Surge ولتاژ اضافه شده به موج اصلی برق با مقادیر بالاتر از مقدار عادی خط اصلی برق می باشد که بیش از یک سیکل ادامه می یابد. Surge معمولا پس از آن که یک دستگاه بزرگ خاموش می شود و یا به دنبال Switch کردن بار در مراکز فرعی ایجاد می شود.

به علت زمان نسبتا طولانی Surge می تواند عملکرد اجزای مربوط به منبع تغذیه سوئیچینگ کامپیوتر را کاهش داده و باعث کاهش طول عمر آنها شود

افت ولتاژ لحظه ای(Sags)

افت ولتاژهایی که به مدت چند سیکل ادامه داشته باشند Sag نامیده می شوند. Sag  از لحاظ شکل مانند Spike های منفی می باشد ولی طول مدت آن بیشتر است.

وقوع افت ولتاژ بسیار متداول است. این امر ناشی از Switch کردن یک بار بزرگ مانند دستگاههای تهویه هوا یا راه انداختن موتورهای الکتریکی است. در صورتی که ولتاژ منبع اصلی انقدر پایین بیاید که کامپیوتر نتواند ولتاژی دریافت کند، افت ولتاژ باعث Re-boot شدن کامپیوتر می شود.

هارمونیکها

هارمونیکها عموما توسط بارهای غیر خطی به وجود می آیند که از برق شهر جریانهایی با دامنه بالا می کشند. بارهای حاوی یکسو کننده ای کنترل شده، منابع تغذیه Switching ، و به ویژه ماشینهای الکتریکی را می توان به عنوان منابع ایجاد این نوع تاثیر نام برد. برای مثال می توان به کامپیوترها، دستگاههای فتوکپی، پرینترهای لیزری و موتورهای دوار با سرعت متغیر اشاره کرد.

هارمونیکها باعث افزایش نامناسب جریان می شوند و این افزایش اثر خود را در دماهای بالا نشان داده و باعث خرابی اجزای تشکیل دهنده و افزایش حرارت دستگاهها می شود.

اکثر PC ها توسط منابع سوئیچینگ تغذیه می شوند و مشکلات مربوط به هارمونیکها، با افزایش تعداد کامپیوترها به صورت تصاعدی بالا می رود. در موارد حاد، دمای تولید شده به وسیله هارمونیکها می تواند سیمهای نول سایت را خراب کند مگر آنکه سیمها از ابتدا به اندازه کافی ضخیم در نظر گرفته شوند. جایی که تعداد کامپیوترها در سایت زیاد باشد استفاده از یو پی اس دارای THD جریان ورودی کم، ( مثلا کمتر از 10%) ضروری است.

افت طولانی ولتاژ (Brownouts)

Brownouts ها همانند Sag ها هستند ولی طول مدت آنها بیشتر است و معمولا مهم تر هستند. افت ولتاژ طولانی زمانی ایجاد می شود که منبع اصلی تولید برق قدرت تامین توان مورد نیاز شبکه مصرف را ندارد و شرکت برق ولتاژ شبکه سراسری را کم می کند.

بسته به وضعیت شرکت تولید کننده برق منطقه یی و در شرایط بحرانی، افت طولانی ولتاژ ممکن است چندین ساعت ادامه پیدا کند.

قطع برق شهر(Blackouts)

Blackouts عبارت است از قطع کامل جریان برق و در هنگام وقوع آن منبع نیروی برق کاملا از کار می افتد. این وضعیت در اثر بروز اشکال در خطوط نیرو، حوادث، طوفان همراه رعد و برق و سایر شرایط پیش می آید.

Blackout دارای اثرات کاملا مشهود و گاهی مخرب است.

 

خلاصه

موارد قابل توجهی از اختلالهای احتمالی انرژی الکتریکی وجود دارد که می تواند بر عملکرد یک بار حساس تاثیر داشته باشد.

وجه تشابه تمام اختلالهای یاد شده این است که مطلقا قابل پیش بینی نیستند. هر اقدامی که برای حفاظت از منبع تغذیه بار حساس انجام گیرد باید در تمام مدت استفاده از بار موثر باشد.

بطور کلی کامپیوترها دارای محدوده بالا و پایین مشخصی برای تغییرات دائمی ولتاژ موثر برق ورودی هستند که بین  5% ± تا 10% ± است و به ساختار آنها بستگی دارد. علاوه بر مقادیر بالا، کامپیوترها می توانند نوسانهای خارج از محدوده مجاز را برای مدت بسیار کوتاهی تحمل کنند و هر چه مدت نوسانها کوتاهتر باشد دامنه
آنها بزرگتر است.اگر هدف استفاده کننده از کامپیوتر، کاهش دفعات قطع برق و به حداقل رسیدن خطا است، سیستم الکتریکی باید همواره تحت کنترل باشد.

