Zdroje nepretržitého napájania (UPS) sú dôležitou súčasťou mnohých inštalácií výpočtovej i inej techniky. Pri ochrane prostriedkov výpočtovej techniky je dôležité nielen predĺžiť čas ich práce na istý interval výpadku elektrickej energie, ale v prípade dlhotrvajúceho výpadku i spolupracovať pri automatickom uzavretí ich práce. Pri rozsiahlejších systémoch je veľmi dôležitou súčasťou ich nasadenia aj efektívne monitorovanie a riadenie ich práce. Tieto dodatočné aspekty použitia UPS v praxi si vyžadujú, aby prostriedky výpočtovej techniky a správcovia systémov boli schopní efektívne komunikovať so zdrojmi nepretržitého napájania. Z tohoto dôvodu majú všetky moderné zdroje nepretržitého napájania zabudované viac či menej inteligentné spôsoby komunikácie s okolitým prostredím, ktoré sú tiež dopĺňané dodatočnými vonkajšími zariadeniami. V tomto prehľade môžete nájsť popis základných princípov komunikácie UPS s okolím spolu s prehľadom štandartných situácií pre použitie jednotlivých typov komunikácie. V súčasnosti sa svet výpočtovej (a inej) techniky rýchlo vyvíja smerom ku univerzálnej konektivite (prepojeniu) takmer všetkých používaných zariadení a preto je diskusia o základoch UPS konektivity veľmi aktuálna.
Hardwarové aspekty komunikácie
Komunikácia akýchkoľvek zariadení má dva základné aspekty - otázky hardwaru (typ spojenia, konektory, napäťové úrovne a podobne) a softwaru (použitý komunikačný protokol a aplikačný softvér). V tejto časti jednoduchým spôsobom opíšeme dostupné hardwarové možnosti komunikácie.
Zdroje nepretržitého napájania i pri minimalistickom prístupe ku komunikácii musia oznamovať pár základných údajov o stave elektrickej siete - či sa užitočný výkon poskytuje z batérií alebo zo siete a či sú batérie v dobrom stave alebo sú vybité. Tieto minimálne informácie zvykli najjednoduchšie UPS oznamovať pomocou bezkontaktného stavového rozhrania, kde prítomnosť či absencia napätia na príslušných kontaktoch tohoto rozhrania oznamovala istú skutočnosť. Táto veľmi primitívna forma komunikácie je dnes prakticky málo používanou alternatívou a možeme sa s ňou stretnúť hlavne pri starých typoch UPS (a v niektorých špecifických riešeniach prepojenia UPS s viacerými počítačmi, o čom bude reč neskôr). Táto forma komunikácie medzi UPS a prostriedkami výpočtovej techniky vyžaduje iba veľmi jednoduchú softwarovú podporu na strane užívateľského programu a vo viacerých operačných systémoch je podpora takto komunikujúcej UPS priamo zabudovaná (Windows NT, Windows 2000). Toto jednoduché komunikačné rozhranie je obojsmerné a tak možno pomocou externého programu UPS v prípade potreby vypnuť a zapnúť.
Obmedzenosť predchádzajúcej formy komunikácie viedla výrobcov UPS ku zabudovaniu štandartného sériového rozhrania priamo do UPS pomocou ktorého je UPS schopná s použitím (neštandartného) komunikačného protokolu oznamovať o svojom stave značné množstvo informácií a tiež vykonať rôzne konfiguračné či iné aktivity. Najčastejšie sa pre túto formu komunikácie používa RS232 varianta sériového rozhrania ktorá je implementovaná v takmer každom používanom personálnom počítači. Pre samotnú komunikáciu sa využívajú pomerne malé komunikačné rýchlosti a hlavne rôzne komunikačné protokoly, ktoré sa samozrejme líšia nielen medzi rôznymi výrobcami, ale nezriedka i medzi jednotlivými typmi UPS od toho istého výrobcu. To automaticky znamená, že z hľadiska softvéru sú užívatelia odkázaní na použitie softvéru dodávaného výrobcami UPS, preto výrobcovia spravidla svoje komunikačné protokoly nezverejňujú. Voľba sériového rozhrania v UPS nie je náhodná, súvisí s nutnosťou podporovať i vzdialený prístup ku UPS pomocou modemu, pre ktorý je sériové rozhranie najčastejšie používanou komunikačnou variantou. Takto jedno sériové rozhranie zabudované v UPS slúži na lokálne (priame) prepojenie s počítačom alebo alternatívne pre spojenie s lokálnym modemom, pomocou ktorého môže UPS oznámiť prítomnosť problému či akceptovať prichádzajúci hovor na spojenie so vzdialeným počítačom s použitím modemov a telefónnych liniek.
Sériové rozhranie v UPS je veľmi užitočné, má však i svoje obmedzenia. Najdôležitejšími sú obmedzená dĺžka kábla (pri RS232 variante asi 15 metrov) a nemožnosť komunikácie viacerých počítačov cez to isté sériové rozhranie. Obe tieto obmedzenia prekonáva sieťová forma komunikácie. Preto je logické, že ďalšou možnosťou komunikácie s UPS je práve využitie technológie štandartnej lokálnej počítačovej siete (najčastejšie vo forme Ethernetového spojenia alebo s využitím technológie Token Ring). V prípade takejto formy komunikácie sa najčastejšie používa štandartná forma výmeny informácií medzi výpočtovou technikou a UPS - tzv. Simple Network Management Protokol (SNMP). Tento štandardizovaný protokol sa používa na riadenie i iných zariadení komunikujúcich s použiťím siete ako sú sieťové huby či routre.
Na strane UPS nie je kvôli cene prítomnosť sieťovej karty súčasťou štandartnej dodávky. Preto sa pre UPS vyrábajú špeciálne verzie sieťovo komunikujúcich zariadení nazývané SNMP boxy alebo SNMP karty, ktoré na rozdiel od štandartných sieťových kariet komunikujú s UPS pomocou sériového rozhrania a na strane siete komunikujú s použitím už spomínaného SNMP protokolu. Takéto riešenie komunikácie s UPS je veľmi flexibilné a progresívne - v čase nástupu univerzálnej konektivity je tým najlepším riešením. Umožňuje súčasnú komunikáciu množstva počítačov s jedným UPS zariadením, umožňuje monitorovať UPS z veľkej vzdialenosti ak je SNMP karta priamo dostupná pomocou prepojených sietí. Navyše možnosť sieťovej komunikácie priam nabáda na zabudovávanie nových funkcií do SNMP kariet ako sú konfigurácia pomocou protokolu telnet alebo zabudovanie malého špecializovaného Web servera. Pomocou takéhoto Web servera možno získať všetky informácie o UPS s využitím štandartného Webovského browsera s možnsťou konfigurácie UPS na diaľku či iných servisných zásahov. Takto sa UPS môže otvoriť voči užívateľom bez špecializovaného softvéru a umožniť konfigurovať či spravovať UPS i s využitím moderných prostriedkov výpočtovej techniky ktoré nepatria do kategórie PC ako sú PDA zariadenia typu PalmPilot či PocketPC či tzv. Web zariadeniam. Zvýšená dostupnosť komunikácie má za následok nutnosť zohľadňovať oveľa viac bezpečnostné aspekty komunikácie aby nemohol neodborný či pirátsky zásah do konfigurácie či fungovania UPS urobiť neautorizovaný užívateľ.
Sieťová komunikácia s UPS má aj ďalší rozmer - umožňuje správcom sietí zaradiť UPS ako plnohodnotne monitorovateľné a spravovateľné zariadenie do veľkých programových systémov na správu sietí (ako sú napríklad HP OpenView, IBM Netview). Hlavne vo veľkých inštitúciach je profesionálna správa sietí prakticky nevyhnutnosťou a preto je veľmi užitočné, ak aj UPS možno spravovať a riadiť na diaľku. V praxi to znamená, že každá UPS má doinštalovanú SNMP kartu alebo zariadenie a tým sa po sieti na diaľku dá o nej zistiť akákoľvek informácia. V prípade výpadku napájania alebo inej poruchy sa v aplikáciu pre správu siete objaví jasná vizuálna informácia varujúca správcu o problémoch a umožňujúca urobiť na UPS servisný zásah či zmenu nastavenia.
V našom prehľade o možnostiach komunikácie výpočtovej techniky s UPS by sme tu snáď mohli skončiť, ale vývoj v tejto oblasti sa zďaleka nezastavil. V posledných rokoch sme svedkami snahy o zjednodušenie spôsobu pripajánia externých zariadení ku personálnym a iným počítačom. Objavujú sa nové spôsoby komunikácie s periférnymi zariadeniami ako sú USB (Universal Serial Bus) či rozhranie FireWire. Majú za úlohu zjednodušiť samotné pripojenie zariadenia štandardizáciou nového rozhrania, ktoré umožňuje komunikovať s viacerými zariadeniami cez jedno komunikačné zariadenie v PC, umožňuje pripájať i odpájať periférie za chodu bez ovplyvnenia iných práve pripojených zariadení. Po pomalom štarte sa v súčasnosti presadilo hlavne rozhranie USB a preto ho dnes už možno nájsť zabudované aspoň v niektorých UPS popredných výrobcov. Výhodou USB zariadení je možnosť komunikácie viacerých zariadení cez jedno pripojenie v cieľovom počítači, samotný softvér sa z užívateľského hľadiska prakticky nelíši od prípadu iného typu pripojenia. Ďaľším dôvodom pre produkciu UPS komunikujúcich cez USB je existencia počítačov, v ktorých tradičné komunikačné rozhrania ako sériová linka jednoducho nie sú zabudované - najznámejším príkladom je počítač iMac.
Ešte jedna oblasť komunikácií sa dnes rozvíja veľmi prudko - bezdrátové komunikácie. Počet používaných GSM telefónov rastie rýchlejšie ako počet používaných personálnych počítačov. Ťažisko bezdrátových komunikácií dnes je v prenose zvukovej informácie, ďaľšia generácia prinesie so sebou omnoho rýchlejšiu bezdrátovú dátovú komunikáciu a s ňou i prudký rozvoj bezdrátovej dátovej komunikácie. Dnes ešte nemožno zavolať z mobilného telefónu UPS a dostať o nej potrebné údaje či vykonať na UPS servisné operácie, ale bude to možné už v blízkej budúcnosti a že to opäť podstatne zlepší našu schopnosť komunikovať s UPS zariadeniami kedykoľvek to bude potrebné.
Diskusia o komunikácii výpočtovej techniky so zariadeniami UPS by nebola úplná, keby sme nespomenuli dodatočné špecializované zariadenia, ktoré doplňujú či zefektívňujú už spomínané komunikačné možnosti. Tieto zariadenia nebudeme opisovať podrobne, ale spomenieme hlavné druhy týchto dodatočných zariadení.
