UPS-urile (Uninterruptible Power Supply) sunt surse neintreruptibile de putere, echipamente folosite pentru protejarea aparaturii electronice de perturbatiile existente in reteaua de alimentare, de intreruperea tensiunii de alimentare, de socurile induse in retea de descarcarile electrice atmosferice  care pot duce la deteriorarea aparatelor conectate la reteaua de alimentare. Desi sunt multe aparate electrice care pot suporta, intr-o oarecare masura, intreruperile tensiunii (nu socurile de tensiune!) aparatura electronica nu e recomandat sa fie supusa unor asemenea evenimente.

Piata este foarte larga in acest domeniu. Avind in vedere multitudinea de firme, tipuri, preturi, alegerea unui UPS potrivit, capabil sa va protejeze aparatura electronica de de fluctuatii, variatii, intreruperi ale tensiunii de alimentare sau in cazuri extreme supratensiuni, poate fi dificila. Mai ales in cazul in care oarece cunostinte in domeniul electric sunt necesare.

UPS-urile in principiu sunt aparate electrice care se bazeaza pe baterii pentru a inmagazina energie, pe care o pot furniza inapoi in caz de necesitate. Cum? E ceva mai complicat. O data energia electrica extrasa din prize este transformata in current continuu de tensiune redusa pentru baterii. Cind e necesar procesul este inversat tensiunea bateriilor fiind ridicata inapoi si desigur in current alternativ. In acest fel aparatura conectata la UPS va primi energie de calitate in orice conditii atit timp cit sa fie sufficient sa salvam datele (daca este cazul) si sa o inchidem in siguranta. Desigur dpdv al electronicii unui UPS lucrurile sunt ceva mai complicate…dar nu voi intra in acele amanunte decit acolo unde este neaparat necesar.

Voi incerca sa explic pe cit se poate de simplu cum va trebui sa decurga procesul de alegerea unui UPS. Inainte de acest lucru trebuie sa stim:

Care sunt criteriile pentru alegere UPS?

Scopul, destinatia.

Din acest punct de vedere acestea se clasifica in :

• Home use pentru acasa/firme mici, protejarea unor computer, televizoare, sistememHiFi
• Profesional pentru servere, retele de calculatoare din firme mijlocii/mari,
• Industrial data-center-e, echipamente industriale importante ce necesita un flux mare de curent.

Cind ne gindim la un UPS trebuie sa avem in vedere ce ne dorim de la acesta. Desi, dupa cum vedeti, exista solutii care sa permita continuarea lucrului la aparatura protejata pina la revenirea tensiunii de alimentare, acestea sunt scumpe sau foarte scumpe si nu se justifica in cazul home use. Din acest motiv in continuare voi avea in vedere solutii care sa permita inchiderea in bune conditii, cu salvarea in siguranta a datelor daca este cazul, limitindu-ma doar la categoria home use.

Puterea necesara

Puterea UPS-urilor este exprimata in VA (volt-amperi) si reprezinta puterea totala a consumatorilor ce pot fi alimentati de acesta. Este foarte important ca atunci cind  achizitionam un UPS sa calculam corect necesarul de putere putind evita achizitia unui echipament nesatisfacator sau  supradimensionat ca putere ceea ce inseamna timp pierdut si cheltuiala inutila, in ambele cazuri.

Si aici intervine marea necunoscuta pentru multi, de care si mai multi vorbesc si ne atentioneaza sa fim atenti dar nimeni nu explica cum. Deci cum calculam puterea necesara UPS-ului care ne trebuie?

Exprimarea puterii consumate de diverse echipamente in VA sau in W este sursa multor erori de proiectare atunci cind se face calculul puterii. Puterea electrica consumata de un circuit electric in curent continuu (cc), este produsul dintre tensiunea si curentul la bornele acelui circuit, respectiv P[w]=U[V]*I[A], unitatea de masurare in acest caz fiind watt-ul [w], 1 W = 1V x 1A

In curent alternativ (ca) problema se complica, dar nu e ceva de speriat. Volt-Amper-ul [VA] este unitatea de masura pentru puterea aparenta consumata in curent alternativ de un circuit electric. Puterea aparenta S[VA] este suma puterii active P[w] si reactive Q[VAR] din acel circuit electric S[VA] = P[w] + Q[VAR], unde VAR-ul e unitatea de masura a puterii reactive, Volt-Amper-ul Reactiv [VAR].