یو پی اس به عنوان راه حل

پس از شناسایی یک سری تجهیزات به عنوان بارهای حساس، موضوع مهم محافظت از منبع تغذیه آنها است. اگرچه نوع این حفاظت تا حدی به کاربرد خاص آنها بستگی دارد.

برای مثال اثرات ناشی از تداخل، نویز، فرکانس رادیویی و Spike ها را می توان با قرار دادن فیلترهای مناسب و بعضی از انواع ترانسفورماتور ایزولاسیون در خط تغذیه کاهش داد.

Surge ها را نیز می توان با به کار بردن قطعات تابع ولتاژ کم کرد.

نیازهای مختلف برای تغذیه یک شبکه کامپیوتری و یک سیستم روشنایی اضطراری را در نظر بگیرید، نصب تجهیزات تصحیح ولتاژ (Line-Conditioning Equipment) و یک ژنراتور Standby می تواند در مواقع لزوم مناسب ترین شکل حفاظت را تامین کند.

اگر بار به یک منبع تغذیه با تلرانس کم نیاز داشته باشد و یا قرار است بطور مداوم مورد استفاده قرار گیرد، هیچ راهی وجود ندارد جز نصب یک نوع منبع تغذیه بدون وقفه(یو پی اس) تا بار را به وسیله نیروی برق مداوم و بدون نویز تغذیه کند.

اگر بار مصرفی ما به نوسانات و تلرانس برق حساس باشد، مثل PCها، شبکه های رایانه ای، تجهیزات مخابراتی، تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی باید برای استفاده مطلوب و حفاظت از آنها از (یو پی اس) استفاده شود اما اگر بخواهیم سیستم روشنایی یا موتورخانه یا آسانسورها را پشتیبانی نماییم یک دستگاه دیزل ژنراتور Standby بهترین گزینه است.

UPS با موج مربعی (شبه سینوسی – سینوسی)

این سری  دستگاهها تا زمانیکه برق شهر برقرار باشد بارمصرفی را از برق شبکه اصلی (تغذیه ) AC به  DC میکنند و در همین زمان اینورتر یا مبدل خاموش میباشد

وزمانی که برق شبکه قطع شود جهت جایگزین نمودن و تامین برق مصرفی بالا ، توسط  سوئیچ، برق مصرفی ازاینورتر تامین خواهد شد. در حقیقت این سری دستگاهها دارای زمان سوئیچ 4تا 8میلی ثانیه میباشد.که بستگی به بار مصرفی و رله سوئیچ دارد.

و جهت فیلتر کردن اغتشاشات از AVR البته در این مدل جهت تثبیت ولتاژ برق شهری از

ایزولاتورها یا فیلترها ی ویژه  استفاده میشود.

  UPS   Lineinteractive(شبه سینوسی یا سینوسی كامل)

این سری UPS ها،اصلاح شدهء سری OFFLINE میباشند ودر حالت عادی برق مصرفی را از طریق یك فیلتر الكترونیكی ورودی ویك اتو ترانس در خروجی تامین میكند.

از آنجا كه منابع تغذیه كامپیوترها و همچنین بسیاری از دستگاهها ،تغییرات

بالاتر از 15% را نمیتوانند تحمل كنند.این  دستگاهها در چنین حالتی به كمك  اتو ترانس روی سطح ولتاژ مورد نیاز بالاتر یا پایین تر جهت جبران ولتاژ سوئیچ می كنند. (BOOST&BUCK)

یعنی اگر ولتاژ خیلی كم شود ترانس به مدBOOST  سوئیچ میكند ولی اگر ولتاژخیلی زیاد شود به مدBUCK   سوئیچ میكند.

 ON-LINE(موج سینوسی کامل)

جدیدترین تکنولوژی در این سری دستگاهها Double Conversion   می باشداین سری بصورتی طراحی شده است که برق شبکه شهری  را بصورت   DC به AC مستقیم به بار

مصرفی هدایت نمی کند ، بلکه ابتدا برق شهر راازحالت AC به DC (یکسوساز) تبدیل می كند و سپس ورودی یكسو شده را به 220ولت(برق شهر) تبدیل میكند.

با این عملکرد در حقیقت هچگونه اغتشاش موجود در شبکهء شهری به سمت بار منتقل

نمی گردد.

هنگام قطع برق توسط اینورتر برق مصرفی از باتریها تامین مشود. و مدت زمان سوئیچ در این سری دستگاهها صفر ثانیه میباشد.

موارد استفادهء این دستگاه در جائی است که اختلال برق شبکهء سراسری بیش از حد کنترل، جهت فیلتر نمودن ویا زمان سوئیچ برای بار مصرفی حساسیت ایجاد مینماید .