Spomínali sme už možnosť komunikovať s UPS pomocou modemu. Kvôli tomu, že logika komunikácie pomocou modemu nie je úplne triviálna výrobcovia často nezahrnú túto komunikačnú možnosť do základnej výbavy jednoduchších UPS zariadení, ale požadujú od užívateľa zakúpenie špecializovaného zariadenia, ktoré tito komunikačné možnosti má. Takéto dodatočné zariadenie máva rôzne názvy (ako service box alebo Call-UPS) a tiež formy : môže byť realizované v tvare externého zariadenia či ako zásuvný modul do rozširovacieho slotu priamo v UPS. Tieto rozširovacie sloty si zasluhujú špeciálny kometár - výrobcovia dávajú užívateľom možnosť modulárne rozširovať komunikačné možnosti zakúpených UPS zariadení tým, že zabudúvajú jeden či viac rozširovacích pozícií pre prídavné karty priamo do tela UPS. Je to prakticky rovnaká myšlienka ako rozširovacie sloty v personálnom počítači (ktoré boli mimochodom jedným z rozhodujúcich faktorov pre fenomenálny úspech PC počítačov od doby ich vzniku). Takto sa môže užívateľ rozhodnúť flexibilne rozšíriť komunikačné možnosti svojho UPS zariadenia presne takými komunikačnými modulmi, ktoré potrebuje.
Okrem modemového modulu môžu užívatelia UPS siahnuť i po iných prídavných zariadeniach. Môžu si napríklad dokúpiť modul stavového rozhrania umožňujúceho oznamovať najzákladnejšie údaje o stave a práci UPS, ale samozrejme i už spomínaný SNMP modul. Jedným zo zaujímavých prvkov je špeciálny modul environmentálnych hodnôt, umožňujúci merať napríklad teplotu batérií priamo v UPS alebo teplotu v blíkom okolí UPS, vlhkosť či hodnoty signálov oznamujúcich alarmy nesúvisiace s prácou samtonej UPS. Veľkou flexibiliyou sa vyznačuje zariadenie nazývané MasterSwitch - čo je inteligentné zariadenie umožňujúce programovo či proaktívne v prípade istých stavov vypínať selektívne jednotlivé prvky záťaže používanej UPS aby sa predĺžil čas práce kritických zariadení napríklad v prípade dlhotrvajúceho výpadku napájania.
Prehľad prídavných zariadení pre UPS možno rozšíriť o ďalšie zaujímavé zariadenia. Jedným z nich je prenosný display pripojiteľný ku UPS a umožňujúci zistiť stav UPS, nastaviť jej hodnoty, prezrieť si zázanmy o predošlých chybových stavoch či otestovať UPS. Tieto zariadenia začínajú byť nahradzované univerzálnejšími a cenovo dostupnejšími zariadeniami ako sú známe prenosné počítače PalmPilot či počítače s operačným systémom WinCE (tzv. Personálny digitálny asistenti). Tieto zariadenia disponujú sériovým rozhraním, displayom a zariadením na zadávanie informácie a navyše sú programovateľné. To z nich robí takmer ideálne servisné zariadenia pre lokálnu prácu s UPS.
Mnoho výrobcov vychádza v ústrety užívateľom pre prípad nutnosti informovať viac lokálne pripojených počítačov zálohovaných jedným UPS zariadením. Najuniverzálnejším riešením pre takýto prípad je použitie sieťovej komunikácie s nasadením SNMP modulu, ale ak to kvôli technickým či ekonomickým dôvodom nie je dobrým riešením výrobcovia ponúkajú jednoduché zdvojovače signálov či kombináciu inteligentného RS232 rozhrania a kontaktného rozhrania či dokjonca špecializované zariadenie s inteligenciou pre umožnenie komunikácie až 4 počítačov s jedným UPS zariadením cez inteligenté RS232 rozhranie.
GO BACK
Softvérové aspekty komunikácie
Považujeme za potrebné zdôrazniť, že prakticky vždy je komunikačný kanál UPS či jeho dodatočné zariadenie doplnené zodpovedajúcim softvérovým vybavením, ktoré umožňuje tieto komunikačné možnosti efektívne využívať. Situácia v oblasti softvéru je pomerne komplikovaná a zaslúži si obsiahlejší komentár.
Každý výrobca UPS sa snaží poskytovať užívateľom softvér umožňujúci efektívnu ochranu prostriedkov výpočtovej techniky pri použití UPS. Softvér chrániaci počítač v prípade výpadkov napájania je mnohými výrobcami UPS poskytovaný bezplatne, ale softvér pre speciálnejšie použitie ako je správa mnohých UPS či vzdialený monitoring je zväčša výrobcami predávaný.
Problém protekčného (ochranného) softvéru je dvojaký - značné množstvo používaných typov počítačov s takmer rovnakou variabilitou používaných operačných systémov - od staručkých počítačov s tradičným operačným sytémom MSDOS cez rôzne druhy operačných systémov typu Windows po Unixy, OpenVMS či Netware. Do toho pristupujú rôzne verzie týchto systémov ktoré sa od seba navzájom trochu či podstatne líšia a začíname tušiť, že situácia v tejto oblasti nie je vôbec jednoduchá. K tomu pristupujú čoraz bohatšie komunikačné možnosti samotných UPS zariadení - stretávame nielen rôzne komunikačné rozhrania ako sú sériová komunikácia, sieťová komunikácia s použitím protokolu SNMP, ale najnovšie i USB či bezdrátové spojenia. Popri čoraz rôznorodejších možnostiach a zlepšujúcej sa flexibilite samotných UPS zariadení sa občas mení i samotný protokol komunikácie medzi UPS a vonkajším zariadením. Preto je prirodzené, že najčastejšou otázkou v tejto oblasti je: "Bude s touto verziou tohoto operačného systému bežiaceho na tomto type počítača fungovať táto verzia softvéru používajúca tento typ komunikácie s UPS ?". Z uvedeného vyplýva, že odpoveď na túto otázku vôbec nie je zrejmá. K tejto neistote pristupuje ďalší rozmer problému: "Ktorý typ komunikácie s UPS je najvhodnejšie použiť pre danú situáciu zákazníka ?".
Zrejme nebude veľkým prekvapením keď povieme, že výrobcovia UPS sa od seba líšia nielen ponukou rôznych zariadení, ale i schopnosťou zvládnuť túto neľahkú úlohu zabezpečiť efektívnu komunikáciu medzi UPS a výpočtovou technikou pre čo najviac štandarných či menej štandartných situácií. Takisto nás neprekvapí, že solídny predajcovia výrobkov typu UPS mávajú skupinu odborníkov na problematiku komunikácií, ktorí pomáhajú zákazníkom riešiť netriviálne komunikačné situácie a požiadavky. Našťastie sa predajcovia poväčšine stretávajú s neveľkou triedou pomerne štandartných situácií, pre ktoré je možné dať obecné odporúčania ako sa daná situácia spravidla rieši. Najdôležitejším prvkom pri riešení problémov komunikácie UPS s výpočtovou technikou je samozrejme zákazník. Ak vie čo chce a je to rozumne uskutočniteľné, tak mu vyjdeme v ústrety. Ak nemá veľkú predstavu o tom, ako dosiahnuť splnenie svojich predstáv o fungovaní UPS a komunikácie s ňou, tak mu pomáhame návrhom štandartného či menej štandartného spôsobu riešenia komunikačných aspektov jeho požiadaviek.
Architektúra záložných zdrojov
ON-LINE UPS
Vstupné napätie prechádza cez usmerňovač (vstupný menič), ktorý dobíja batérie a napája striedač (výstupný menič). Pripojené spotrebiče sú vždy napájané zo striedača, ktorý generuje elektronickou cestou stabilizované striedavé napätie. Pri výpadku napájacej siete je striedač okamžite napájaný zo vstavaných akumulátorových batérií. Všetky poruchy a rušivé vplyvy verejnej napájacej siete sú potlačené. Väčšina typov záložných zdrojov odoberá zo siete sínusový prúd, čím je zamedzené nežiadúcim spätným vplyvom na napájaciu sieť. Často sú zdroje ON-LINE vybavené obtokom (BYPASS), ktorý pri veľkom preťažení alebo pri poruche striedača automaticky prepne zálohovanú záťaž priamo na sieť.
V okamžiku prepnutia nie je na priebehu výstupného napätia zdroja UPS badateľná žiadna zmena, prechod je úplne plynulý.
Zdroje on-line teda majú na výstupe stále vopred nastavené konštantné znovu generované sínusové napätie pri väčšom rozsahu vstupného napätia, bez použitia energie z batérií.
Prakticky jedinou významnou nevýhodou zdrojov UPS s architektúrou on-line je nižšia účinnosť (obvykle tesne nad hranicou 90%), vyplývajúca zo strát pri dvojitej premene energie. Preto majú niektoré on-line zdroje UPS zabudovanú možnosť tzv. ECO-módu. V tomto režime zdroj UPS štandardne napája záťaž cez automatický obtok, pričom striedač (výstupný menič) je v prevádzke naprázdno a jeho výstupné napätie je vo fáze s napätím siete. V prípade poruchy vstupného napätia prejde napájanie záťaže spojito na výstupný menič. Takto je dosiahnutá priemerná prevádzková účinnosť 97-98%.
OFF-LINE UPS
Tieto záložné zdroje napájajú pripojené spotrebiče cez filter z verejnej siete a vnútorné batérie sú takisto dobíjané zo siete. Pri poruche napájacej siete (úplný výpadok, napätie mimo tolerancie) je energia čerpaná z batérií, na výstupe je generované elektronickou cestou stabilizované striedavé napätie, zvyčajne modifikovaný lichobežníkový, alebo stupňovitý sínus. Toto usporiadanie umožňuje využiť množstvo prvkov zdroja v oboch prevádzkových režimoch, čím sa zariadenie značne zjednoduší a zníži sa aj jeho cena. Poruchy a rušivé vplyvy nie sú potlačované zďaleka tak dokonale, ako v typoch ON-LINE, pri prepínaní prevádzkových režimov dochádza ku krátkodobému výpadku v napájaní záťaže. Tým je daná oblasť použitia záložných zdrojov typu OFF-LINE na menej dôležité respektíve menej náročné zálohovania napájaní, kde nevadí malé potlačenie porúch siete, väčšie kolísanie výstupného napätia, nesínusové výstupné napätie a niekoľko-milisekundové výpadky pri prepnutiach. Doba prepnutia nepresahuje spravidla 4 milisekundy.