Puterea activa este puterea consumata de sarcinile rezistive (puterea consumata in curent continuu de acel circuit). Puterea reactiva este puterea consumata de sarcinile capacitive sau inductive din acel circuit. Puterea aparenta consumata de un bec de 100 W va fi aceeasi cu puterea activa, deoarece un bec are o sarcina pur rezistiva atit in curent continuu cit si in curent alternativ, puterea reactiva fiind Q[VAR]=0.

Pentru un circuit electric se defineste factorul de putere ( sau cosφ) ca fiind raportul dintre puterea activa P[w] si puterea aparenta S[VA]. Astfel avem power factorPF(cosφ) = P[w]/S[VA]=P[w]/(P[w] + Q[VAR]). Se poate observa usor ca atunci cind puterea reactiva este Q[VAR]=0, factorul de putere PF=1

Atunci cand factorul de putere nu este cunoscut, pentru un calcul corect al puterilor într-un circuit electric, se recomanda a se  lua  in calcul un factor de putere de cca.0,7 ± 20 %, adica puterea activa consumata de circuit reprezinta circa 70% din puterea aparenta. Insa functie de tipul UPS-ului, producator, tehnologie de fabricatie in general avem pentru:

• UPS-urile de tip off-line si line-interactive cosφ = 0.6 0.7.
• Unitatile de tip on-line au factorul de putere PF  cosφ = 0.7 0.8.
• UPS-urile hibride cosφ = 0.8 0.9, desi asemenea factori de putere, de peste 0.85, se ating greu.

Este de asemeni important sa stiti ca la alegerea UPS-urilor este recomandata o marja de siguranta de minim 10-15%, astfel daca puterea totala maxima a consumatorilor ce vor fi conectati la UPS va ajunge la 600 VA, se recomanda un UPS de 700VA. Unii autori recomanda aceasta marja, pina la circa 30%. Am intilnit in literatura si recomandari de bun simt, care functie si de intentiile de upgrade ale sistemului, ridicau aceasta marja pina la 100%. Deci daca aveti in vedere un upgrade, verificati documentatia tehnica a aparaturii ce aveti in intentie sa o cumparati si adaugati puterea necesara in calcul.

Exemplu de calcul.

Nu este foarte complicat. Daca dorim achizitionarea unui UPS pentru o unitate PC cu o sursa ATX de 500w (puterea activa necesara componentelor sistemului), pentru a afla puterea aparenta necesar a fi furnizata de UPS, impartim puterea activa la factorul de putere cosφ. Vom alege cel mai rau scenariu, respectiv un factor de putere redus si o marja de siguranta de 20%:

S[VA] = 500[w]/0,6 = 833[VA]  + 20 % = 1000 VA

Deci avem nevoie de un UPS de minimum 1000 VA.

Invers, daca suntem limitati de un UPS de 2000 VA, se poate calcula puterea activa ce se poate consuma:

P[w]=0,6*S[VA] = 0,6*2000[VA] = 1200[W] – 20 % = 960 W

Deci putem utiliza un system ce consuma o putere de maxim 960 W.

Aceasta este abordarea simplista in care se ia de buna inscriptionarea sursei. Dar nu e un calcul exact, pentru ca sursa asa cum sper ca va mai aduceti aminte, si ea e usor supraevaluata. Pentru acest lucru trebuie sa cunoastem consumul exact al sistemului. Iar cum se face calculul acestuia il gasiti aici. Deasemeni va rog sa observati ca acum o sursa de calitate, cu eficienta ridicata, corect dimensionata si cu PFC activ isi face simtita iarasi utilitatea, in ceea ce priveste siguranta sistemului sit si costurile cu energia consumata implicate.

La aceasta putere a sistemului se adauga, daca e cazul si aveti acest lucru in vedere, puterea unui TV, a unui sistem audio HiFi (ale caror consumuri de obicei sunt distinct indicate pe etichete) iar puterea active totala rezultata se foloseste in calcul.

