Nepřerušitelný zdroj napájení (UPS) je typ zařízení, které v případě výpadku napájení ze sítě téměř okamžitě napájí zařízení a chrání je před poškozením. Systémy UPS se výrazně liší svou konstrukcí a funkčností, což ovlivňuje dobu, po kterou mohou napájet zařízení, jejich schopnost zlepšit kvalitu napájení a jejich cenu.
Datové servery, počítačové systémy, průmyslová zařízení a laboratoře běžně používají systémy UPS. Vzhledem k tomu, že UPS chrání zařízení, jsou vhodné pro všechny situace, kdy mohou být elektrické zátěže citlivé na výpadek napájení nebo jiné problémy s kvalitou elektrické energie. Systémy UPS se například běžně používají pro počítače a servery, protože ztráta napájení těchto zátěží může mít za následek ztrátu dat nebo poškození komponent.
Stejně tak je mnoho typů lékařských a laboratorních zařízení citlivých na přerušení dodávky elektrické energie nebo na nekvalitní napájení. V mnoha zdravotnických zařízeních v rozvojových zemích je napájení ze sítě nespolehlivé nebo nekvalitní, což vede k plánovanému nebo neplánovanému výpadku napájení po velkou část dne nebo ke kolísání napětí v síti, které může mít nepříznivý vliv na zařízení. Výpadky proudu v nemocnicích a laboratořích navíc vedou k výpadkům, které ovlivňují kvalitu a dostupnost kritických služeb. Zdravotnická zařízení proto často využívají záložní napájecí systémy, aby v případě výpadku napájení z rozvodné sítě pokryla elektrickou zátěž.
Systémy UPS slouží ke dvěma hlavním účelům:
- co nejrychleji zajistit záložní napájení v případě ztráty napájení z distribuční soustavy;
- poskytnout určitý stupeň ochrany před problémy s kvalitou napájení, které mohou poškodit zařízení.
Systémy UPS plní tyto cíle v různé míře v závislosti na jejich konstrukci a vlastnostech, které v konečném důsledku ovlivňují jejich cenu a náklady na provoz.
Řešení problémů s napájením ve zdravotnických zařízeních je důležité pro zajištění kvalitních zdravotnických služeb. Tento článek se zabývá některými z těchto problémů a vysvětluje vhodné použití systémů UPS a rozdíly mezi nimi.
Typy zdrojů nepřerušovaného napájení
Systémy UPS představují komplexní modulární řešení ochrany citlivých zařízení před problémy se ztrátou a kvalitou napájení. Systémy UPS se dodávají v několika konfiguracích, které nabízejí různé úrovně ochrany za různou cenu.
Dvojitá konverze nebo online systém UPS
Systém UPS s dvojitou konverzí nebo online poskytuje plnou ochranu a elektrickou izolaci od problémů s kvalitou elektrické energie a zajišťuje okamžitý zdroj záložního napájení v případě výpadku napájení ze sítě.
Tento typ UPS nabízí nejvyšší úroveň ochrany tím, že plně izoluje připojené zátěže od napájení ze sítě. Střídavý proud (AC) ze sítě je přeměněn na stejnosměrný proud (DC) a poté je opět přeměněn na střídavý proud. Tento výstup střídavého proudu má dokonalé napěťové a frekvenční charakteristiky, a proto řeší všechny potenciální problémy s kvalitou napájení. Vnitřní kondenzátory navíc uchovávají energii po celou dobu procesu konverze, což zajišťuje plynulý přechod ze sítě na napájení z baterie.
Základní konfigurace UPS s dvojitou konverzí je znázorněna na obr. 1. Tento obrázek představuje základní součásti konverze napájení, ale do procesu je zapojena řada dalších součástí, včetně kondenzátorů, transformátorů a obtokových obvodů.
Tyto systémy jsou dražší než záložní systémy UPS nebo systémy UPS s interaktivní sítí, ale nabízejí vynikající ochranu. Procesem dvojité konverze se však ztrácí značná část energie, takže účinnost těchto systémů je nižší než u ostatních možností UPS.
Pohotovostní nebo off-line sytém UPS
V pohotovostním nebo off-line systému UPS je zátěž napájena přímo ze sítě, bez úpravy napájení nebo ochrany kromě základní přepěťové ochrany nebo v některých případech filtrací šumu. Při výpadku napájení ze sítě je napájení zajištěno z interní baterie systému.
Jedná se o nejlevnější typ systému UPS, který poskytuje nejnižší úroveň ochrany. Levné modely navíc při převodu stejnosměrného napájení z baterie na střídavý proud často vytvářejí spíše čtvercovou než dokonalou sinusovou vlnu, což by mohlo časem poškodit některá citlivá zařízení.