LINE INTERACTIVE
Tento typ je v podstate zdokonaleným variantom typu OFF-LINE. Funkciou zdroja je aj pri prítomnosti napätia siete staticky stabilizovať výstupné napätie záložného zdroja (regulácia - AVR). Stabilizácia sa vykonáva po krokoch, podľa typu záložného zdroja v rôznom, nie príliš veľkom počte stupňov. Záložný zdroj napája pripojené spotrebiče cez filter z verejnej siete, pričom sú batérie dobíjané. Pri poruche napájacej siete (úplný výpadok, napätie mimo toleranciu) je energia čerpaná z batérií, na výstupe je generované elektronickou cestou stabilizované striedavé napätie. Pokiaľ vstupné napätie prekročí prepínaciu úroveň, záložný zdroj prepne do režimu zálohovania, prepne odbočky na regulačnom transformátore a navráti napájanie na sieť - tentoraz však už s iným výstupným napätím záložného zdroja, v užšej tolerancii, ako má vstupné sieťové napätie. Každé prepínanie transformátora je teda sprevádzané dvojnásobným skokom do režimu zálohovania a späť do prevádzkového režimu napájania zo siete. V sietiach, kde je veľký rozsah kolísania napätí alebo sú časté výpadky, dochádza k veľmi častému prepínaniu odbočiek vyrovnávacieho transformátora a tým aj k výskytu dvojnásobného krátkodobého výpadku vo výstupnom napätí záložného zdroja a vybíjaniu batérií (vždy po dobu prepnutia sieť - invertor, invertor - sieť). Poruchy a rušivé vplyvy sú potlačované len mierne lepším spôsobom, ako v záložných zdrojoch off-line, týka sa to však iba pomalého kolísania napätí. Pri prepínaní prevádzkových režimov dochádza k dvojnásobnému krátkodobému výpadku (niekoľko milisekúnd) v napájaní záťaže, v dokonalejších typoch s väčším výkonom sa vykonáva prepínanie vo viacerých stupňoch, pričom je možné voliť väčšiu alebo menšiu citlivosť pre prepnutie podľa skutočného kolísania siete v danom mieste. Popísané vlastnosti určujú oblasť použitia záložných zdrojov typu line- interactive na menej dôležité a menej náročné zálohovanie napájania, kde nevadí malé potlačenie rýchlych porúch v sieti, stupňovité kolísanie výstupného napätia (aj keď menšie, ako v typoch off-line, kde je na výstupe vlastne priamo sieťové nestabilizované napätie), prípadné nesínusové výstupné napätia a krátkodobé výpadky pri prepnutiach v najjednoduchších typoch týchto záložných zdrojov. Pri výpadku sieťového napájania nie je rozdiel medzi funkciou záložného zdroja off- line a zdroja s architektúrou line- interactive. Začne napájanie striedača z batérie a súčasne dôjde k prepnutiu výstupu záložného zdroja na výstup striedača. Striedač je napájaný z akumulátorovej batérie, na výstupe je stabilizované striedavé napätie. Doba prepnutia nepresahuje spravidla 4 milisekúnd. Pokiaľ nedôjde k návratu sieťového napätia, napája striedač záťaž tak dlho, až nenastane vybitie akumulátorovej batérie na dovolenú hranicu. Po návrate siete dôjde po synchronizácii so sieťovým napätím k opätovnému prepnutiu záťaže na napájanie zo siete. Akumulátory sa začnú nabíjať, aby boli schopné pokryť budúce výpadky. Doba prepnutia je opäť maximálne 4 milisekúnd.
Praktické riešenia
V ďaľšom naznačíme viacero štandartných situácií nasadenia UPS s komentárom o možnom riešení požiadaviek na komunikáciu UPS s výpočtovou technikou. Tieto odporúčania treba brať tak ako sú myslené - ako všeobecné zásady štandartného riešenia takýchto situácií. V konkrétnom prípade sa spôsob riešenia komunikačných problémov môže od týchto odporúčaní značne odlíšiť - najdôležitejším kritériom úspechu je spokojnosť zákazníka s navrhnutým a úspešne realizovaným riešením.
4.1 Malá UPS pre ochranu jediného počítača
Toto je najštandartnejšia situácia pri predaji jednotlivých malých UPS pre zálohovanie jedného počítača (servera alebo tzv. klientského počítača). V tomto prípade je hlavnou úlohou použitého softvérového riešenia ochrana dát zálohovaného počítača.
4.1.1 Hardware
UPS je spravidla umiestnená neďaleko od samotného počítača a preto je najjednoduchším a spravidla najvhodnejším riešením využitie zabudovaného komunikačného rozhrania - najčastejšie sériového alebo v modernom prípade USB portu. Od počítača sa vyžaduje prítomnosť voľného komunikačného portu - jednoho z dvoch sériových portov pri štandartnom PC alebo jednej USB prípojky (priamo na počítači alebo na na USB hube). Je samozrejmé že musíme mať vhodný komunikačný kábel, ktorý je spravidla dodávaný priamo s UPS (alebo ide napríklad o štandartný USB kábel). Toto jednoduché riešenie neuvažuje o možnosti či nutnosti sieťovej komunikácie. V dnešnej dobe je takmer pravidlom, že počítač pracujúci mimo domácnosti je napojený na lokálnu počítačovú sieť podniku (a cez ňu často i na Internet). Táto skutočnosť môže ovplyvniť výber hardwarového riešenia v prípade, že sa počíta so správou daného UPS zariadenia z jedného centra pomocou programu na správu sieťových zariadení či pomocou špecializovaného softvéru na správu UPS zariadení. V tomto prípade existujú dve možnosti - hardwarové riešenie komunikácie zálohovaného počítača s UPS zostane nezmenené a na ochranu tohoto počítača použijeme softvér, ktorý obsahuje tzv. SNMP agenta - efektívne simulujúceho SNMP kartu a umožňujúcemu monitorovanie stavu UPS dotazovaním sa tohoto softvérového agenta protokolom SNMP. Druhou alternatívou je robustnejšie a drahšie riešenie s nasadením hardwarového SNMP agenta vo forme SNMP boxu či zásuvnej karty. Takéto riešenie umožňuje diaľkové monitorovanie stavu UPS nezávisle na tom, či je zálohovaný počítač v prevádzke alebo nie. Samozrejme, v tomto prípade môže i zálohovaný počítač použiť s výhodou softvér komunikujúci s SNMP kartou po sieti a v tom prípade môžeme úplne vynechať priame prepojenie zálohovaného počítača pomocou tradičného sériového rozhrania.
4.1.2 Softvér
Hlavnou úlohou požitého softvéru v tomto prípade je účinná ochrana dát zálohovaného počítača, ktorá sa realizuje zlepšovaním kvality napájacieho napätia vyrovnávaním extrémov v ňom sa vyskytujúcich a ohrozujúcich chod počítača a používané či uskladnené dáta užívateľa. Navyše je úlohou takéhoto softvéru pri dlhotrvajúcom výpadku elektrickej energie preddefinovaným spôsobom ukončiť korektne prácu počítača a alternatívne i vypnúť samotné UPS zariadenie aby sa predišlo úplnému vybitiu batérií. Zväčša má takýto softvér dve pomerne nezávislé časti, z ktorých jedna trvale aktívna v pamäti počítača monitoruje stav UPS a napájania s využitím zvoleného hardwarového spôsobu komunikácie s UPS a druhá časť, spúšťaná voliteľne v ľubovoľnom čase užívateľom, má za úlohu vhodne graficky prezentovať stav UPS, umožnovať konfigurovať všetky aspekty práce UPS, zobrazovať záznamy o chybových stavoch UPS či napájania. Voliteľne môže popisovaný softvér obsahovať funkciu spomínaného SNMP softvérového agenta, kedy sa softvér navyše tvári ako SNMP karta schopná poskytovať informácie o UPS s použitím SNMP protokolu. V modernom softvéri nájdeme i iné zaujímavé prvky ako sú napríklad zabudovaný Web server, ktorý užívateľovi umožňuje zobraziť informácie o UPS s použitím štandartného Web browsera a samozrejme i z iného ako zálohovaného počítača vďaka univerzalite TCP/IP komunikácie.
4.2 Stredná UPS pre ochranu malej skupiny počítačov
Ďalším typickým prípadom je použitie stredne výkonnej UPS jednotky pre zálohovanie neveľkej skupiny počítačov. U takejto jednotky je už dnes možné využiť parallelnú UPS pre zvýšenie bezpečnosti systému či kvôli zabezpečeniu dostatočnej kapacity takéhoto riešenia. Hlavným cieľom nasadenia takéhoto riešenia je zabezpečiť neprerušovanú prácu viacerých počítačov a prípadne i ďalších špecializovaných zariadení ako sú tlačiarne, faxy a podobne. Typickým príkladom môže byť zabezpečenie prevádzky zákazníckeho oddelenia banky.
4.2.1 Hardware
Pri úvahe o použití istej formy komunikácie počítačov s použitou UPS narážame na problém, že viacero počítačov musí byť informovaných o práci a stave UPS súčasne. To vylučuje použitie jednoduchého prepojenia všetkých počítačov napríklad sériovou linkou s použitou UPS bez dodatočného špecializovaného zariadenia. Výhodnejším sa v tomto prípade javí použitie hardwarového SNMP agenta pri UPS s využitím SNMP komunikácie s týmto agentom zo všetkých zálohovaných počítačov. Obdobným, ale lacnejším riešením je prepojenie jediného počítača s UPS pomocou séeriového prepojenia a použitie softvéru, ktorý by simuloval SNMP kartu a umožnil tak ostatným počítačom získať informácie o stave napájnia dotazovaním sa na tento softvarový agent. Ešte jednoduchším hoci trochu pracným riešením je zabezpečenie postupného vypnutia pracujúcich počítačov s použitím skriptov či špecializovaných malých programov v prípade dlhotrvajúceho výpadku napájania. Tento scenár predpokladá periodickú komunikáciu s UPS jediného počítača, ktorý má na starosti zabezpečiť postupné vypnutie všetkých počítačov skupiny v prípade nutnosti. Nevýhodou takéhoto riešenia je značná závislosť detailov realizácie od použitých softvarových platforiem a tiež je toot riešenie menej bezpečné kvôli úplnej závislosti na korektnom fungovaní jediného počítača v skupine.
4.2.2 Softvér
Z hľadiska použitého softvéru na komunikáciu s UPS je tento scenár prechodným - na jednej strane by mal použitý softvér spĺňať nároky jladené na typický ochranný softvér ako bol popísaný v predošlom prípade. V niektorých situáciach je však výhodné mať i špeciálnejší softvér umožňujúci efektívnu správu a dlhodobé monitorovanie stavu UPS. Opäť záleží na tom, či má byť táto UPS prvkom rozsiahlej podnikovej siete spravovanej z jedného centra, alebo ide skôr o izolované nasadenie záložného zdroja bez nárokov na centrálnu správu a vzdialené monitorovanie. Trochu špeciálnym je prípad, kedy je takéto riešenie použité pre zálohovanie vzdialenej samostatnej prevádzky napríklad v inom meste. V závislosti na dostupnom prepojení firemnej centrály s danou pobočkou sa použije vhodná forma komunikácie so vzdialenou UPS. Takéto UPS už spravidla disponujú dostatočným vybavením pre bezproblémové použitie pravidelnej či menej pravidelnej modemovej komunikácie so vzdialenou UPS. Pri modemovej komunikácii vstupujú do celkovej komunikačnej stratégie potenciálne veľké náklady na pravidelnú modemovú komunikáciu centrály so vzdialenou UPS, preto sa často používa stratégia minimálnek komunikácie "iba keď je treba" čo znamená že vzdialená UPS aktívne zavolá v prípade výskytu poruchy alebo alarmového stavu preddefinované číslo a oznámi relevantné informácie. Kvôli celkovému prehľadu a tez pravidelnému testu spojenia je takáto forma komunikácie doplňovaná pravidelným nie príliš častým aktívnym spojením počítača vo firemnej centrále so vzdialenou UPS. V prípade zaradenia takejto stredne výkonnej UPS do systému centrálnej správy počítačovej siete sa s výhodou používa špeciálna softvérová aplikácia umožňujúca získať podrobné informácie o UPS a pritom spolupracujúca s veľkým univerzálnym programom pre správu všetkých prvkov siete s použitím protokolu SNMP. Hovoríme o tzv. Plug-in aplikácii ktorá je naviazaná na grafickú reprezentáciu UPS zariadenia v celkovej štruktúre celej siete a zväčša je užívateľom aktivovaná ak UPS grafická reprezentácia (ikona) zmení farbu aby upozornila správcu siete na neštandartnú či chybovú situáciu. Chceme na tomto mieste vysloviť presvedčenie, že vývoj komunikačnej techniky smeruje ku univerzálnej dostupnosti pevného prepojenia potenciálne všetkých prvkov sietí pomocou pevných spojení s použitím protokolu TCP/IP. Tým chceme upozorniť, že v budúcnosti bude nespoľahlivé, pomalé a finančne nákladné komunikovanie pomocou modemových spojení počítačov s UPS ustupovať komunikácii s použitím protokolu TCP/IP cez pevné či bezdrátové spojenia rôzneho druhu. Preto bude komunikácia s UPS za použitía protokolu SNMP (či jeho prípadnej modifikácie) v budúcnosti prevládať.