Daca presupunem ca sistemul vostru cu o sursa de 500w consuma in full load de fapt conform calculului, 400w, aceasta valoare o folositi in calcul.

In primul caz formula de mai sus ar fi dus la un necesar de 800[VA] pentru care este necesar un UPS de 850[VA], in al doilea caz necesarul de putere aparenta fiind de 990[VA] pentru care ar fi necesar un UPS de 1000[VA]. De obicei diferentele intre clase de putere, functie de producator, sunt de 150-500RON, diferenta ce s-ar fi regasit in minus in buzunarul vostru inutil.

Este important totusi de stiut ca in general UPS-urile de calitate, ale producatorilor consacrati sunt proiectate sa suporte o mica suprasarcina pentru o perioada scurta de timp.

Tipul UPS-ului

Desi am luat-o putin inainte privind aceasta problema fiind necesara clasificarea lor din punct de vedere al performantei lor electrice, respectiv cu cit cosφ -> 1, circuitul electric respectiv este mai performant, puterea reactiva care se transforma in caldura Q[VAR] -> 0

Sunt mai multe tipuri de UPS-uri functie de topologia acestora:

• UPS OFF-LINE (dependent de tensiune si frecventa) acestea redau pe iesire consumatorilor tensiunea de intrare. Cand detecteaza intreruperea tensiunii de alimentare comuta sarcina pe baterie pana cand reapare tensiunea sau pana la descarcarea bateriilor. Adica asteapta sa apara pana de curent, in momentul in care intra in functiune.Au in general un cost redus si nu protejeaza impotriva fluctuatiilor de tensiune avand un timp de comutare relativ mare 4-8 ms.

 

• UPS LINE-INTERACTIVE (Independent de tensiune) Acestea monitorizeaza tensiunea de intrare iar cind aceasta iese dintr-o plaja bine stabilita, UPS-ul creste sau scade tensiunea pe iesire. Daca tensiunea de alimentare iese din plaja acceptata de invertor, UPS-ul trece pe baterie pana la revenirea tensiunii de intrare in limitele acceptate.Au cost redus, dar superior variantelor off-line, oferindun grad de protectie mai mare ca UPS-urile off-line, dar nu protejeaza complet de toate perturbatiile retelei de alimentare. Daca zona de instalare este foarte afectata de variatii, caderi dese de tensiune, pot aparea probleme, in sensul ca functionarea pe baterie in cazuri extreme e posibil sa nu mai faca fata.E categoria cea mai intilnita pentru destinatia home-use, in conditiile unei alimentary normale cu tensiune doar cu evenimente accidentale in retea. In general timpul lor de comutare este de 2-4ms.

 

• UPS ON-LINE (Independent de tensiune si frecventa) sunt independente de variatiile de tensiune sau frecventa, ele avand o dubla conversie.  Astfel dispar toate variatiile si perturbatiile existente in reteaua de alimentare. Deoarece acumulatorii sunt permanent on-line nu exista timp de comutare, astfel incat nu se produce discontinuitate la trecerea pe baterii.Au in general timp de autonomie mare, grad de protectie foarte ridicat dar sunt mult mai scumpe decit cele line-interactive. Sunt recomandate in zone cu furnizare defectuoasa a energiei electrice, cu variatii dese ale tensiunii si frecventei, unde un UPS line-interactive nu ar face fata, in conditii normale, pentru home-use pretul acestora nefiind justificat.

• UPS hibride – asa numitele UPS-uri cu dubla conversie la cerere. Ele functioneaza ca UPS-uri off line atit timp cit tensiunea livrata la prize indeplineste conditii stricte de monitorizare trecind pe regim de UPS on-linecind tensiunea livrata iese din limitele impuse, in acest fel aceste device-uri atingind eficiente deosebit de ridicate insa la un pret pe masura. Nu fac obiectul discutiei despre UPS-urile destinate home-use.

Mai sunt si alte tipuri, tehnologii pentru UPS-uri (ferro-rezonat, rotary, etc) insa nu se adreseaza domeniului de care discutam. Mai multe detalii puteti gasi aici.

