Záložní zdroje napájení pro malé organizace (1)

V listopadu roku 1964 došlo k překvapivě rozsáhlému výpadku elektrického proudu v jednom z největších měst světa – v New Yorku. Poruchu tehdy zavinila zastaralá technika a přetížení několika uzlů vysokonapěťové sítě. V důsledku této havárie zůstaly bez elektřiny i mnohé supermarkety – a s nimi jejich elektronické pokladny. Lidé s nákupními vozíky chvíli postávali ve frontách v naději, že se výpadek podaří včas odstranit. Když se však tak delší dobu nedělo, začali být pochopitelně nervózní a nutili ženy u pokladen, aby nákupy spočítaly ručně. Ty vzaly do rukou tužky, ale po chvíli je téměř všechny zoufale odhodily před sebe. Až na výjimky spočítat nákupy ručně – bez pomoci kalkulaček – nebyly schopny. Už to totiž ani neuměly…

Tyto nepřerušitelné zdroje napájení jsou složeny z baterií a filtrů. Filtry přitom rozlišují velikost napětí a dojde-li k výpadku proudu, aktivují baterie, které po určitou dobu nahradí funkci elektrické sítě. Nejen počítač, ale také jeho periférie (monitor, modem, tiskárna) pak zůstávají po určitou dobu bezpečně v činnosti. Záložní bateriový zdroj je stále připraven k použití při ochraně kritických aplikací v případě jakékoliv poruchy napájení. Navíc poslední dobou stále dostupnější ceny rozšiřují možnosti domácích záložních zdrojů i pro připojení akvárií, Hi-Fi přístrojů a dalších.

Základní funkce UPS
UPS se rozhodně neskládají z pouhých baterií dodávajících elektrickou energii v případě výpadku napájení, jak si někteří uživatelé trochu naivně představují. Jedná se o komplexní elektronické zařízení, které v závislosti na typu (off-line, line-interaktivní, on-line delta konverze, on-line dvojí konverze) umožňuje řešit nejrůznější problémy související s napájením citlivých elektronických zařízení – některé typy pomocí záložního napájení z baterií (off-line), jiné díky elektronickým obvodům boost a buck (line-interaktivní) či prostřednictvím přídavné elektroniky u střídače -(on-line).

Všechny UPS přitom obsahují výstupní filtry, které pomáhají částečně vyčistit napájení od rušivých vyšších harmonických složek. Ty se do rozvodné sítě dostávají ze spotřebičů vybavených motory, usměrňovači, tyristorovými regulátory napětí anebo vnějšími vlivy, obvykle elektromagnetickou indukcí.

Zdroje rušení
Motory jsou zdrojem nejrůznějších vážných rušení bez ohledu na to, zda se jedná o motory stejnosměrné, asynchronní, synchronní či krokové. V kancelářích se nacházejí například v kopírkách, faxech, skartovacích zařízeních, ve vysavačích, větrácích, klimatizaci či ve vzduchotechnice, navíc zdrojem rušení mohou být i kuchyňky (mlýnek na kávu, elektrický kráječ, lednička či mikrovlnná trouba).

U počítačů jsou motory dostupné v tiskárnách, skenerech i v počítačích samotných. V počítači jsou od vnitřní elektroniky a elektrorozvodné sítě galvanicky odděleny, takže nejsou zdrojem rušení. To však rozhodně neplatí o ostatních motorech. Závažný problém v elektrorozvodné síti představují nekorektně řešené usměrňovače, tedy ty, které nejsou od sítě galvanicky odděleny transformátorem. Takových je však naprostá většina.
 
Dalšími původci rušení jsou vnější zdroje elektromagnetického pole, které deformují průběh napětí tím, že v nedostatečně odizolovaných drátech indukují napětí o frekvenci a amplitudě odpovídající danému elektromagnetickému poli. Velkým problémem je pak silová kabeláž v blízkosti tramvaje, metra, trolejbusu, popřípadě železnice. Potíže však dokáže udělat i CRT monitor či reproduktory, za kterými bezprostředně prochází špatně (či vůbec) stíněná kabeláž.

Přepětí a podpětí
„Úpeesky“ však mají další neméně důležitý úkol. Ochraňují počítač samotný a jeho elektronické periférie v roli přepěťové ochrany. Elektrický ráz totiž dokáže elektroniku snadno zničit – stačí úder blesku, nadměrné zatížení rozvodné sítě, námraza na vedení elektrického proudu, poškození vedení v důsledku automobilové nehody, poruchy pronikající z elektrické zásuvky ve zdi, náhlé vypnutí či zapnutí elektrických motorů instalovaných v blízkosti počítače atd. Špičky a rázy mohou způsobit nejenom kolaps počítače, ale i jeho trvalé poškození. Náprava škod na elektronice bývá pak velmi nákladná, nemluvě o možné ztrátě důležitých dat.