Na začiatku diskusie tejto typickej situácie sme spomenuli možnosť využiť parallenú architektúru UPS, pri ktorej viaceré UPS zariadenia pracujú ako jeden celok. Vraciame sa k tomu pretože to predstavuje zaujímavú situáciu z hľadiska komunikácie s UPS. Z pohľadu ochrany jednotlivých počítačov pred výpadkom napájania je postačujúce z hľadiska komunikácie považovať sustavu paralených UPS za jeden celok a komunikovať s ňou ako s jedným zariadením. Na druhej strane z hľadiska potrieb správy a detailného monitorovania fungovania takéhoto zloženého zariadenia je výhodné mať prístup ku detailným informáciam o stave a funkčnosti jednotlivých stavebných prvkov parallelnej UPS. Kvôli tejto komunikačnej nejednoznačnosti sú v tomto prípade možné oba prístupy - počítač môže od parlelenej UPS požadovať "sumárne" informácie reprezentujúce UPS ako jeden celok alebo aj detailné hodnoty o každej UPS ktorá je časťou tejto paralelnej UPS. Detailné informácie sú prakticky vždy použité softvérom ktorý je zameraný na správu viacerých UPS a sú ignorované ochranným softvérom bežiacom na jednotlivých zálohovaných počítačoch.
4.3 Veľká UPS zálohujúca celú budovu
Pod veľkou UPS máme na mysli UPS s veľkým elektrickým výkonom, ktorá je použitá na zálohovanie potrebných funkcií celej budovy. Ako príklad uveďme zálohovanie rozhlasového či televízneho vysielacieho štúdia, kde výpadok napájania by ochromil prácu nielen výpočtovej, ale i potrebnej audivizuálnej či inej techniky. V prípade skutočne kritického zálohovania podobných prevádzok sa často nasadenie veľkej UPS kombinuje s použitím generátora eleketrickej energie s použitím nafty či benzínu, ktorý v prípade dlhotrvajúceho výpadku elelktricje energie pri hrozbe vybitia batérií UPS automaticky zapne svoju činnosť a vyrába pre budovu potrebný elektrický prúd.
4.3.1 Hardware
V popísanom prípade je veľmi dôležité zaistiť okamžitú informovanosť zodpovedných pracovníkov o stave UPS a napájania elektrickou energiou. Preto sa môžeme v tomto prípade často stretnúť s nasadením špecializovaných zariadení (vzdialených monitorovacích panelov), ktoré zobrazujú na diaľku najdôležitejšie údaje o práci UPS a prídavných zaradení. Z popísaného typického scenára plynie, že v tomto prípade je spravidla dôležitejšie udržať v chode najdôležitejšie zariadenia organizácie umožňujúce nepretržitú prevádzku a často to nie sú počítače, ale napríklad spomínaní audiotechnika či v nemocniciach lekárske prístroje a podobne. Preto sa pri nasadení takýchto zariadení stretneme s použitím typických ochranných softvérov dosť málo ale naopak použitie istého softvérového prostriedku na správu a monitorovanie práce UPS je takmer nepísaným pravidlom. Tradičný spôsob komunikácie s takýmito zariadeniami predstavoval modem (a to i pri nasadení v rovnakej budove) pretože sa takáto UPS často nachádzala v pivničných či bezpečných priestoroch objektu, kde nebola možnosť sieťovej komunikácie a často i sériový kábel nebol dosť dlhý na prepojenie UPS s vhodnou výpočtovou technikou. Dnes sa už situácia mení a mnohé veľké UPS sú v praxi pripojiteľné na pevnú linku sieťovej komunikácie a to sa čoraz viac s výhodou využíva. Sieťová komunikácia má nesporné výhody, ktoré sú oceňované i pri nasadení veľkých UPS zariadení. Nezriedka majú veľké firmy možnosť priamej sieťovej komunikácie s nasadenými veľkými UPS v rámci celého regiónu či dokonca krajiny. To im umožňuje s výhodou nasadiť softvér na monitorovanie a správu všetkých týchto UPS z jedného centra. Vtedy sa samozrejme používajú SNMP hardwarové adaptéry pri každej z monitorovaných UPS a celá správa UPS sa deje s využitím SNMP protokolu.
4.3.2 Softvér
Ako sme už zdôraznili, v tomto prípade sa pozornosť užívateľov veľkých UPS zameriava na efektívnu správu a monitorovanie stavu nasadených UPS. Okrem spomínaných možností využiť na túto úlohu komunikáciu pomocou SNMP protokolu po sieti či pravidelné spojenie pomocou modemov existuje i využívaná možnosť prenechať správu zákazníckych UPS zariadení predajcovi ako platenú službu. Veľké UPS sú zložité zariadenia s množstvom možných funkčných či prevádzkových problémov. Preto sa mnohé firmy rady zbavia vlastnej správy takýchto zariadení a objednajú si ju u predajcu ako platenú službu. Dnes existujú i fungujúce projekty zverejňovania správcovských dát o UPS autorizovaným užívateľom cez Internet so zaručenou dobou reakcie na chybový stav UPS a so zaručenou dobou upozornenia pracovníkov firmy ktorá spravované UPS zariadenia vlastní. Znamená to, že autorizovaný užívateľ si môže kedykoľvek a odkiaľkoľvek s využitím štandartného Web browsera skontrolovať stav svojich zariadení, históriu chybových stavov či históriu reakcií na tieto chybové stavy. Takto sa moderné softvérové prostriedky blížia k ideálu správcovania akýchkoľvek zariadení - získavanie informácií tak jednoducho a univerzálne ako sa dá a možnosť vyriešiť väčšinu problémov na diaľku bez nutnosti fyzicky prijsť ku spravovanému zariadeniu. Okrem spomínaných jednoduchých scenárov nasadenia UPS zariadení existuje nepreberné množstvo kombinácií a zaujímavých komunikačných či počítačových problémov, ktoré treba riešiť v snahe o zabezpečenie spokojnosti zákazníka so zabezpečením štýlu a charakteru komunikácie prostriedkov výpočtovej techniky so zariadeniami typu UPS. Veríme, že po pozornom prečítaní tohoto úvodného materiálu ste získali základnú predstavu o tom, čo to komunikácia počítačov s UPS je a aké sú typické formy jej využitia. O tom, že sa skutočnosť od nami popísaných jednoduchých scenárov môže dosť líšiť asi nikto nebude pochybovať. Napriek tomu sme presvedčený, že množstvo štandartných komunikačných situácií sa dá rozumne ohodnotiť a zvládnuť i bez detailnej konzultácie s odborníkmi na UPS konektivitu. V tých zvyšných zložitejších a neštandartných prípadoch odporúčame takého odborníka vyhľadať a o radu či pomoc požiadať.
Paralelná prevádzka záložných zdrojov
Najvyššia úroveň spoľahlivosti predstavuje redundantný paralelný systém. Princíp Redundancie spočíva v existencii viac než jednej možnosti v systéme, ako splniť požadované funkcie.
Stupeň redundancie : keď z n paralelných prvkov k je redundantných (to znamená, že n-k prvkov môže splniť požadované funkcie) hovoríme, že taký systém má stupeň redundancie (n-k) z n. Napr. pokiaľ k pokrytiu výkonu záťaže štyroch paralelne spolupracujúcich záložných zdrojov stačia len dva, hovoríme, že systém má stupeň redundancie dva zo štyroch.
Redundancia umožňuje:
• prácu systému aj pri výskyte chýb
• vstavať do systému diagnostiku pre identifikáciu chýb
• odpojenie chybných časti bez prerušenia funkcie systému
• výmenu vadných dielov bez prerušenia plnenia požadovaných funkcií
• návrat k normálnemu režimu po oprave bez prerušenia funkcie
!!A to všetko bez prerušenia napájania záťaže!!
Paralelné riadenie záložných zdrojov
Tento spôsob je dnes už veľmi osvedčený prostriedok ku zvýšeniu spoľahlivosti napájania dôležitých spotrebičov.
Záťaž je rovnomerne rozdelená medzi paralelne spolupracujúce jednotky. Počet spolupracujúcich jednotiek musí byť vždy aspoň o jednu vyššiu, ako je pre napájanie záťaže z hľadiska výkonu nevyhnutne treba. Potom aj pri poruche niektorej jednotky je zaistené napájanie dôležitej záťaže z ostatných spolupracujúcich záložných zdrojov.
3.1 Spolupráca paralelných jednotiek s obtokom
Pri paralelnom riadení jednotiek UPS je možné použiť spoločný, centralizovaný, alebo decentralizovaný obtok v každej spolupracujúcej jednotke.
Pri použití spoločného obtoku je obmedzená možnosť rozširovanie systému, systém je tiež menej spoľahlivý, pretože obtok je súčasť, ktorá nie je v systéme zálohovaná pre prípad poruchy. Jednotlivé jednotky nie je možné jednoducho zo zostavy odpojiť a to ani pre prípad opravy alebo rozširovania systému o ďalšiu jednotku. Tým sa obtok stáva kritickým miestom celého systému. Pri použití decentralizovaného obtoku sa dosahuje vyššia spoľahlivosť, pretože aj jednotlivé obtoky v záložných zdrojoch sú paralelne zaradené a porucha jedného nespôsobí poruchu celého systému. Súčasne je zaistená jednoduchá rozširiteľnosť celého systému jednoduchým pridaním ďalšieho záložného zdroja bez prerušenia napájania dôležitých záťaží. Možnosť rozdelenia systému na jednotlivé časti napr. pre potreby opravy a nové prepojenia do systému bez prerušenia napájania záťaže.
3.2 Riadiaca elektronika spolupracujúcich jednotiek
Pri paralelnom usporiadaní záložných zdrojov je treba vziať do úvahy, že jednotky nemôžu spolupracovať bez určitého vzájomného prepojenia na úroveň riadiacej elektroniky. Na rozdiel od paralelného riadenia jednosmerných zdrojov je nutné zaistiť prinajmenšom rovnaké napätie, rovnaký tvar krivky napätia, rovnakú frekvenciu a rovnakú fázu na výstupe všetkých paralelne spolupracujúcich jednotiek už pred ich paralelným prepojením a samozrejme vo všetkých možných prevádzkových stavoch dynamických zmien záťaže. Aj tu sa postupne vyvinulo niekoľko usporiadaní riadiacej elektroniky.
3.2.1 Paralelná UPS s centralizovanou logikou Master - Slave
Toto riešenie predpokladá jednu jednotku záložného zdroja ako riadiaci a ostatné ako riadené. Tým je zaistená bez problémov požadovaná zhoda výstupných parametrov jednotlivých spolupracujúcich jednotiek. Celá riadiaca elektronika - jeden dôležitý prvok systému - však nieje redundantný a každá chyba tohoto prvku spôsobí chybu celého systému.