Line-interactive UPS
Systémy UPS s interaktivní linkou nabízejí další úroveň ochrany oproti základnímu záložnímu systému. Tyto systémy zajišťují určitý stupeň úpravy napájení regulací napětí přicházejícího síťového napájení. Tato funkce neposkytuje dokonale "čisté" napájení ani neizoluje zátěž od všech problémů s kvalitou elektrické energie, ale řeší základní problémy, jako je podpětí a přepětí, které mohou být běžné.
Systémy UPS s interaktivním napájením ze sítě, které jsou druhou možností systémů UPS, mají všechny funkce záložních systémů UPS, a navíc základní regulaci napětí.
Jakou vybrat UPS
Každá z těchto technologií UPS je navržena tak, aby splňovala požadavky na kvalitu napájení a záložní napájení elektronických zařízení v různých aplikacích. Obecně platí, že systémy s dvojitou konverzí a line-interactive jsou určeny pro podniky a průmysl, zatímco off-line systémy UPS jsou určeny pro běžný počítačový systém spotřebitele. Následující tabulka 1 porovnává tři hlavní typy UPS podle jejich typického rozsahu velikosti, účinnosti a možností úpravy napájení.
Dalším důležitým rozdílem mezi jednotkami UPS je způsob jejich zapojení do obvodu budovy - do zásuvky nebo napevno. Zásuvkové systémy UPS se zapojují do stávajících elektrických zásuvek a na oplátku poskytují několik zásuvek na jednotce pro napájení podporovaných zátěží. Centrální jednotky jsou zapojeny přímo do elektrického obvodu - podporované zátěže jsou zapojeny do stávajících zásuvek připojených k tomuto obvodu. Zásuvkové systémy UPS mají obvykle nižší kapacitu. Centrální systémy jsou obvykle vysokokapacitní jednotky s interaktivní linkou nebo s dvojitou konverzí.
Všimněte si také, že špičkové systémy s dvojitou konverzí používané v datových centrech a dalších energeticky náročných aplikacích IT mohou mít systémovou kapacitu mnoha megawattů. Tyto systémy jsou obvykle navrženy a vyrobeny na míru.
Systémy UPS se při ztrátě napájení nebo překročení nastavené hodnoty napětí přepnou do bateriového režimu. Proto je důležité zvolit UPS, která je vhodná pro podmínky napájení ze sítě v daném zařízení. Pokud záznam dat ukazuje časté výkyvy napětí, měla by být vybrána UPS, která má nějakou formu automatické regulace napětí, například jednotku s dvojitou konverzí nebo mnoho jednotek s interaktivní sítí, jinak bude UPS často přepínat na bateriové napájení, což sníží její životnost.
Hloubku vybití je obtížné kontrolovat, protože UPS bude pracovat v bateriovém režimu, dokud nebude obnoveno napájení ze sítě nebo generátoru. I to však lze zvládnout správným dimenzováním UPS a výběrem vhodné kapacity pro dobu provozu. Snížením zatížení UPS se prodlouží doba provozu, čímž se krátkodobě sníží hloubka vybití baterie. Toho lze dosáhnout také přidáním externích baterií. Požadovaná doba provozu by měla být stanovena na základě typické délky výpadku napájení ze sítě nebo generátoru.
Údržba UPS
Údržba systémů UPS je obecně nízká. Největší pozornost při zajišťování celkové účinnosti systému UPS věnujte stavu baterií. Důvěra ve schopnost systému UPS zajistit potřebnou dobu provozu závisí na dobré údržbě baterií. Údržba baterií UPS zahrnuje pravidelné čištění a testování, jakož i řádnou výměnu na konci životnosti baterie.
Většina systémů UPS používá uzavřené olověné nebo lithium-iontové baterie s nízkými nároky na údržbu. Tyto baterie vyžadují jednoduché typy preventivní údržby, jako je potvrzení těsnosti spojů svorek a odstranění koroze.
Je také důležité čas od času zkontrolovat stav baterie, aby byla zajištěna dostatečná kapacita pro zálohování zátěže. Systémy UPS připojené k monitorovacímu softwaru průběžně sledují informace o stavu nabití a dalších parametrech indikujících stav a výkonnost baterií. Menší systémy UPS jsou obvykle vybaveny tlačítkem "test", po jehož stisknutí se v rámci běžné údržby provede hluboké vybití/nabití baterie.
Životnost baterií UPS je přibližně 3 až 5 let. Skutečná životnost baterií značně závisí na provozních a okolních podmínkách, jako je četnost a hloubka vybíjení a okolní teplota.
