اهمیت یو پی اس - چرا محافظت از برق ورودی تجهیزات بسیار مهم می باشد؟

هیچ شرکتی نمی تواند تجهیزات خود را از مشکلات جریان برق دور نگه دارد مگر اینکه با استفاده از دستگاه هایی مانند یو پی اس آن را کنترل کند تا مجبور به تحمل آسیب های ناشی از آن نشود. در این مقاله دلایل استفاده از یو پی اس برای حفاظت برق ورودی دستگاه ها های برقی را توضیح میدهیم.

حتی قطع برق برای مدت خیلی کوتاه نیز می تواند مشکل ایجاد کند. در تجهیزات IT وقفه  جریان برق حتی به اندازه یک چهارم ثانیه می تواند این تجهیزات را به مدت یک ربع تا چند ساعت از دسترس خارج کند ، در نتیجه این وقفه برق بسیار هزینه بر خواهد بود. به عنوان مثال بعضی کارشناسان معتقدند که اقتصاد ایالات متحده آمریکا سالانه 200میلیارد دلار تا 570 میلیارد دلار پول بخاطر قطع برق و دیگر مشکلات جریان برق از دست می دهند. متاسفانه به دلیل نبود آمار دقیق ، میزان خسارات وارده قطعی برق در کشور ما، قابل ارائه نیست.

برق شهری بدون مشکل نیست. طبق قانون ، جریان الکتریکی می تواند به اندازه کافی متغیر باشد که باعث مشکلات قابل توجهی برای تجهیزات IT می شود. بر طبق استاندارد های ایالات آمریکا ، برای مثال تحت مشخصات ثابت ولتاژ می تواند از 5.7 درصد تا 8.3 درصد متغیر باشد. به این معنی است که ولتاژ واقعی دریافتی برق شهری 208فاز می تواند در رنج 190 تا 220 ولتاژ متغیر باشد.

برق شهری 100درصد قابل اعتماد نیست. در اکثر مواقع تنها 90 درصد جریان برق مورد اعتماد می باشد این بدان معناست که باید برای 10 درصد باقی مانده به فکر راه حل باشیم.

مشکلات و خطرات برق درحال افزایش هستند. سیستم های ذخیره سازی و سرور ها و دستگاه های شبکه امروزی از اجزای کوچکتر استفاده می کنند بطوری که آنها در شرایط برق متوقف می شوند درحالیکه تجهیزات نسل قبل به آسانی مقاومت کردند.

ژنراتور ها و کاهنده نوسانات لازم اما کافی نیستند.  ژنراتور ها می توانند سیستم های عملیاتی را در طول قطع برق شهری روشن نگه دارند ، اما آنها زمانی را برای راه اندازی مجدد خود صرف می کنند و از تجهیزات الکتریکی در برابر نوسانات و دیگر مشکلات برق محافظت نمی کنند. کاهنده نوسانات کلا جریان برق را خنثی می کنند اما با مسائلی مانند کاهش توان و ولتاژ-پایین و شرایط خاموشی هیچ کمکی نمی کند.

امروزه در دسترس بودن خیلی مهم است. IT نقش پشتیبانی در کسب و کار ها داشت. امروزه این کاملا مرکزی و اصلی است که بسیاری از شرکت ها رقابت کردند و پیروز شدند. هنگامی که سیستم های فناوری اطلاعات پایین می آیند، فرایندهای کسب و کار اصلی به سرعت متوقف می شود.

در دسترس بودن مهم است اما هزینه های تامین برق شهر باید مدیریت شوند. هزینه های مربوط به برق شهر و سیستم های تهویه مطبوع در سال های گذشته خارج از کنترل بصورت نوسانی رو به رشد هستند. مدیران مرکز داده معمولا مسئول در دسترس بودن بالا هستند در حالی که همزمان هزینه های انرژی کاهش می یابد. سیستم های یو پی اس با بازدهی بالا می توانند به این هدف کمک کنند و امروزه تولیدات قابل دسترس هستند که حتی چند سال گذشته این چنین امکاناتی نبود.