3.2.2 Paralelné záložné zdroje s centralizovanou logikou so spoločnou riadiacou jednotkou
Toto usporiadanie má podobné nevýhody ako Master - Slave, len všetky jednotky sú rovnaké a riadiaca elektronika je úplne zvlášť, zostavá však prvkom bez redundantného zálohovania a tým samozrejme znižuje spoľahlivosť celého systému. Obe usporiadania centralizovanej logiky predstavujú z hľadiska spoľahlivosti riziko. Pri poruche riadiacej elektroniky musia všetky spolupracujúce záložné zdroje prejsť na obtok a súčasne sa vypnúť. Tento postup však nie je vzhľadom ku poruche riadiacej elektroniky pod riadnou kontrolou.
Spoľahlivé napájanie pre veľmi dôležité spotrebiče
Pri zaisťovaní spoľahlivého napájania elektrickou energiou pre kritické záťaže je už dnes bežné používanie zdrojov nepretržitého napájania (záložných zdrojov - UPS). Záložné zdroje sú statické meniče tvoriace inteligentné rozhranie medzi veľmi dôležitým spotrebičom a elektrickou rozvodňou siete. Ich hlavnou úlohou síce je ochrániť dôležité spotrebiče od rôznych typov porúch v sieti, ale súčasne musia ochrániť aj sieť od niektorých nepriaznivých vplyvov spotrebičov na sieti. Ďalšou významnou úlohou záložných zdrojov je aj vytváranie informácií o aktuálnom stave zdrojov pre obsluhu prípadne pre automatický systém a pružná reakcia na aktuálnu situáciu, požiadavky obsluhy prípadne automatického systému riadenia. Riešenie napájania pre prípady výnimočne dôležitých spotrebičov však vyžadujú starostlivý návrh celej sústavy napájania z energetickej siete (nezávislé vn prívody) cez motorgenerátory (pre dosiahnutie nezávislosti na sieti po dlhú dobu), záložné zdroje a ich akumulátory až po starostlivý návrh silových rozvodov medzi záložným zdrojom a veľmi dôležitými spotrebičmi. Pri používaní takto starostlivo navrhnutej sústavy napájania je treba riešiť aj spoluprácu zdrojovej sústavy s ostatnými časťami systému inteligencie budovy. Okrem bežnej spolupráce s operačnými systémami napájaných počítačov je nutne uvážiť aj spoluprácu s protipožiarnym systémom (správny postup vypínania pri zásahu požiarnikov), dohľadným centrom užívateľa, servisným strediskom dodávateľa v prípade výrobcu.
2.1 Základný stupeň zaistenia
Tento spôsob je realizovaný On - line záložným zdrojom vybaveným obtokom.
2.2 Jednoduché zvýšenie spoľahlivosti
Prevádza sa za použití tzv. Hot - Stand - by konfigurácie.
Záložný zdroj 1 napája celú záťaž a jej vstupné svorky pre obtok sú napájané z druhého, záložného zdroja 2. Toto riešenie je kompromisom proti klasickému paralelnému riadeniu jednotiek. Má jedinú výhodu vo svojej jednoduchosti a vtom, že sa môžu použiť bežné záložné zdroje bez akýchkoľvek úprav. Každý z použitých zdrojov musí byť schopný napájať celú záťaž, pretože základná myšlienka tohoto usporiadania predpokladá prechod záložného zdroja č. 1 na napájanie záťaže cez obtok pri poruche. Z toho vyplýva, že v bežnej prevádzke pracuje záložný zdroj č. 2 bez zaťaženia a až pri poruche záložného zdroja č. 1 preberá všetku záťaž, v takom prípade však nieje možné pokazený zdroj odpojiť z prevádzky pre vykonanie opravy, pretože cez jeho obtok je napájaná záťaž. Toto riešenie je obmedzené na maximálne dve jednotky.
Záver
Pre napájanie skutočne dôležitých záťaží je vždy treba riešiť problematiku komplexne a využívať všetkých práve dostupných najmodernejších riešení. Z hľadiska nasadenia záložných zdrojov to znamená využitie ON - LINE architektúry zdroja, paralelnej redundantnej prevádzky, využitia IEM a všetkých ďalších služieb, ktoré sú pre spoľahlivé zaistenie napájania nevyhnutné.
Spolupráca motorgenerátora so záložným zdrojom
Kritické faktory pre nasadenie motorgenerátora
Ak je použitý motorgenerátor pre napájanie záložného zdroja v prípade výpadku siete, je nutné brať do úvahy nasledujúcu skutočnosť:
• vplyv skreslenia napájacích prúdov vyššími harmonickými prúdmi, ktoré je generované usmerňovačom
• vplyv skreslenia výstupného napätia motorgenerátora. Vysoké skreslenie spôsobuje rušenie do regulačných obvodov vlastného motorgenerátora a dôsledkom môže byť nestabilita prevádzky
• zvýšenie skreslenia výstupného napätia motorgenerátora v závislosti na veľkosti rázovej zložky (skratová reaktancia X”d motorgenerátora). Je preto vhodné používať motorgenerátory s čo najnižšiu hodnotou X”d
• vplyv vyšších harmonických zložiek prúdu na teplotu vinutia generátora (skinefekt), v dôsledku ktorého je nutné predimenzovanie generátora
• eventuálna prítomnosť rôznych filtrov v sústave sietí – motorgenerátor – záložný zdroj - spotrebič môže byť príčinou nežiadúcich rezonancií, ktoré môžu mať vplyv na regulačné obvody motorgenerátora a tým zvyšovať výstupné napätie. Filtre, ktoré obmedzujú vyššie harmonické, sú v prípade chodu motorgenerátora z tohoto dôvodu vypnuté
• je nutné brať do úvahy aj ďalšiu záťaž napájanú priamo motorgenerátorom
Optimálnym riešením pre redukciu vyšších harmonických s ohľadom na spoluprácu záložného zdroja a motorgenerátora je použitie záložného zdroja s dvanásťpulzným usmerňovačom.
Zníženie obsahu vyšších harmonických
Štandartne sú záložné zdroje vybavované šesťpulzným usmerňovačom. Tento typ generuje predovšetkým 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23 a 25 harmonickú. Celkový obsah vyšších harmonických na vstupe záložného zdroja môže dosiahnuť až 28%.
Existujú rôzne spôsoby redukcie obsahu vyšších harmonických v napájacej sieti, na ktorú je pripojený usmerňovač:
a) pri projekte aplikácie záložného zdroja je tento pripojený oddelene od ostatných spotrebičov,
a to priamo na vlastnom transformátore
b) zaradením filtru vyšších harmonických
c) zaradením viacpulzného usmerňovača
Variant a)
Je technicky možný len v malom počte inštalácii – tam, kde sa jedná o úplne novú stavbu.
Variant b)
Má už niekoľko riešení - jednak je možné použiť filter ladený na 5.harmonickú, ktorá je významne zastúpená v šesťpulzných usmerňovačoch. Druhá možnosť je použiť filter pre všetky vyššie harmonické. Tu je dôležité pripomenúť, že k obdržaniu uspokojivých výsledkov a k zamedzeniu vzniku rezonancie a následných oscilácii, je nutné mať filter špeciálne navrhnutý pre konkrétne podmienky a miesto inštalácie.
Variant c)
By mal byť prvým krokom v prípade, že harmonické skreslenie presahuje dovolenú hranicu. Dvanásťpulzný usmerňovač je kombinácia dvoch šesťpulzných usmerňovačov a špeciálneho trojvinuťového transformátoru, ktorý zabezpečí fázový posuv vstupného napätia dvoch paralelne pracujúcich mostkov. Tato kombinácia umožňuje veľmi vysokú a účinnú redukciu obsahu vyšších harmonických až na úroveň 9%.
Základné pojmy a princípy
Základní pojmy a principy, používané v oboru záložních napájecích systémů, jsou dále uvedeny a vysvětleny v abecedním pořádku. Jsou uvedeny i anglické ekvivalenty ( pokud existují).
Pozor: konkrétní typ záložního zdroje nemusí být vybaven všemi uvedenými funkcemi a vlastnostmi.
Aktívny filter vyšších harmonických (DCU - Distortion Control Unit)
Znižuje skreslenie vstupného prúdu usmerňovača pod 7% a súčasne umožňuje dosiahnuť účinník na vstupe zdroja až 0,98. Filtruje 5.,7., 11. a 13. harmonickú vstupného prúdu usmerňovača.
Automatické vypnutie bez záťaže (No-load Shutdown )
Pokiaľ veľkosť výkonu, odoberaného záťažou, klesne na veľmi malú hodnotu ( obvykle pod 2 - 5 % maximálnej záťaže) a dôjde k výpadku siete dlhšiemu než je stanovená doba ( napr. 10 minút), záložný zdroj sa automaticky vypne. Po návrate siete bude výstupné napätie záložného zdroja obnovené. Táto funkcia je štandardne aktivovaná od výroby a je možné ju užívateľsky odstaviť.
Automatický obtok (Electronic Bypass)
Statický ( polovodičový) spínač, ktorý prepne napájanie záťaže priamo na sieť. Prepnutie je vyvolané signálom zo striedača resp. jeho ochranného obvodu v prípade preťaženia, alebo prehriatia, a takisto pri značných zmenách vstupného napätia. Po obnovení normálneho stavu, záťaž sa automaticky prepne späť na striedač.
Batéria
Energia, uložená v batérii, umožňuje záložnému zdroju napájať záťaž v prípade straty napätia v sieti. V záložných zdrojoch sa používajú výhradne olovené gélové batériové články s dlhou životnosťou. K dispozícii sú batérie so štandardnou životnosťou alebo s predĺženou dobou životnosti a po túto garantovanú dobu nepotrebujú žiadnu údržbu. Batéria je najchúlostivejšia časť záložného zdroja. Teplota okolia by nemala presiahnuť 25°C - pri vyššej teplote veľmi rýchlo klesá životnosť batérie. Rovnako skladovanie batérie sa riadi zvláštnymi predpismi a pokynmi. Moderné spôsoby dobíjania sú k batérii veľmi šetrné a predlžujú jej životnosť. Batéria je ekologicky problematický výrobok a po skončení životnosti musí byť predpísaným spôsobom zlikvidovaná. ALTRON SK, spol. s r.o. zaisťuje túto službu pre svojich partnerov zadarmo.
Batériový štart (Battery Start - Studený štart)
Schopnosť spúšťania záložného zdroja bez prítomnosti napätia v sieti.
Crest factor
Pomer, udávajúci podiel medzi špičkovou a efektívnou hodnotou striedavého prúdu na výstupe záložného zdroja. Je dôležitý hlavne pri zaťažení záložného zdroja modernými prístrojmi, ktoré majú na vstupe impulzný stabilizátor. V čisto sínusovom priebehu prúdu je tento pomer 1,414 : 1 ( najnižšia možná hodnota, v praxi je ale crest factor vždy vyšší). Niekedy sa používa termín "Činiteľ výkyvu", alebo "Činiteľ špičkového napätia".
Delta menič (v záložných zdrojoch s delta konverziou)
Štvorkvadrantový menič, dimenzovaný na cca 20% menovitého výkonu záložného zdroja, slúži ku kompenzácii rozdielu medzi výstupným a vstupným napätím záložného zdroja. Súčasne zaisťuje hodnotu účinníku na vstupe blížiacu sa jednej, pretože je riadený tak, aby zo siete odoberal sínusový prúd s minimálnym fázovým posuvom proti sieťovému napätiu. Delta menič taktiež riadi nabíjanie batérie.
