Redundacja UPS

Aby zmniejszyć możliwość awarii systemu zasilania, stosuje się zwielokrotnienie krytycznych elementów lub całych systemów tak, by otrzymana struktura zasilania zapewniała wymagany poziom niezawodności. Należy bowiem pamiętać, że UPS jest urządzeniem bardzo skomplikowanym, w związku z czym zawsze istnieje możliwość wystąpienia awarii któregoś z podzespołów, co może w konsekwencji spowodować utratę danych i przestój całego systemu teleinformatycznego. W zależności od stopnia zwielokrotnienia i sposobu współpracy zasilaczy UPS możemy dokonać następującego podziału układów redundancyjnych:

1. Układ redundancyjny N+1

2. Układ redundancyjny 2N

• w wersji do pracy równoległej zasilaczy,
• w wersji z przełącznikiem statycznym.

3. Układ kaskadowy

Redundancja N+1

W układzie redundancyjnym N+1 urządzenia systemu teleinformatycznego są zasilane z N+1 równolegle połączonych UPS-ów lub (w przypadku zasilaczy modułowych) niezależnych modułów mocy. Każdy z nich jest obciążony mocą:

N (gdzie PC - moc zasilanych odbiorników, PN = aa * PC N+1 N - liczba UPS-ów lub modułów)

W związku z tym - jak łatwo zauważyć - im większa liczba elementów (UPS-ów bądś modułów), tym pełniejsze wykorzystanie ich mocy. W przypadku uszkodzenia jednego z zasilaczy (modułu mocy) pozostałe zaczynają pracować z mocą nominalną i przejmują bezprzerwowo całe obciążenie. W związku z poważnymi różnicami występującymi przy stosowaniu tego układu redundancji w zależności od stosowanego rodzaju UPS-a należy rozróżnić:

• zasilanie z centralnego UPS-a w konfiguracji redundancyjnej N+1
  • przy wykorzystaniu UPS-ów klasycznych;
• zasilanie z centralnego UPS-a w konfiguracji redundancyjnej N+1
  • przy wykorzystaniu UPS-ów modułowych.

Zasilanie z centralnego UPS-a w konfiguracji redundancyjnej N+1 przy wykorzystaniu UPS-ów klasycznych

Zasilacze UPS pracujące w konfiguracji nadmiarowej N+1 muszą się składać z minimum trzech jednostek klasycznych pracujących równolegle (z połączonymi galwanicznie wyjściami).

W przypadku klasycznych UPS-ów jest to rozwiązanie stosunkowo skomplikowane technicznie (praca równoległa wielu zasilaczy UPS wymaga przestrzegania dosyć kłopotliwych do spełnienia warunków ich instalacji) i w związku z tym jest droższe. Ponadto wszystkie zasilacze pracujące równolegle muszą być wyposażone w specjalne układy sterujące. W przypadku pracy równoległej więcej niż trzech zasilaczy często trzeba stosować dodatkowe urządzenia.

Niektóre zasilacze w przypadku trybu pracy równoległej wielu jednostek (więcej niż czterech) muszą być wyposażone w zewnętrzny elektroniczny przełącznik obejściowy. W związku z tym należy się liczyć ze zdecydowanie wyższymi nakładami niż by to wynikało z prostej arytmetyki. Ze względu na większą złożoność układ ten jest bardziej kłopotliwy w eksploatacji dla niedoświadczonej obsługi, co może być powodem jego większej zawodności. Jeśli chodzi natomiast o aspekt ekonomiczny, rozwiązanie jest stosunkowo drogie, co powoduje, iż jest rzadko stosowane w obiektach tworzonych od podstaw. Taki wariant powstaje zwykle w wyniku rozbudowy systemu 2N w związku ze zwiększonym zapotrzebowaniem mocy spowodowanym rozbudową systemu teleinformatycznego.

Zasilanie z centralnego UPS-a w konfiguracji redundancyjnej N+1 przy wykorzystaniu UPS-ów modułowych

Stosowanie układu N+1 jest wyjątkowo korzystne przy wykorzystaniu UPS-ów o budowie modułowej, ponieważ zasilamy pojedynczy zasilacz, a nie kilka pracujących równolegle (omijają nas problemy związane z koniecznością spełnienia kłopotliwych warunków dotyczących wykonania elektrycznej instalacji zasilającej dla UPS-ów pracujących równolegle). Rozwiązanie takie cechuje się dużymi zdolnościami adaptacyjnymi, dzięki czemu można dostosować moc zasilacza UPS do zwiększającego się obciążenia, co pozwala uniknąć niepotrzebnych kosztów. Zmiana mocy UPS-a jest realizowana poprzez dodawanie bądś odejmowanie modułów mocy w zależności od zmian mocy pobieranej przez system. Również koszty związane z serwisowaniem tego typu urządzeń są mniejsze - wymiany uszkodzonego modułu może dokonać osoba po krótkim przeszkoleniu przez serwis producenta.

Czas usunięcia awarii, dzięki budowie modułowej, jest też zdecydowanie krótszy, co pozwala znacząco zminimalizować czas przestoju i tym samym zniwelować straty finansowe. W miejscu instalacji UPS-a można przechowywać zapasowe moduły mocy, co w razie awarii pozwoli na ograniczenie czasu usunięcia usterki do kilkunastu minut. Moduły UPS mogą być montowane w uniwersalnych szafach 19”, co umożliwia integrację w jednym typie zabudowy całej infrastruktury systemu teleinformatycznego. Pozwala to również na optymalne wykorzystanie miejsca i sprawniejsze zarządzanie systemem teleinformatycznym, zwiększające istotnie jego niezawodność. Dzięki łatwemu montażowi dodatkowych urządzeń zapewniających urządzeniom teleinformatycznym właściwe parametry pracy (np.. Optymalny przepływ powietrza chłodzącego) oraz sprzętu do monitorowania środowiska zyskujemy jeszcze większą niezawodność całego systemu.