مقایسهء انواع سیستمها

OFF-LINE

معایب:

-اشكالات برق شهر به خروجی منتقل میشود.

– بین ورودی وخروجی ایزولاسیون وجود ندارد.

– بالا بودن زمان انتقال سوئیچینگ

– در این سیستم در هنگام اتصال دستگاه به منبع تغذیه سوئیچینگ كامپیوتر به علت بالا بودن CREST FACTOR وجود دارد. واین به خاطرغیرخطی بودن بارهای مانند منبع تغذیه

سوئیچینگ میباشد.

محاسن:

-قیمت پایین از محاسن این دستگاهها میباشد.

LINE-INTERACTIVE

معایب:

زمان سوئیچینگ چند میلی ثانیه است ( این زمان به صفر کاهش نیافته است)

اختلالات فركانسی فقط در حالت استفاده از باتری حذ ف میگردند.

محاسن:

-قیمت آنها نسبت به دستگاههایOFF-LINE  گرانتر میباشد.

– با توجه به اینكه در شرایط یكسان در این مدل تعداد دفعات استفاده از باتری كمتر از مدل قبل میباشد عمر مفید باتری افزایش می یابد.

ONLINE

محاسن:

تثبیت ولتاژ و فركانس در خروجی

حفاظت دائمی از ولتاژبه علت عملكرد دائمی.

زمان سوئیچ صفر ثانیه كه درمورد بارهای حساس در شبكه های ارتباطی بسیارمثبت می باشد.

– ضریب اطمینان بالا در تغذيه بارهای  شبكه.

معایب:

قیمت به علت پیچیدگی و بالا بودن تكنولوژی گرانتر از دو سری قبل میباشد.

UPS ساختارهای مختلف

سیستم های موازی

این سیستم شامل دو UPS یا بیشتر استکه به صورت موازی انرژی الکتریکی یک گروه بار را تامین می کند و عموماً جهت سیستمهای ON-LINE که محدوده توان متوسط یا بالایی دارند , استفاده می شود.

دو دلیل عمده جهت بهره گیری از این سیستم وجود دارد :

توان وظرفیت موثر بالا رود تا سیستم توانایی تامین بارهای توان بالا را داشته باشد .

سیستمهای موازی را میتوان در یكی از دو گروه  CAPACITY  یا REDUNDANCY  طبقه بندی كرد.

سیستم Capacity

یك سیستم موازی با استفاده ازتعداد مشخصی  UPSبا توانهای یكسان راه اندازی می شود.

برای نمونه سه دستگاه 80 كیلوولت آمپر ممكن است برای تغذیه 200 كیلو ولت آمپر به كار رود.

در شرایط معمولی هر دستگاه حداكثر 67 كیلو ولت آمپر را تامین میكند اما اگر به هر دلیلی یكی از دستگاهها دچار مشكل شود دو دستگاه دیگر باید هر كدام 100 كیلو ولت آمپر را تا مین نمایید بنا براین قطعا“ اضافه بار به وجود میآید در این زمان باربلا فاصله با عملكرد همزمان سوئیچ استاتیك در هر دستگاه به مسیرBYPASS  منتقل می شود اگر دستگاهی كه دچار ایراد شده است نتواند سوئیچ استاتیك مسیر خود را به راه اندازد،

سیستم قادر است به وسیلهء سوئیچ سایر دستگاهها تمام جریان را تامین میكند.

سیستم  Redundancy

در یک سیستم موازی Redundant تعداد UPS های تشکیل دهنده سیستم حداقل

یك دستگاه بیشتر از ظرفیت مورد نیاز اصلی سیستم میباشد.بنابراین اگر یكی از

دستگاهها دچار مشكل شود همچنان انرژی باررا توسط انرژی اینورتر تامین ودر نتیجه ضریب اطمینان سیستم افزایش می یابد.

در مثال هر چهار سیستم موجود به روش  Redundant عمل كرده  و ا گر یكی از سیستمها دچار مشكل شود بارهمچنان از انرژی تولید  شده  توسط اینورتر استفاده

میكند وتنها پس ازخراب شدن دستگاه  دوم بطور خودكار به مسیر Bypass منتقل میشود

ودر صورت نیاز به منبع انرژی مطمئن تر تعداد دستگاهها ی سیستم Redundant تا دو

برابر قابل افزایش است از این رو به  این  سیستم N+1 یا N+2 گفته میشود كه N نشان  دهندهء  حداقل  دستگاههای مورد نیاز برای تغذیه  و بار است اعداد 1یا 2 وغیره تعداد سیستمهای رزرو را مشخص می كنند.

 چرا نیاز به یو پی اس داریم ؟