Delta transformátor
Transformátor vo vstupnom obvode zdroja plní funkciu vstupnej tlmivky a zároveň umožňuje transformáciu energie pri kolísaní vstupného napätia.
Doba nabíjania (Recharger Time)
Doba, počas ktorej je dobíjač schopný vybitú batériu záložného zdroja nabiť na ( väčšinou ) 90% kapacity. Počas nabíjania nie sú garantované doby zálohovania podľa technickej príručky zdroja.
Doba prechodu (Transfer Time)
Doba prechodu prevádzky zo siete na prevádzku z batérie a späť je nulová v zdrojoch s on-line architektúrou. Doba prechodu do a z režimu obtoku je typicky 2 až 5 milisekúnd, maximálne 11 milisekúnd. Takýto hladký prechod zaisťuje kompatibilitu so všetkými modernými počítačovými, dátovými a telekomunikačnými systémami. V záložných zdrojoch off-line a line-interactive je doba prechodu medzi prevádzkou zo siete na batériu obvykle 4 ms
Doba zálohovania (Run Time)
Doba, počas ktorej je záložný zdroj schopný napájať záťaž menovitého výkonu. Udáva sa predovšetkým pre menovitú lineárnu (odporovú) záťaž, ďalej pre počítačovú záťaž a väčšinou aj pre menšie záťaže ( tabuľkou).
Dobíjač batérie (Battery Charger)
Obvody záložného zdroja, slúžiace k dobíjaniu batérie tak, aby bola dodržaná garantovaná doba zálohovania a celý proces prebiehal spôsobom, ktorý sa neprejaví znížením životnosti batérie. Obvykle sa VA charakteristika dobíjača vyznačuje konštantným prúdom až po dosiahnutie udržovacieho napätia, potom sa udržiava na tomto ( udržovaciom) napätí. Väčšina dobíjačov je vybavená rýchlonabíjaním (Boost Charging) a teplotne kompenzovaným nabíjaním ( Temperature Compansated Charging), kedy je nabíjací prúd závislý na okolitej teplote podľa odporúčaní výrobcu batérie.
Ekonomická prevádzka (Eco-mod)
Prevádzka, pri ktorej záložný zdroj štandardne pracuje v režime elektronického obtoku, tzn. s podstatne vyššou účinnosťou. Striedač pritom pracuje naprázdno. Pri zmene napätia v sieti mimo stanovenej tolerancie dôjde k prepnutiu do režimu on-line.
Elektronika
Rôzne elektronické obvody zaisťujú riadenie a reguláciu systému záložného zdroja. Prevádzkový stav, meranie, udalosti a alarmy sa zobrazujú na displeji, ktorým je osadený predný panel, alebo panel pre diaľkové ovládanie.
Filter 5. harmonickej
Obmedzuje skreslenie vstupného prúdu usmerňovača pod 10% a súčasne zvyšuje účinník na vstupe záložného zdroja. Nesmie sa použiť pri kapacitnej záťaži záložného zdroja.
Filtrácia napäťových špičiek a vf rušenia (Prepäťová ochrana - Overvoltage protection)
Väčšina záložných systémov je vybavená kvalitným vf odrušením a filtráciou napäťových špičiek ako na vstupe zdroja ( vstup usmerňovača aj obtoku), tak na výstupe zdroja. Malé stolové zdroje, ktoré sú vybavené zvláštnym nezálohovaným výstupom pre pripojenie laserovej tlačiarne, je tento výstup chránený proti špičkám a vf rušeniu. Rovnako sú chránené zásuvky pre pripojenie dátových signálov faxu. Externá prepäťová ochrana je súbor pasívnych a aktívnych prvkov, ktoré chránia záložný zdroj a záťaž pred účinkami prepätia v distribučnej sieti. Aj keď väčšina záložných zdrojov má tieto ochranné prvky vo vstupných obvodoch, odporúčame v závislosti na miestnych podmienkach riešiť ochranu proti prepätiu aj v napájacom rozvádzači.
Hlavný menič (v záložných zdrojoch s delta konverziou)
Štvorkvadrantový menič, ktorý stabilizuje a presne reguluje napätie na záťaži pri prevádzke zo siete alebo z batérie vrátane prechodu medzi jednotlivými prevádzkovými režimami.
IEM-Intelligent Energy Management
Špeciálny režim pri paralelnej prevádzke viacerých záložných zdrojov, kedy v období nízkej záťaže ( napr. v dňoch pracovného voľna) sú niektoré zdroje cyklicky vypínané. To znižuje straty naprázdno celého záložného systému a predlžuje životnosť zdroja ( používa sa iba pri záložných zdrojoch IMV).
Indikácia garantovanej doby zálohovania
Pokiaľ záložný zdroj pracuje z batérií, indikuje na displeji alebo stĺpcovým ukazovateľom očakávanú dobu prevádzky z batérií v minútach. Očakávaná doba prevádzky z batérií sa mení s ohľadom na momentálnu kapacitu batérií a záťaže na výstupe. Väčšina záložných zdrojov naviac monitoruje zmeny vo výkonnosti batérií a v prípade vyčerpanej batérie, ktorá sa blíži ku koncu svojej životnosti, odpovedajúcim spôsobom upravuje indikovanú dobu prevádzky z batérie. Pri prevádzke z batérie sa doba prevádzky znižuje tak, ako sa postupne vyčerpáva kapacita batérií. Táto užitočná informácia umožňuje užívateľovi, aby sa mohol rozhodnúť, kedy uložiť súbory a riadeným spôsobom ukončiť prevádzku isteného systému.
Interfejsové sady ( Interface Kits)
Sada so základným komunikačným príslušenstvom, v niektorých záložných zdrojoch je už v základnom vybavení. Má hw časť (káble) a sw časť ( programové vybavenie) a je pripravený pre najčastejšie používané operačné systémy. Dôrazne odporúčame používať iba originálne prepojovacie káble. Kábel by mal byť tienený, pričom tienenie je pripojené iba v počítači.
Izolačný transformátor
Izolačný transformátor je dodávaný ako príslušenstvo záložného zdroja v prípade, že je vyžadované skutočné galvanické oddelenie zálohovaných obvodov od siete.
Komunikačné rozhranie (Interface)
Umožňuje pokrokovú komunikáciu medzi zdrojom a počítačom (vyžaduje komunikačný kábel a komunikačný softvér ( tzv. interface kit). Komunikačné rozhranie aj softvér sa líšia podľa výrobcu záložného zdroja. Komunikačné rozhranie je obvykle realizované 9-pin Sub-D konektorom alebo svorkovnicou. Na tomto konektore ( svorkovnici) sú k dispozícii sériová linka RS 232 a stavové výstupy ( bezpotenciálové kontakty), informujúce obsluhu o niektorých dôležitých prevádzkových stavoch zdroja. Prostredníctvom komunikačného rozhrania sú zasielané informácie o záložnom zdroji do počítača alebo do počítačovej siete. V prípade, že batérie sú takmer vyčerpané, je vydaný príkaz pre automatické vypnutie výpočtového systému. Záložný zdroj je taktiež schopný prijať signál ku svojmu vypnutiu z počítača alebo počítačovej siete. Aby bol užívateľ informovaný, objaví sa na obrazovke hlásenie, že boli vyslané signály do počítača.
Konfigurovateľná funkcia akustického alarmu
Pre aplikácie, kde je záložný zdroj používaný ako vzdialený zdroj energie alebo v prípade, že záložný zdroj často prepína na prevádzku z batérie z dôvodu nekvalitnej siete, je možné akustický alarm výpadku siete upraviť tak, aby obsluhu nerušil. Je možné nastaviť odstavenie funkcie akustického alarmu, pokiaľ výpadok siete netrvá dlhšie ako 30 s, alebo nenastane stav vybitej batérie, alebo je možné akustický alarm odstaviť úplne.
Konečné vybíjacie napätie batérie
Dosiahnutie konečného vybíjacieho napätia má za následok vypnutie záložného zdroja.
Modulárny záložný zdroj
Záložný zdroj, využívajúci architektúru RPA, ale všetky bloky (moduly) sú umiestnené v jednej skrini. Umožňuje za prevádzky výmenu vadných výkonových alebo batériových modulov. Extrémne vysoká prevádzková spoľahlivosť modulárnych záložných zdrojov je daná predovšetkým veľmi krátkou strednou dobou opravy (MTTR).
Monitorovanie batériových modulov
Typický batériový systém záložného zdroja sa skladá zo skupiny individuálnych batérií spojených v sériovo-paralelnej konfigurácii. Pretože je v takomto systému vysoký počet jednotlivých batérií, nie je možné poruchu jednotlivej batérie alebo batériovej jednotky spoľahlivo detekovať a záložný zdroj monitoruje iba batériový systém ako celok. Niektoré záložné zdroje majú vstavaný systém monitorovania napätia a prúdu batérií, ktorý monitoruje každý jednotlivý batériový modul. Neustále je meraná kapacita a stav každého batériového modulu a tieto hodnoty sú predávané do riadiacich obvodov záložného zdroja a odtiaľ prostredníctvom komunikačného rozhrania ďalej.
Núdzové vypnutie
Pracoviská (dielne, laboratóriá, výpočtové strediská) sú zvyčajne napojené na vzdialené spínače núdzového odpojenia energie (REPO). Tieto spínače slúžia k zaisteniu bezpečnosti osôb, ktoré pracujú na pracovisku alebo pre prípad požiaru alebo poruchy protipožiarneho sklápacieho zariadenia (sprinkleru). Pretože normálna funkcia záložného zdroja je dodávať elektrickú energiu v prípade výpadku siete, je záložný zdroj obvykle vybavený rozhraním pre pripojenie spínača REPO. Toto rozhranie je možné napojiť na zapuzdrený alebo štandardný spínač. REPO spínač slúži k vypnutiu napätia na výstupe záložného zdroja.
Odstavenie (shut down) systému a reštart
Pri prevádzke z batérie vydá záložný zdroj signál napájanému zariadeniu ( počítač), ktorý potom zaháji riadené odstavenie systému a rutiny pre uloženie súboru. Obvykle je tento signál vydaný 2 minúty pred úplným vybitím batérie. Pretože mnoho počítačových systémov, ktoré vydávajú príkaz pre odstavenie záložného zdroja, nie je schopných samostatne riadne ukončiť prevádzku počas dvoch minút, väčšina záložných zdrojov umožňuje nastaviť dlhšie oneskorenie pred skutočným odstavením. Naopak, v niektorých prípadoch môže užívateľ vyžadovať oneskorenie obnovenia napájania záťaže.
Ochrana vstupných obvodov (Back feed protection)
Spoľahlivé odpojenie vstupu záložného zdroja pri strate vstupného napätia. Prvá funkcia je zabrániť toku energie zo vstupného meniča ( pokiaľ je štvorkvadrantový ) späť do napájacieho rozvodu. Ďalej potom chráni vstupné obvody zdroja proti napäťovým špičkám a iným anomáliám, ktoré môžu vzniknúť pri obnovení dodávky v distribučnej sieti.