تعریف یو پی اس چیست؟

بطور ساده یو پی اس دستگاهی است که:

1- زمانی که جریان برق قطع می شود ، یو پی اس از توان پشتیبان محافظت می کند و همچنین باعث می شود تجهیزات حساس بطور صحیح خاموش شوند در نتیجه هیچ داده ای از بین نمی رود و یا زمان قطعی به اندازه کافی طولانی خواهد که بتوان به عملیات خود ادامه داد تا زمانیکه ژنراتور های برق دوباره فعال شوند.

2- یو پی اس باعث می شود تا شرایط بد جریان ورودی و نوسانات به تجهیزات الکترونیکی حساس آسیب نرسانند.

انواع اصلی یو پی اس

سیستم های Single-conversion

در حالت عادی، جریان ورودی AC به منبع تغذیه تجهیزات IT وارد می شود. اگر منبع تغذیه AC از حد تعیین شده خارج شود، UPS از اینورتر استفاده می کند تا جریان را از باتری جاری کند و دوباره از اتصال منبع تغذیه ورودی AC خارج می شود تا از بازگشت مبدل اینورتر به برق شهری جلوگیری کند. یو پی اس در مد باتری باقی می ماند تا زمانی که جریان ورودی AC به حالت نرمال برگردد یا باتری خالی شود هرکدام که اول اتفاق بی افتد. Standby و line-interactive دو نوع از طراحی یو پی اس های single-conversion   می باشند. به این نوع یو پی اس ها در بازار اصطلاحا یو پی اس Offline نیز گفته می شود.

یو پی اس های standby یا یو پی اس آفلاین به تجهیزات IT این اجازه را می دهند تا در زمان قطع برق شهر و  تا زمانی که یو پی اس مشکل را شناسایی کند، در هر مرحله به مد باتری سوئیچ می شود. بعضی از یو پی اس های standby به همراه ترانسفورماتور طراحی شده اند که از شرایط برق ورودی محدود دستگاه های دیگر محافظت کنند. ( یو پی اس لاین اینتر اکتیو )

یو پی اس های line-interactive قبل از به جریان برق شهری اجازه ورود بدهند باید از تجهیزات الکتریکی دربرابر افت و خیز ولتاژ ورودی محافظت کنند . هر چند مانند یو پی اس های standby ، این نوع یو پی اس ها از باتری ها برای محافظت در مقابل فرکانس های غیرعادی  استفاده می کنند. 

شکل1:ساختار داخلی یو پی اس line-interactive

سیستم های double-conversion ( یو پی اس آنلاین چیست)

همان طور که از اسم آن پیداست، این دستگاه دوبار جریان برق را تبدیل می کند. در ابتدا مبدل ورودی (rectifier) جریان AC را به DC تبدیل می کند و به مبدل خروجی (inverter) آن را تغذیه می کند. بوسیله مبدل خروجی (inverter)  جریان قبل از ارسال به تجهیزات الکتریکی دوباره به حالت  AC بازمیگردد و ولتاژ های کاملا میزان ارسال می گردد. عملکرد سیستم های double-conversion بار های بحرانی را از خط برق شهری کاملا ایزوله می کنند ، فقط به این خاطر که تجهیزات IT جریان برق قابل اعتماد و تمیز را دریافت کنند.

در حالت عادی یو پی اس double-conversion بطور مداوم برق شهری را دو بار پردازش می کنند. اگر جریان ورودی AC از حد تعیین شده بالاتر رود، هرچند که مبدل ورودی خاموش شود ولی مبدل خروجی به جای باتری شروع به تولید جریان میکند. یو پی اس برای ادامه عملکرد خود از باتری های یو پی اس استفاده می کند تا زمانی که جریان ورودی AC به حالت تلورانس (tolerance)  نرمال بازگردد یا باتری ها خالی شوند ، هر کدام که زودتر خالی شوند. در چنین شرایط دشوار بارگذاری مبدل (inverter) یا توقف مبدل ها، سوئیچ ثابت بای پس (bypass) ، برای پشتیبانی از بار های خروجی خیلی سریع روشن می شود.