Este important sa alegeti tipul corect de UPS care sa se potriveasca nevoilor voastre. Astfel daca locuiti intr-o zona cu fluctuatii/caderi dese de tensiune/frecventa (in special zone rurale) este recomandat sa alegeti un UPS de tip ON-LINE chiar daca pretul este mai mare. Aceste UPS-uri ofera un grad de protectie ridicat si timp de autonomie mare. Daca totusi bugetul este insuficient se poate allege si un UPS  LINE-INTERACTIVE pentru acest caz, dar cu o rezerva de putere instalata de cca 50-100%.

Pentru zone urbane unde alimentarea cu energie electrica nu e asa afectata de fluctuatii/caderi un UPS LINE-INTERACTIVE e suficient. In general nu recomand folosirea UPS-urilor OFF LINE decit in cazul unor bugete reduse, unde se vrea totusi protectia unui system PC, desi timpul mare de comutare va determina o oarecare instabilitate a sistemului in momentul trecerii pe baterie. Un UPS OFF-LINE instalat intr-o zona cu perturbatii ridicate in alimentarea cu energie, este oarecum inutila, datorita timpului de comutare ridicat aparatura resimtind mai toate problemele, chiar daca prin montarea acestuia se evita totusi distrugerile ce pot aparea in cazul unui scurcircuit, descarcare electrica, etc.

Timpul de autonomie

Timpul de autonomie sau backup reprezinta durata cat poate UPS-ul sa alimenteze consumatorii conectati in regim de baterii. Acest timp se calculeaza la sarcina nominala, adica puterea maxima de care este capabil UPS-ul.

De cele mai multe ori este furnizat de producatorul echipamentului pe o configuratie de test, dar in realitate e ceva mai redus decit cel specificat, chiar in conditiile refacerii configuratiei de test. Oricum ce trebuie sa aveti in vedere e ca sistemul vostru sa reziste macar 5 minute pe baterie, pentru a va salva munca si a inchide sistemul in conditii de siguranta.

Functie de puterea necesara sistemului pentru a afla timpul de autonomie, puteti folosi curba Load-Runtime pe care orice producator serios o pune la dispozitie. Desigur micsorarea puterii totale a consumatorilor conectati la UPS duce la cresterea timpului de autonomie. Implicit schimbarea UPS-ului cu unul dintr-o categorie superioara de putere instalata pentru aceiasi consumatori are acelasi rezultat.

Orice producator serios va pune la dipozitia celor interesati aceasta diagrama (aceasta este furnizata de APC, pentru un model de 1300[VA]), care va poate ajuta sa aflati timpul de autonomie pentru UPS-ul dorit functie de incarcarea pe care o aveti in vedere.

Timpul de comutare (transfer time)

Atunci cand suntem pusi in situatia  de a ne cumpara un UPS, ne uitam de obicei la puterea pe care o poate furniza precum si la cat timp poate sustine o anumita sarcina. Insa cel mai important aspect uitat de obicei, este timpul de comutare al acelui UPS, parametru foarte important numit si Transffer Time. Astfel, logic, cu cat acest timp este mai mic rezulta o trecere rapida si fara evenimente intre linia de 220V c.a. si baterie.

Si functie de transffer time UPS-urile se impart in categorii constructive (tipuri) deja enumerate mai sus, iar timpul de comutare este caracteristic fiecareia:

1. UPS OFF-LINE – cu un timp de tranfer mai mare de 4 ms, timp suficiet de mare ca unele componente sensibile de pe placa de baza sa fie afectate de caderea de tensiune.

2. UPS LINE INTERACTIVE – aceste arhitecturi contin asa cum am spus un invertor off-line si un transformator. In cazul in care linia principala cade, invertorul este pornit si cuplat cu transformatorul pentru a furniza energia necesara de la baterie. Timpul de comutare al acestor UPS-uri este impus de producatorii seriosi la max 4ms.