Redundancja 2N

W układzie o redundancji 2N system teleinformatyczny jest zasilany przez dwa równolegle połączone UPS-y lub niezależne moduły mocy. Każdy z nich może być obciążony maksymalnie połową mocy znamionowej. Jeśli uszkodzeniu ulegnie jeden z zasilaczy, pozostały przejmuje całość obciążenia i zaczyna pracować z mocą nominalną. W zależności od sposobu współpracy zasilaczy można wyróżnić:

• układ 2N w wersji dla pracy równoległej zasilaczy,
• układ 2N w wersji z przełącznikiem statycznym.

Układ 2N w wersji dla pracy równoległej zasilaczy

Wariant centralnego zasilania w konfiguracji redundancyjnej 2N polega na połączeniu równoległym dwóch UPS-ów - każdy o takiej samej mocy, przy czym moc pojedynczego zasilacza musi być większa niż całkowita moc odbiorcza. Większość zasilaczy UPS, oferowanych przez znanych producentów światowych, umożliwia pracę równoległą nawet kilku jednostek. Takie rozwiązanie jest najczęściej stosowane w przypadku systemów dużej mocy (powyżej 40 kVA). W układzie tym pracujące równolegle urządzenia mają galwanicznie połączone wyjścia. Ponadto zasilacze te są wyposażone zazwyczaj w dodatkowe urządzenia pozwalające na komunikację między nimi w celu zapewnienia przepływu informacji układów sterujących poszczególnych jednostek UPS.

Ten wariant zasilania cechuje się wysoką niezawodnością, gdyż urządzenia pracują synchronicznie, dzieląc się proporcjonalnie mocą, i w razie awarii jednego, drugi może przejąć całe obciążenie bez jakiegokolwiek zaniku napięcia na wyjściu systemu. W przypadku konieczności przeprowadzenia działań serwisowych, takich jak ocena techniczna stanu baterii czy uaktualnienie oprogramowania kontrolera, można bez przerywania zasilania wyizolować jeden z zasilaczy, zapewniając ochronę systemu z drugiego zasilacza. Największą wadą takiego systemu jest stosunkowo długi czas usunięcia ewentualnych awarii UPS-ów, zależny od czasu reakcji serwisu producenta. Aby zagwarantować krótki czas naprawy, użytkownik musi zazwyczaj podpisać odpowiednią umowę z dostawcą, gdyż w przypadku rozwiązań klasycznych nie jest możliwa ingerencja w system przez osoby nieuprawnione. Wiąże się to więc z dodatkowymi kosztami, które należy uwzględnić w chwili zakupu.

Układ 2N w wersji z przełącznikiem statycznym

W przypadku zasilaczy o mocach od kilku do kilkunastu kVA, które nie pozwalają na pracę w trybie równoległym (UPS-y nie mogą pracować z połączonymi galwanicznie wyjściami), stosuje się szybkie przełączniki statyczne (tyrystorowe bądś tranzystorowe) w celu zapewnienia redundancji 2N. W układzie tym występują dwa zasilacze o tych samych mocach (każdy o mocy mniejszej bądś równej mocy odbiorników), przy czym tylko jeden UPS zasila odbiory - drugi pracuje nieobciążony (jest odłączony od odbiorników). W razie awarii UPS-a (obciążonego) przełącznik przełącza odbiory na zasilanie z drugiego, który wcześniej pracował jako tzw. Gorąca rezerwa (był nieobciążony). Taki układ nie może zapewnić bezprzerwowego zasilania w razie awarii jednego z zasilaczy, gdyż czas przełączania, który jest sumą czasu detekcji zakłócenia i szybkości działania przełącznika statycznego, jest równocześnie czasem przerwy w zasilaniu. Czas stanu nieustalonego związanego z takim przełączeniem może wahać się od kilkunastu do kilkudziesięciu milisekund w zależności od zastosowanego przełącznika oraz od tego, dla jakiej wartości chwilowej napięcia sinusoidy nastąpiło przełączenie.

Również UPS-y modułowe mogą pracować w konfiguracji 2N, ale ze względu na możliwość pracy w układzie N+1 jest to wariant rzadko spotykany (niekorzystny stosunek kosztów do wzrostu niezawodności układu 2N) i stosowany jedynie do zasilania najbardziej newralgicznych systemów teleinformatycznych.

Układ kaskadowy

Układ kaskadowy polega na pracy zasilaczy w układzie szeregowym, tzn. UPS o większej mocy zasila UPS, który zasila zabezpieczane urządzenia. Dzięki temu, iż jeden z zasilaczy nie jest zasilany bezpośrednio z sieci, jest mniej narażony na uszkodzenie związane z zakłóceniami w sieci elektroenergetycznej (np.. Wysokoenergetycznymi przepięciami), co wpływa na zwiększenie niezawodności całego systemu. Wadą takiego rozwiązania jest to, iż w razie awarii ostatniego zasilacza w łańcuchu następuje przerwa w zasilaniu odbiorów.