شکل2- ساختار داخلی یو پی اس double-conversion

سیستم های multi-mode

این نوع از سیستم ها ترکیبی از تکنولوژی های single و double-conversion  است که پیشرفت های ارزشمندی هم در بازدهی و هم در تضمین فراهم می اورد:

• تحت شرایط نرمال، سیستم در حالت line-interactive فعالیت می کند ، صرفه جویی در انرژی و پول هنگام تثبیت ولتاژ در محدوده های ایمن و حل و فصل ناهنجاری های رایج موجود در برق شهری را فراهم می کند.

• اگر جریان ورودی AC در حالت line-interactive خارج از محدوده تلورانس (tolerance) فعلی باشد، سیستم بصورت اتوماتیک به حالت double-conversion سوئیچ می شود، تجهیزات IT را بطور کامل از منبع جریان ورودی AC جدا و ایزوله می کند.

• اگر جریان ورودی AC خارج از تلورانس (tolerance) مبدل (rectifier) سیستم double-conversion باشد و یا در مجموع تمام شود ، یو پی اس از باتری پشتیبان برای عملکرد و اجرا و بارگذاری استفاده می کند. هنگامی که ژنراتور آنلاین می شود ، یو پی اس تا زمان جریان ورودی استابلایزر به حالت double-conversion سوئیچ می شود. سپس آن را به حالت line-interactive با بازدهی بالا انتقال می دهد.

یو پی اس های multi-mode طراحی شده اند تا به صورت پویا برای یک تعادل ایده آل بین بازدهی و حفاظت متغیر باشند. در شرایط عادی آنها بیشترین بازدهی را تولید می کنند. اگر مشکلی به وجود آید، آنها بصورت اتوماتیک برای دریافت بیشترین سطح از محافظت بعضی بازدهی را تلف میکنند. آخرین پیامد این است که مراکز داده می توانند انرژی یک سال را بدون آسیب زدن به عملکرد مراکز داده ذخیره کنند.

شکل 3- ساختار داخلی یو پی ای multi-mode

چگونه یو پی اس مناسب زمینه کاری خود را انتخاب کنیم؟

برای اینکه همیشه مطمئن شوید یو پی اس مناسب نیاز خود را انتخاب می کنید ، مطمئن شوید که چند توصیه زیر را در طول روند انتخاب خود رعایت می کنید:

توپولوژی 

سوال اول این است که کدام یک از یو پی اس single-conversion یا double-conversion یا multi-mode را انتخاب می کنید؟ جواب شما به طور عمده به این بستگی دارد که چه مقدار از بازدهی برای محافظت از تجهیزات الکتریکی خود احتیاج دارید.

یو پی اس های single-conversion دارای بازدهی بیشتری نسبت به دستگاه های double-conversion می باشند، اما دارای محافظت کمتری هستند. این باعث می شود برای مقابله با قطعی برق گزینه مناسبی برای بارها با تلورانس (tolerance) بالا باشند. به طور خاص یو پی اس های standby (اولین نوع یو پی اس single conversion) بهترین گزینه برای عملیات کوچکتر مانند دسکتاپ هستند، درحالیکه یو پی اس های line-interactive برای سرور های کوچک و ذخیره سازی و برنامه های شبکه مناسب هستند که باید جریان ورودی AC برق شهری بدون مشکل و به راحتی دریافت کنند. 

یو پی اس های double-conversion که در سطح بالایی محافظت می کنند، دارای بازدهی پایینی هستند اما دارای استاندارد های لازم برای محافظت سیستم های حساس می باشند.