3. UPS ON-LINE – acestea au, teoretic, transffer time zero, avind dubla conversie, doua linii, una care alimenteaza circuitul de incarcare si alta invertorul, care si acesta, functioneaza permanent nu doar atunci cand tensiunea de alimentare e cazuta. Fiindca ambele linii functioneaza permanent, conversia producindu-se continuu, timpul de transfer poate fi considerat teoretic zero.

Bateriile

Acumulatorii de fapt, pentru ca prin definitie UPS-ul e un device care presupune cicluri de incarcare-descarcare functie de evenimentele din retea. Acestia inmagazinand energia care se reda sistemului  in cazul intreruperilor/fluctuatiilor de tensiune/frecventa

In general UPS-urile contin acumulatori de tip VRLA (Valve Regulated Lead Acid) adica pe baza de plumb-acid. Acestea nu necesita mentenanta, nu emit vapori periculoasi pentru mediu/om si se pot utiliza in plan orizontal sau vertical. Acumulatorii folositi in majoritatea UPS-urilor home-use de pe piata au o durata estimat de viata, in conditiile unei utilizari normale, de aproximativ 3-5 ani, dar exista si  versiunei cu o durata de viata extinsa de cca. 7-10 ani, desigur cu un cost pe masura. Mai sunt si UPS-uri care folosesc acumulatori Ni-Cd.

Capacitatea acumulatorilor se exprima in Ah (amperi-ore). Totusi timpul pe baterie nu poate fi calculat in acelasi mod ca al unei baterii de laptop avind in vedere ca este implicat si un proces de conversie a tensiunii continui in tensiune alternativa. Pentru aceasta doar diagrama furnizata de producator este indicata.

Dotarile

Desi o sa va intrebati despre ce poate fi vorba in cazul unui UPS avem totusi citeva aspecte de care trebuie sa tinem cont.

• Tipul de priza. Importanta pentru Europa (exceptind UK care au cu totul alte standarde) este existenta prizelor standard tip Shuko si nu IEC, care ne vor scuti de cheltuieli suplimentare cu adaptoarele IEC.  Unii producatori pentru a evita complicatiile privind zona de comercializare si-au dotat produsele cu prize din ambele standarde, Shoko si IEC C13.

• Intrare-iesire RJ-45 protejata. In general de la un anumit buget, firmele producatoare care se respecta, datorita faptului ca descarcarile electrice se pot propaga prin cablurile de semnal net, au prevazut UPS-urile cu mufe mama RJ-45 pentru protectie. Suplimentar am gasit in bundle-ul cu care sunt dotate chiar si cablu prelungitor RJ-45 pentru a face legatura mai departe intre UPS si router-ul wireless/placa de baza a sistemului PC. Aceste intrari se pot observa in fotografia de mai sus.
• Afisaj electronic LCD.   De obicei monocrom, insa nu e o regula, existind si UPS-uri scumpe cu afisaje complexe policrome. Acesta dotare totusi desi a inceput sa se impuna si la UPS-urile budget, este totusi o caracteristica a UPS-urilor ceva mai scumpe. Daca bugetul va permite recomand cumpararea unui UPS cu afisaj LCD, intru-cit acesta poate furniza informatii importante despre starea sistemului.

• Soft de management. Nu voi insista foarte mult pe acest lucru. E bine sa fie, si daca este sa fie unul user-friendly. Sunt multe soft-uri specializate pentru UPS management. Sunt utile si in home-use, dar mult mai importante sunt pentru un administrator de retea. Conexiunea PC-ului cu UPS-ul pentru soft-ul de management se realizeaza de obicei printr-un cablu USB 2.0, desi pentru UPS-urile de mare capacitate, ce servesc retele de calculatoare se folosesc interfete seriale (peste 5 m cablurile USB devin nefolositoare pentru transmiterea de date).