Paralelná prevádzka záložných zdrojov
Pre veľké výkony sa zapájajú záložné zdroje paralelne. Tým sa zvýši výstupný výkon záložného systému a/alebo jeho spoľahlivosť.
Predĺžená doba zálohovania (Extended Runtime)
Pri požiadavke na predĺženú dobu zálohovania je možné niektoré záložné zdroje doplniť prídavnou batériovou skriňou.
Programovateľné výstupy (program shutdown)
Niektoré z výstupných zásuviek záložného zdroja sú programovateľné. Pri štarte záložného zdroja je táto zásuvka vždy v stave "zapnuté", ale môže byť naprogramovaná na vypínanie buď manuálne alebo automaticky. Pokiaľ je vybraná funkcia automatického vypnutia (automatic switch off) , systém testuje "Off autonomy time" - zostávajúca dobu zálohovania (v minútach). Po jej dosiahnutí (od začiatku sieťového výpadku), bude programovateľná zásuvka automaticky vypnutá až do doby obnovenia sieťového napätia. Týmto spôsobom môžu byť menej dôležité zariadenia (napr. monitory, tlačiarne) automaticky odpojené za účelom predĺženia zostávajúcej doby zálohovania.
Preťaženie záložného zdroja (Overload)
Všetky záložné zdroje sú vybavené obvodmi, ktoré ho chránia proti preťaženiu. Záložný zdroj neustále monitoruje záťaž na výstupe za použitia obvodu, ktorý meria skutočný výkon. Väčšina záložných zdrojov meria zaťaženie zdroja s dostatočnou presnosťou merania bez ohľadu na typ záťaže (lineárna alebo nelineárna). Výstup je monitorovaný z hľadiska preťaženia ako v režime prevádzky zo siete, tak aj v režime prevádzky z batérií. Pri trvalom preťažení sa záložný zdroj sám odstaví, aby sa chránil proti prehriatiu. Skratuvzdornosť zdroja je zaistená elektronickým obmedzením výstupného prúdu. Ďalšou úrovňou ochrany záložného zdroja je istenie na vstupe (istič alebo poistka).
Redundantná paralelná architektúra (RPA)
Niekoľko paralelne pracujúcich (rovnakých) zdrojov napája jednu záťaž, pričom počet zdrojov je vyšší, ako je potrebný výkon zostavy pre konkrétnu záťaž. Prevádzka s redundanciou m+n znamená, že z celkového počtu m+n spojených zdrojov k prevádzke záťaže stačí m zdrojov a zostávajúcich n zdrojov je nadbytočných ( redundantných ). Všetky paralelne spojené zdroje pracujú pri rovnomernom rozložení výkonu. Pri poruche a odstavení ktoréhokoľvek zdroja sa jeho výkon rozdelí medzi ostatné. Najpoužívanejšia redundancia je m+1.
Rozsah sledovania frekvencie (Frequency Tracking Rate)
Výstupná frekvencia záložného zdroja sleduje frekvenciu obtoku (siete) v danom regulačnom rozsahu fázového závesu (štandardne ± 2%). Pokiaľ je frekvencia siete mimo toleranciu, prejde riadenie frekvencie striedača na vnútorný oscilátor a obtok je zablokovaný. Pokiaľ je potrebné, aby obtok mohol fungovať aj pri väčšom rozdiele frekvencií (napr. pri napájaní záložného zdroja z generátoru), je možné vo väčšine záložných zdrojov rozsah zmeniť na ± 4 % alebo ± 6 %.
Skreslenie vstupného prúdu (Input Current Harmonic Distortion)
Skreslenie vstupného prúdu záložného zdroja je spôsobené obsahom vyšších harmonických zložiek prúdu pri spínaní tyristora usmerňovača. Existuje niekoľko spôsobov, ako tento nežiadúci jav eliminovať: pasívne filtre, aktívne filtre, dvanásťpulzné zapojenie. Moderné záložné zdroje, pracujúce s vyššou pracovnou frekvenciou vstupného meniča alebo na princípe delta konverzie, majú skreslenie vstupného prúdu podstatne nižšie a ďalšie prostriedky pre zníženie skreslenia nie sú nutné.
Skreslenie výstupného napätia (Output Harmonic Distortion)
Výstupné napätie záložného zdroja pri prevádzke zo siete alebo z batérií sa vyznačuje nízkym skreslením ( nízkym obsahom vyšších harmonických), čo zaisťuje kompatibilitu so všetkými počítačmi a ďalšími kritickými zariadeniami. Mnoho výrobcov počítačov a ďalších zariadení špecifikuje, že ich výrobky je možné napájať iba zo záložných zdrojov so sínusovým priebehom výstupného napätia.
Softstart
Štart záložného zdroja bez výrazného zvýšenia vstupného prúdu nad menovitú hodnotu. Túto vlastnosť má väčšina moderných záložných zdrojov, a to aj pri pripojenej záťaži.
Štart zo siete (Štart bez batérií, Mains Start)
Schopnosť zdroja napájať záťaž bez batérií. Napájané zariadenie v tomto prípade nie je zálohované.
Stavové výstupy na bezpotenciálových kontaktoch
Signály, indikujúce prevádzkové stavy záložného zdroja, napr.:
• prítomnosť sieťového napájania
• úroveň vybitia batérie
• teplota batérie záložného zdroja
• vzájomné riadiace a stavové informácie pre samostatné aj sieťové systémy
• iný signál
Realizované sú pomocou kontaktov relé, na ktoré si pracovné napätie pripája sám užívateľ. Výrobca záložného zdroja udáva maximálne napäťové a prúdové zaťaženie kontaktu. V niektorých prípadoch je uvádzané aj minimálne napätie na kontaktoch, pri ktorom je garantovaný minimálny prechodový odpor.
Straty naprázdno (No Load Losses)
Straty záložného zdroja pri chode naprázdno sa udávajú vo W a sú dané prevažne spotrebou mikroprocesoru, komunikačného rozhrania, a spotrebou výkonových obvodu zdroja pracujúceho bez záťaže. V niektorých prípadoch môžu zahŕňať aj spotrebu dobíjača batérie - potom sú podstatne vyšší.
Straty pri zaťažení
Tepelné straty, vznikajúce pri prevádzke záložného zdroja pri záťaži. Okrem strát naprázdno zahrňujú predovšetkým straty vo výkonových obvodoch, a sú niekoľkonásobne vyššie. Tepelné straty musia byť ventilované nielen zo skrine záložného zdroja ( väčšinou nútená ventilácia), ale aj z miestnosti, kde je zdroj inštalovaný.
Striedač (Invertor, Výstupný menič)
Striedač prevádza jednosmerné napätie na 3-fázové striedavé napätie s konštantnou amplitúdou a frekvenciou, ktoré je úplne nezávislé od vstupného striedavého napätia záložného zdroja.
Symetrická konštrukcia meniča (mirror conversion)
Konštrukčná technológia, ktorá využíva jednotného obvodového riešenia vstupného aj výstupného meniča záložného zdroja s dvojitou konverziou. Menič je schopný štvorkvadrantovej prevádzky. Záložný zdroj odoberá čisto sínusový prúd zo siete a súčasne je schopný dodať špičkový prúd do nelineárnych záťaží.
Test batérie - automatický (rýchly - Quick Battery Test)
V stanovenom časovom intervale ( napr. každých 500 prevádzkových hodín) sa vykoná automatický test batérie, aby sa preveril jej stav a taktiež stav vodičov medzi batériami a jednotkou. Pri teste pracuje zdroj bez prerušenia. Test môže byť spúšťaný kedykoľvek aj ručne z predného panelu alebo prostredníctvom komunikačného rozhrania.
Test batérie - kalibračný
Aktuálny stav batérie pre zistenie presnej doby zálohovania, môže byť zistený kalibračným testom. Test je možné spustiť z monitorovacieho softvéru, kde je možné tiež nájsť ďalšie informácie. Počas testu sa batéria vybije až na úroveň vybitia a potom sa znovu nabije. Celý proces je sledovaný; preverí sa tým aktuálna kapacita batérie a výsledkom je nový (aktuálny) údaj doby zálohovania. Podmienkou pre uskutočnenie testu je pripojenie aspoň 30% záťaže z menovitej hodnoty. Bezprostredne po skončení testu, nie je garantovaná doba zálohovania zdroja.
Údržbový obtok (Manual Bypass)
Je tvorený manuálne obsluhovaným spínačom, ktorý umožní elektrické odpojenie záložného zdroja od záťaže, zatiaľ čo stále pokračuje napájanie záťaže energiou priamo zo siete.
Usmerňovač (Vstupný menič)
Štandardný usmerňovač sa skladá z 6-impulzného tyristorového mostíku, ktorý prevádza trojfázové sieťové napätie na riadené a regulované jednosmerné napätie za účelom napájania striedača a dobíjania batérie. V prípade, že je príliš veľké zvlnenie vstupného prúdu usmerňovača, rieši sa tento problém paralelným spojením výstupu dvoch identických usmerňovačov, ktorých vstupy sú napájané zo špeciálneho transformátoru so sekundárnymi vinutiami posunutými o 30°el. (tzv. dvanásťpulzné spojenie).
Varovanie pri slabej batérii (Battery Low)
Väčšina záložných zdrojov je vybavená optickým a akustickým varovným hlásením pri slabej batérii; tento signál varuje obsluhu pred odstavením systému z dôvodu vyčerpania batérie. Varovanie sa predáva ďalej cez počítačové rozhranie.
Vyradenie obtoku (Bypass Enable/Disable)
Zablokovanie automatického obtoku v prípade, kedy záložný zdroj slúži ako frekvenčný menič. Naviac musí byť znemožnené ovládanie údržbového obtoku.
Výstupný transformátor
Transformátor, inštalovaný priamo v záložnom zdroji, ktorý oddeľuje výstup striedača galvanicky od záťaže. Stredné vodiče vstupu a výstupu záložného zdroje sú obvykle prepojené, tzn. nejedná sa o galvanické oddelenie záťaže od napájacej siete.
Vyššie harmonické zložky
Usmerňovač, zapojený na vstupe záložného zdroja pri svojej prevádzke odoberá nesínusový prúd z napájacej siete. Tento prúd obsahuje vyššie harmonické zložky a spôsobuje skreslenie napájacej siete pre záložný zdroj. Príčina vzniku týchto harmonických zložiek je teda v usmerňovači. Ich amplitúda závisí na konštrukcií usmerňovača, vstupnej impedancii záložného zdroja a na vlastnostiach napájacej siete.