یو پی اس ها multi-mode هر چند که نسبت به سیستم های single یا double-conversion قیمت بالایی دارند اما بهترین گزینه برای شرکت هایی است که می خواهند هم دارای بازدهی و هم محافظت باشند.

تک فاز درمقابل سه فاز ( فرق یو پی اس تک فاز با سه فاز)

زمانی که برق شهری تولید می شود، در سطح 3فاز قرار دارد. این نوع از جریان برق برای بیشتر مشتری های صنعتی و تجاری قابل استفاده می باشد ، همانطور که آنها مشتری های عظیم جریان برق الکتریکی شهری هستند. برق سه فاز از سه سیم فاز جداگانه استفاده می کند که باعث می شود جریان برق بیشتری به یک نقطه یا بار تحویل داده شود. بیشتر مناطق مسکونی دارای تجهیزاتی هستند که از جریان برق تک فاز استفاده می کنند، با این وجود که خانه ها یک عضو کوچک مصرف برق می باشند. جریان تک فاز از یک یا دو فاز جریان برق دریافت می کند که با استفاده از ترانسفورماتور از سیستم جریان برق سه فاز تامین می شود.

یو پی اس های تک فاز گزینه مناسب اقتصادی برای برنامه های کوچک و ساده با توان مصرفی پایین می باشند، که معمولا در خانه ها یا کسب و کار ها و اداره های ماهواره و کنترل از راه دور دیده می شود ، که توان مصرفی آنها کمتر از بیست هزار ولت آمپر (20kVA)  می باشند. یو پی اس های سه فاز بهترین انتخاب برای برنامه های با توان مصرفی بالایی هستند که بسیار پیشرفته و دارای ظرفیت محاسبه بالایی هستند. ساختمان های بسیار بزرگ و مراکز داده و تجهیزات صنعتی محافظ پردازش ها و عملیات بزرگ معمولا از مشتری های یو پی اس سه فاز می باشند ، که آنها به توزیع مقدار زیادی از قدرت در فاصله نسبتا طولانی نیاز دارند.

شکل4-انواع مصارف تک فاز و سه فاز

درجه بندی یو پی اس

درجه بندی یو پی اس ها مقدار باری (ولت آمپر(VA) ) است که برای پشتیبانی طراحی شده اند. یو پی اس ها از درجه بسیار پایین 300 VA تا بسیار بالا 5000 kVA یا بالاتر موجود می باشند. با استفاده از روش های اساسی زیر درجه بندی تقریبی مناسب تجهیزات خود را تعیین کنید:

- لیستی از همه تجهیزات خود تهیه کنید که یو پی اس از آنها محافظت خواهد کرد.

- تعیین کنید که هر کدام از تجهیزات شما چه مقدار ولتاژ مصرف می کنند.

- برای هر کدام دستگاه ها ولتاژ را در آمپر ضرب کنید تا VA بدست آید.

- همه VA ها را باهم جمع کنید.

- مجموع را در 1.2 ضرب کنید.

فرم فاکتور در یو پی اس به چه معناست؟

یو پی اس ها از نظر شکل بندی (Form Factor) در دو دسته قرار دارند: رکمونت (rack-mounted) و ایستاده . یوپی اس های بزرگ معمولا به شکل رک مونت موجود نمی باشند ، پس شرکت هایی با مصرف قابل توجه جریان برق بیشتر از دستگاه های مستقل استفاده می کنند. برای شرکت هایی که دارای نیاز های منحصر به فرد می باشند ، تصمیم بین یو پی اس های رکمونت و مستقل بطور قابل توجهی به طراحی مرکز داده مربوط می شود. بعضی از سازمان ها از یو پی اس های رکمونت برای یکپارچه سازی اکثر سخت افزار های خود استفاده می کنند. دیگران ترجیح می دهند که با استفاده از یو پی اس های جداگانه یا مستقل ، میزان فضای قفسه در دسترس برای سرورها به حداکثر برسانند. از دیدگاه فنی و مالی، درواقع هیچ رویکردی برتر از دیگری نیست.