Hranice mezi podpětím a výpadkem napájení je téměř neznatelná. Vždy totiž záleží na napájecím zdroji konkrétního zařízení – počítače, tiskárny, monitoru, kopírky apod. Moderní napájecí zdroje jsou poměrně inteligentní. U příkonově méně náročných zařízení, například modemů či notebooků, jsou i plně adaptabilní, použitelné pro vstupní napětí od 110 do 240 V ± 10 %. Tato adaptabilita umožňuje univerzální použití v různých zemích a jejím vedlejším efektem je poměrně dobrá ochrana před podpětím. Výstupní napětí se totiž vždy nachází v rozmezí, které napájené zařízení požaduje.

Většina zdrojů se však vyrábí na konkrétní jmenovitou hodnotu napětí, což je v ČR 230 V. Řada počítačových napájecích zdrojů se ale umí vyrovnat i s napětím mírně pod 200 V bez výraznější změny výstupního napájení. Jakmile však napětí poklesne ještě více, dojde i k poklesu výstupního napětí pod předpokládanou hodnotu – a u číslicových obvodů nastane řada problémů.

Některé zdroje při poklesu napětí pod 207 V počítač okamžitě vypnou, podobně jako při výpadku. Výrobce garantuje správnou funkčnost zařízení pochopitelně jen při dodržení štítkové hodnoty vstupního napětí. V takovém případě dojde zcela jistě ke ztrátě dat. Závažný problém spočívá v tom, že nelze předem odhadnout, jaké napětí je pro daný napájecí zdroj ještě únosné.

Podpětí vyvolává v elektronických obvodech problémy hned na několika místech. Nejčastějším z nich je číslicové zpracování signálu. Jeho základem je skutečnost, že stejnosměrné napětí nad určitou úrovní je považováno za jedničku (u tzv. negativní logiky za nulu) a veškeré ostatní úrovně napětí jsou považované za nulu (u negativní logiky za jedničku).

V praxi se tak podpětí projeví vznikem chyb při zpracování dat a může snadno způsobit kolaps operačního systému (pokud se vyskytne v paměti RAM či ve vyrovnávací paměti procesoru) nebo porušení integrity dat ukládaných na disk. Podpětí se často projevuje jako běžná chybová hláška, „modrá obrazovka“ ve Windows, chybějící řádky na fotografii či sdělení typu „file corrupted“ (třeba při poškození komprimovaných souborů). Doslova pohromu ale způsobí dlouhotrvající podpětí při defragmentaci pevného disku, kdy dochází k přesunu celých datových bloků.

Nejde jen o zásuvky
Téměř nenahraditelnou funkci mají UPS v datových centrech, v nichž škody při náhlém výpadku proudu mohou být dalekosáhlé. Dnes už téměř neexistuje serverovna, která by záložními zdroji nebyla vybavena – a přesto v nich k výpadkům nezřídka dochází. Stává se tak mimo jiné v situacích, kdy se najednou či postupně sdruží několik problémů.

Jednou z cest je konstrukce dokonalejších systémů obsahujících autodiagnostické funkce a standardizované moduly, které zmírňují riziko lidské chyby, čímž zvyšují celkovou spolehlivost datového střediska. Současně je cílem prodloužit dobu možné ochrany střediska a optimálně dimenzovanou jednotkou UPS pro náročné požadavky kri-tických aplikací mít na zřeteli i hledisko vy-naložených nákladů. UPS pro datová centra jsou vytvořena z redundantních (tedy i rezervních) napájecích, řídicích, bateriových a záložních modulů, které jsou zároveň sestaveny způsobem umožňujícím snadnou a efektivní obsluhu.

Účinným zabezpečením klíčových datových center může být kromě akumulátorových zálohovacích systémů také instalace energocentra, které v případě výpadku elektrického proudu bezprostředně zajistí náhradní dodávku elektřiny. Ideální je jeho naplánování už v projekční fázi výstavby nového sídla.

Průmyslové jednotky UPS
Záložní zdroje se dříve využívaly především ve výpočetní technice, zejména při zálohování velkých datových center. V této oblasti je také současná nabídka nejvíce propracována. Díky stoupajícím požadavkům na kvalitu a dodávku elektrické energie se však použití UPS postupně rozšířilo do dalších segmentů trhu, jakými jsou telekomunikace, nové kancelářské budovy či automatizace v průmyslu.

Dnešní technologické linky jsou totiž velmi citlivé na mikrovýpadky elektrické energie nebo na spínací podpětí. Zcela ojediněle se využívá UPS pro napájení celé technologické linky, hlavně v provozech, kde hrozí velké finanční ztráty při zatuhnutí nějakého media v zařízení, například skelné nebo umělohmotné taveniny, případně určitého výlisku. Pro tyto výjimečné případy jsou vyvinuty UPS s výkony v řádu i stovek kVA.

V nabídce pro průmysl jsou však také UPS malých výkonů na zálohování řídicího počítače nebo programovatelných automatů pro řízení složitých technologických linek. V případě mikrovýpadku sítě a případně delšího výpadku je tak zabezpečeno zachování všech dat a uložených programů. Zálohováním těchto automatů se dá předejít velkým provozním ztrátám z výpadku výroby.

Pokračování článku vám přineseme zítra...