Vyššie harmonické zložky prúdu majú teda negatívny vplyv hlavne na niektoré zariadenia:
• zvyšujú prúd na kondenzátoroch v kompenzačných zariadeniach
• zvyšujú straty v transformátoroch a induktívnych zariadeniach
• spôsobujú vznik rôznych interferencií
• spôsobujú problémy pri spolupráci s motorgenerátorom
Záver
Pri prevádzke zo siete spôsobujú vyššie harmonické prúdy predovšetkým skreslenie tvaru krivky napätia. Pri prevádzke z motorgenerátora je toto skreslenie omnoho väčšie. Za normálnej prevádzky by nemalo spôsobovať väčšie problémy, pretože bežným spotrebičom napájaným z motorgenerátora skreslenie nevadí a veľmi dôležité spotrebiče sú napájané priamo zo záložného zdroja. Ako podstatný problém sa javí možná nestabilita prevádzky celej sústavy. Nestabilita sa prejavuje kolísaním vstupného prúdu do záložného zdroja s takmer konštantnou periódou - tzv. kývanie alternátora. Problém nestability chodu celej sústavy nesúvisí priamo so skreslením vstupného prúdu záložného zdroja, ale je vyvolaný prepojením niekoľkých regulovaných slučiek za sebou. Hlavná regulačná slučka je regulácia otáčok motorgenerátora (teda regulácia frekvencie), nasleduje regulátor budenia generátora (regulácia svorkového napätia) a ako posledný je regulátor usmerňovača záložného zdroja. Usmerňovač naviac pracuje do záťaže s pomerne tvrdým protinapätím (akumulátorová batéria), čo tiež nepriaznivo ovplyvňuje stabilitu celej sústavy. Pre splnenie podmienok stability sú pomerne dôležité časové konštanty a zosilnenie regulátorov. Exaktné riešenie je veľmi náročné, pretože sa jedná o viacslučkovú nelineárnu sústavu. Ako prvé priblíženie je možné doporučiť voľbu dlhšej časovej konštanty hlavne u regulátora otáčok a budenia aj za cenu väčšej regulačnej odchýlky, pretože regulátor usmerňovača je schopný zaistiť výstupné parametre v širokých medziach vstupného napätia. Kolísanie napätia motorgenerátora sa ale môže prejaviť na záťažiach, napájaných priamo z motorgenerátora. Aby nedochádzalo k vyššie uvedeným javom a sústava pracovala stabilne vo všetkých prevádzkových stavoch, je nutné sa pri návrhu energocentra vždy riadiť doporučením dodávateľa celého záložného systému. Iba firma s dostatočným know-how je schopná garantovať správnu funkciu i po rokoch prevádzky.
Vyššie Harmonické
Sínusový priebeh
Pri posudzovaní UPS a jeho vplyvov ako na spotrebič sa vyskytujú často výrazy vyššie harmonické, účinník, crest factor, činiteľ skreslenia, efektívna a špičková hodnota, činný, jalový, deformačný a zdanlivý výkon a ďalšie podobné výrazy. O ich skutočnom význame prevládajú často u zákazníkov veľmi svojrázne predstavy, a len niekedy sa podarí tieto výrazy vysvetliť. Nasledujúce riadky sa pokúšajú o vysvetlenie týchto základných pojmov jednoduchými prostriedkami.
Sínusový priebeh
Elektrickým obvodom, napájaným striedavým sínusovým napätím U, preteká všeobecne nějaký prúd I. Ak sa jedná o tzv. lineárny obvod, t. j. taký, ktorý obsahuje len lineárne prvky, ako sú odpory, indukčnosti a kapacity, bude aj priebeh prúdu I sínusový. Medzi napätím a prúdom je v prípade, kedy sa nejedná iba o odporovú záťaž, fázový posun l. Platí tu Ohmov zákon pre impedanciu. Výkon, ktorým sa skutočne prenáša energia, tzv. činný výkon P sa získa ako stredná hodnota súčinu okamžitých hodnôt napätia a prúdu v obvode. Aby sme to mohli ľahšie vypočítať, zavádza sa pojem efektívna, stredná a maximálna hodnota sínusového priebehu. Tieto sú definované pre jednu periódu T alebo pre niekoľko periód priebehu, a ich definície platia aj pre všeobecné priebehy. Efektívnu hodnotu ukazujú obvykle meracie prístroje (pozor, pre nesínusový priebeh nemusia prístroje merať správne). Tiež pre sieťové napätie s efektívnou hodnotou (niekedy je označované RMS) U = 220 V je maximálna hodnota Um = 314 V. Stredná hodnota pre celé násobky periód vychádza samozrejme nulová (to platí pre priebehy symetrické podľa vodorovnej osy, teda pre také, ktoré nemajú jednosmernú zložku), takže tu bývá definovaná stredná hodnota z absolútnej hodnoty priebehu. Pre doplnenie uvádzame, že efektívna hodnota zodpovedá tepelným účinkom, stredná potom elektrolytickým účinkom daného priebehu.
Ak vynásobíme efektívne hodnoty napätia U a prúdu I, získame tzv. zdanlivý výkon S. Ak by nebol fázový posuv medzi napätím a prúdom, teda pre čisto odporovú záťaž, bola by jeho veľkosť zhodná s činným výkonom P. Obdobne sa zavádza aj jalový výkon Q, aj keď sa jedná o fiktívnu veličinu. Kosínusu fázového posunu hovoríme účinník. Pre vyššie definované veličiny platia tieto vzťahy (obrázok priebehu je príklad pre lineárnu záťaž s induktívnym charakterom):
Z nich je možné odvodiť taktiež grafické znázornenie:
Nesínusový periodický priebeh a vyššie harmonické
Pri posudzovaní UPS a jeho vplyvov ako na spotrebič sa vyskytujú často výrazy vyššie harmonické, účinník, crest factor, činiteľ skreslenia, efektívna a špičková hodnota, činný, jalový, deformačný a zdanlivý výkon a ďalšie podobné výrazy. O ich skutočnom význame prevládajú často u zákazníkov veľmi svojrázne predstavy, a len niekedy sa podarí tieto výrazy vysvetliť. Nasledujúce riadky sa pokúšajú o vysvetlenie týchto základných pojmov jednoduchými prostriedkami.
Nesínusový periodický priebeh a vyššie harmonické
V praxi sa vyskytujú aj priebehy veličín, ktoré sú síce periodické, avšak ich tvar nie je sínusový. Tie môžu vzniknúť buď vplyvom nelineárnych prvkov (napríklad polovodičov, magnetických obvodov), alebo aj v dôsledku časových zmien veľkosti ( aj lineárnych) prvkov. Objasníme si to na jednoduchom príklade: Ak máme na napájacej sieti podľa obrázku pripojený spotrebič 2, je napätie na tomto spotrebiči nižšie o úbytky na vnútornej impedancii siete. Ak pripojíme náhle spotrebič 1, úbytok napätia sa zväčší a na spoločnom napájacom bode teda bude náhle nižšie napätie. Vzniká tu vlastne amplitúdová modulácia. Pokiaľ budeme tento proces opakovať s rovnakou periódou, dostávame periodický priebeh napätia, ktorý má na pôvodnom sínusovom priebehu "zuby" podľa počtu zopnutí a rozopnutí. Takto si môžeme v podstate namodelovať aj nelineárne prvky obvodu.
Tu si musíme definíciu, pomerne jednoduchých sínusových priebehov, zovšeobecniť tak, aby sme s nimi mohli jednoduchšie pracovať. Matematicky je možné dokázať, že ľubovolný periodický priebeh je možné nahradiť súčtom rady sínusových priebehov, ktorých periódy sú celým násobkom. Potom môžeme za určitých predpokladov (princíp superpozície) použiť rovnakých prostriedkov, ako pri sínusových priebehoch, a výsledky dielčích výpočtov sčítať. Periodický priebeh nahradíme sínusoidou s rovnakou periódou (tzv základná harmonická) a ďalšími sínusoidami (tzv. vyššie harmonické) , ktoré majú vhodne zvolenú amplitúdu a vzájomné posuny tak, aby ich súčet dal nahradzovaný priebeh. Uvedený postup nazývame Fourierova analýza. Potom môžeme počítať s výkonmi a fázovými posunmi jednotlivých harmonických. Pre činný výkon samozrejme platí aj všeobecná definícia, ktorá sa dá upraviť pre použitie efektívnych hodnôt vyšších harmonických (označenie rádu harmonickej je indexom pri veličine, index 0 je pre jednosmernú zložku priebehu):
kde u(t) a i(t) sú okamžité hodnoty napätia a prúdu všeobecného periodického priebehu, U, I sú efektívne hodnoty, napríklad U3 je efektívna hodnota napätia 3. harmonickej.
Obdobne môžeme definovať aj efektívnu hodnotu tohoto priebehu:
a po vhodnom spracovaní uvedených výrazov môžeme písať výrazy pre zovšeobecnený zdanlivý výkon S, a pre zovšeobecnený účinník l (tiež označovaný PF).
S = U × I
l = P / S
Definuje sa aj činiteľ skreslenia k alebo THD (pozor - sú dve rôzne definície), napríklad pre prúd (v percentách):
Crestfactor CF je definovaný ako pomer maximálnej Imax a efektívnej hodnoty I priebehu:
CF = Imax / I
Pri trojfázových priebehoch sú používané celkové hodnoty výkonov P a S ako súčty výkonov všetkých fáz, z nich je možné vypočítať aj priemernú hodnotu účinníku (celkový skutočný účinník)
PFABC. Vyjadrenie je možné ako pre všeobecné priebehy, tak aj pre dielčie harmonické :
PABC = PA + PB + PC
SABC = SA + SB + SC
PFABC = PABC / SABC
Je možné definovať aj kolísanie napätia a prúdu v percentách, obdobné vyjadrenia pre jalové prúdy a pod. Všetky uvedené veličiny bývajú obvykle merané špeciálnymi analyzátormi napájacích sietí a sú používané k porovnávaniu parametrov elektrických zariadení, teda aj UPS.
Vyššie harmonické a ich výskyt v praxi
Zatiaľ čo v malých typoch UPS je žiadúce (a reálne možné) splniť požiadavky na minimálny obsah vyšších harmonických prúdu odoberaného zo siete, je pre väčšie odoberané výkony riešenie tohoto problému obtiažne. V dôsledku zaťaženia siete polovodičovým usmerňovačom vznikajú vyššie harmonické prúdu, odoberaného UPS zo siete. Vplyv sa prejavuje obdobne, ako bolo znázornené na obrázkoch, pričom počet a tvar stupienkov na priebehu prúdu je daný spôsobom zapojenia usmerňovača a jeho transformátora. Aby sa tento nežiadúci vplyv obmedzil, používa sa filter pre vyššie harmonické. Filter je tvorený sériovým zapojením cievky a kondenzátoru. Zapojenie sa chová tak, že pre tzv. rezonančné frekvencie predstavuje veľmi malú impedanciu, cez ktorú sa uzatvára väčšina z prúdu harmonickej s touto frekvenciou. Rozdelenie prúdu harmonickej filtrom a do siete je dané pomerom impedancie siete a filtru, pričom impedancia sete sa môže zvýšiť zaradením tlmivky. Je možné, a prakticky sa aj vykonáva zaradenie filtrov pre viac harmonických. Konkrétne zapojenie vstupného usmerňovača odoberá zo siete len niektoré harmonické, čo je dané iba jeho zapojením a zapojením jeho transformátora. Pretože je využívané vhodné zapojenie vinutí transformátoru (do hviezdy), nemôže sa 3. harmonická a jej násobky nikdy uzavrieť a preto tu ani nevzniká. Okrem toho z vlastností symetrických priebehov vyplýva, že by sa nemali vyskytovať žiadne nepárne harmonické. Pre štandardné usporiadanie rôznych usmerňovačov sú ďalej uvedené vlastnosti zapojení, vrátane obsahu vyšších harmonických prúdu, výhod a nevýhod, aby bolo možné získať správnu predstavu o tejto problematike. Parametre zapojenia sú dané predovšetkým elektrickými parametrami daných zapojení a sú prakticky nezávislé na výrobcovi UPS (alebo iného zdroja s polovodičmi).