قابلیت ماژولار بودن در یو پی اس ( یو پی اس  ماژولار)

پیاده سازی یک راه حل محافظتی قدرتمند، مستلزم صرف زمان و پول می باشد. برای به دست آوردن همان مقدار ممکن از آن سرمایه گذاری، شرکت ها باید در مقایسه با امکانات UPS، نیازهای خود را برای سه تا پنج سال آینده ارزیابی کنند. اگر به احتمال زیاد به منبع جریان برق بیشتری در آن زمان نیاز داشته باشید، به همان میزان باید سخت افزار UPS را به اندازه ی بزرگتر انتخاب کنید.

مراکز داده با نيازهاي نوساني يا نيازهاي آينده خیلی سخت مي توانند پیش بینی می کنند که دو راهبرد را براي افزايش مقياس پذیری از UPS خود استفاده کنند:

• چیدن یو پی اس ها بصورت موازی : ساختار یو پی اس های موازی مقیاس پذیری و همچنین افزونگی را افزایش می دهند. اگر می خواهند توان مصرفی خود را افزایش دهند، سازمان ها می توانند به سیستم یو پی اس موجود یه ماژول یا پیمانه دیگر اضافه کنند تا اینکه یو پی اس را با یک سیستم یو پی اس جدید جایگزین کنند.

• از محصولات یو پی اس ماژولار (modular) استفاده کنید : بعضی از انواع یو پی اس های جدید بصورت پیمانه ای طراحی شده اند که اگر نیاز داشتید ظرفیت آن را افزایش دهید ، می توانید به راحتی این کار را انجام دهید. به عنوان مثال، بعضی از این سیستم ها ظرفیت های 50 یا 60 کیلو وات را در بلوک های 12 کیلو واتی که در قفسه های استاندارد قرار می گیرند، ارائه می دهند. مثلا اگر یک واحد 12کیلو واتی دیگری نیاز داشته باشید، می توانید این واحد را در سیستم خود نصب کنید. هرچند سیستم های یو پی اس بزرگتر می توانند از 200 تا 300 کیلو وات گسترش یابند. این یک رویکرد مقیاس پذیر و کارآمد برای حفظ نیازهای افزایش توان است که باعث کاهش هزینه های اولیه مالی و حفظ فضای مرکز داده ها می شود.

نرم افزار و ارتباطات

حتی با یک یو پی اس، سیستم IT شما هنوز هم می تواند در صورت قطع جریان برق گسترده از کار بیافتد یا در صورتی که اگر UPS در مدت طولانی بار اضافه داشته باشد. نرم افزار ارتباطی نه تنها می تواند در زمان واقعی از وضعیت UPS اطلاعات را ارائه دهد، بلکه همچنین به شما این امکان را می دهد تا اقدامات اتوماتیک را برای انجام یک رویداد کنترل جریان اختصاص دهید. این بسیار مفید است اگر کارکنان نمی توانند به طور مداوم روی سیستم شما تنظیمات دستی انجام دهند با استفاده از نرم افزار می توانید کنترل های لازم را انجام دهید.

سرویس و نگهداری (تعمیرات و نگهداری یو پی اس)

با سرویس های منظم، سیستم یو پی اس می تواند برای حتی 20 سال با اطمینان و ایمن به کارکرد خود ادامه دهد. بدون سرویس های منظم، حتی اگر یو پی اس شما یکی از بهترین نوع های یو پی اس باشد عمر آن خیلی کم خواهد بود. بنابراین شرکتها در فروشگاه های سخت افزار UPS باید یک سرویس خدمات UPS مناسب را انتخاب کنند، که از کیفیت با اطمینان خاطر یو پی اس بهره مند شوند.