Producatori UPS-uri

Ma voi referi bininteles la cei mai intilniti/cunoscuti producatori din partea noastra de lume. Exista bineinteles brand-uri care s-au impus pe piata, datorita experientei, calitatii si nu in ultimul rind traditiei. Astfel avem:

APC (American Power Conversion) practic cea mai cunoscuta si puternica firma constructoare de UPS-uri. S-a impus pe piata americana si mondiala in domeniu si produce absolut toate tipurile (offline, line-interactive, online) si solutiile, incepind cu home-use pina la solutiile industriale. UPS-urile APC sunt in general device-uri scumpe, cu un raport performanta pret nu foarte ridicat (datorat desigur pretului) dar de o calitate si fiabilitate excelenta adresate in principal pietei mid range spre high end. Si battery replacement-ul pentru acestea nu este ieftin deloc in comparatie cu alti producatori. Oricum, daca va puteti permite acest producator recomand fara probleme.

Eaton/Powerware o alta companie americana de produce UPS-uri de calitate. Produsele lor au patruns mai greu pe piata romaneasca adresindu-se acelorasi gen de consumatori, preturile UPS-urilor Eaton fiind relativ ridicate.

Gembird companie olandeza care vizeaza piata budget in general, nu numai pentru periferice. Am intilnit destul de multe nemultumiri legate de calitatea produselor, inclusiv a UPS-urilor. Personal nu recomand, nici macar in cazul unui buget mai redus inde exista alternative mai bune.

HP (Hewlett-Packard) companie care nu mai are nevoie de nici o prezentare. Brand quality-ul este clar peste medie, insa eu consider ca UPS-urile HP au un raport performanta pret chiar mai scazut decit APC, datorat ca la mai toate produselor HP unor cheltuieli relativ ridicate cu branding-ul. In nici un caz nu pot spune ca nu sunt recomandate. Spun doar ca in aceesi bani gasiti alternative ceva mai bune ca pret.

Mustek companie olandeza care practic controleaza piata budget spre mid-range europeana. Bineinteles productia provine din China. UPS-urile Mustek acopera practic toate tipurile (offline, line-interactive, online) si gamele de putere completind practic golul lasat de APC pentru produsele ceva mai ieftine. Recomand produselele lor, sub rezerva verificarii acestora asupra comportamentului lor in diverse review-uri pe care le puteti gasi usor online. Must by Mustek sunt o gama a brand-ului Mustek.

nJoy brand romanesc relativ nou al unei companii din Timisoara cu productia bineinteles in China, ce are ca tinta piata budget est europeana. Nu va lasati condusi de pareri preconcepute. Au produse de calitate buna pentru pretul pe care il au si pentru ce ofera aceste produse. UPS-urile nJoy sunt produse cu un bun raport performanta pret, iar seria ISIS dupa parerea mea chiar merita banii. Brand-ul RPC este proprietate a aceleiasi companii timisorene, dar nu sunt deloc sigur ca dpdv al calitatii sta la fel de bine. Deci deocamdata nu recomand.

Socomec un alt nume pentru ceea ce inseamana piata solutiilor UPS. Companie franceza de mare anvergura Socomec produce intreaga gama a solutiilor UPS (line-interactive, online) fiind mai degraba orientati spre aplicatiile industriale decit segmentul home use, din acest motiv din oferta lipsind UPS-urile offline, care pentru acesta piata sunt inutile. Recomand.

Tecnoware companie italiana specializata pe acest gen de aparataj. UPS-urile Tecnoware acopera intreaga gama de aplicatii. Nu am reusit sa aflu insa foarte multe despre acest producator, insa produsele Tecnoware nu par slabe calitativ. Le recomand sub aceeasi rezerva a documentarii despre ceea ce vreti sa cumparati daca aveti in vedere achizitionarea unui produs Tecnoware.

Ca si battery replacement va recomand sa folositi produsele recomandate de producatorul UPS-ului, insa de cele mai multe ori exista si alternative mai ieftine. Acum daca aveti incredere in sursa/firma respectiva si v-ati documentat pina la urma e cam acelasi lucru. Pina la urma tot acumulatori Pb-acid sunt, oricita tehnologie ar incorpora.

Nu pot recomanda tipuri exacte pentru fiecare producator, o data ca nu cunosc necesarul fiecaruia de putere, aici fiind mai degraba vorba de un brand quality, mai important fiind sa stiti pentru ce va trebuie, unde va trebuie si daca va acopera ceea ce intentionati sa protejati. Daca aveti neclaritati nu ezitati sa intrebati. Sigur voi raspunde.