Vsi sistemi UPS delujejo po istem načelu – vsem je skupno, da so na vhodni strani priklopljeni na električno omrežje, na izhodu pa imajo porabnike. Vmes je nekakšna akumulatorska baterija, pretvornik (inverter), ki izmenično elektriko spreminja v enosmerno (in obratno), za delovanje pa skrbi takšna ali drugačna logika. Uporabnik lahko vidi stanje naprave najpogosteje prek signalnih lučk, pri dražjih modelih pa celo prek večjih barvnih LCD-zaslonov. Skupno jim je tudi to, da v primeru, ko na vhodu elektrike zmanjka, porabnike napajajo iz baterije. Poznamo več tipov UPS-ov. Različni načini delovanja vplivajo na kakovost napajanja bremena, občutljivost na vhodno elektriko, na življenjsko dobo UPS-sistema ter seveda na ceno. V grobem delimo UPS naprave na off-line (UPS v pripravljenosti ali čakajoči UPS), line interaktivne (UPS v aktivni pripravljenosti ali korektivni UPS) ter napredne on-line (stalno delujoči UPS ali linijski UPS).

KAJ DELAJO

Moderni UPS opravlja vsaj dve funkciji. Prva je zaščita porabnikov pred napetostnimi in frekvenčnimi nihanji, sunki ali špicami v električnem omrežju, druga pa je nadomestilo ob izpadu energije.
Mnogi uporabniki, ki so priključeni v električno omrežje na neoptimalnih delih (blizu transformatorske postaje ali na koncu napajalne veje) v vtičnicah pogosto namesto nominalne 220−230 V dobijo krepko preko 240 V ali pa napetost pada pod 200 V. Prvo utegne dolgoročno škodovati opremi – še toliko bolj, če gre za delikatne računalniške komponente; drugo pa za nekakovostne napajalnike (televizija, hladilnik, računalnik) lahko povzroča kratke izključitve in nestabilno delovanje, kar spet povzroča okvare.
Nekateri UPS-i poleg zaščite pred prenizko in previsoko napetostjo pripomorejo tudi pri frekvenčnih razlikah, ko napetost oscilira izven meja. V Evropi je nominalna napetost v električnem omrežju 230 V (mnogo ljudi vrednost zaokrožuje na 220 V, kar ni pravilno – še sprejemljivo nihanje pa je med 220 in 240 V) pri 50 Hz, gre pa seveda za izmenično napetost. Električne naprave, še zlasti pa računalniki oziroma v električno omrežje priklopljeni napajalniki, pričakujejo vhodno napetost glede na specifikacije in ponavadi majhna odstopanja še prenesejo, vendar pa ob večjih neskladjih napajalniki ne delujejo več − računalnik se ponovno zažene.

VRSTE NAPRAV UPS

Verjetno najmnožičneje prodajani UPS-i na svetu so tisti iz cenovno najnižjega razreda. Imenujemo jih čakajoči (stand-by ali off-line). UPS napaja porabnike direktno iz vhodne veje, hkrati pa več desetkrat v sekundi spremlja dogajanje na vhodu. Če električne napetosti zmanjka, izredno hitro (5 milisekund ali manj) vklopi električni pretvornik (power invertor) in preklopi napajanje bremena iz lastne baterije. Hitrost preklopa je (razen v primerih izredno občutljivih naprav) dovolj hitra, da porabnik ne zazna odvzema elektrike (sicer sledi ponoven zagon). Če je dobra plat čakajočih UPS-ov njihova cena, pa je njihova slabost ta, da vsakršno odstopanje od nazivne vhodne napetosti tretirajo kot izpad elektrike. To pomeni, da pri konicah ali električnih sunkih porabnika »rešujejo« tako, da preklopijo na baterijo, čeprav za to ni pravega razloga. S tem načinom dela ti UPS-i pri baterijah dosegajo precej skrajšano življenjsko dobo, težava pa lahko nastane tudi, če je takih nihanj v omrežju toliko, da UPS-u ne uspe sočasno polniti baterije – kar se ponavadi konča v izpadu samega UPS-a in nanj priključenih odjemalcev. Zato verjetno ni odveč napisati, da tak UPS ni priporočljiv za priklop računalnikov (strežnikov), ki morajo delovati 24 ur na dan – tudi ko ni prisoten uporabnik – hkrati pa bodo čisto uporabni, če varujejo vaš domači PC, ki ga bomo v primeru izpada elektrike tako ali tako počasi ugasili, še prej pa v miru shranili odprte datoteke ...
Malce naprednejši tip UPS-a se imenuje korektivni (line-interactive). Način delovanja je zelo podobno čakajočemu, le da je vanj vdelano dodatno logično vezje, ki preverja vhodno napetost. V primeru sunka in nihanja v omrežni napetosti tak UPS ne preklaplja na baterijo, temveč jo uporabi le v primeru, ko vhodne napetosti popolnoma zmanjka. Odvisno od izvedbe korektivnega modela lahko tu najdemo še različne tipe glajenja vhodne napetosti, s čimer UPS varuje nanj priključeno opremo pred električnimi sunki in udari. To dodatno vezje podaljšuje življenje baterijam, hkrati pa pri izpadu električne energije omogoča veliko hitrejši preklopi na akumulator kot pri čakajočih modelih.
Na vrhu evolucijske lestvice si linijski (on-line) UPS-i, katerih delovanje opisuje že samo ime. Nanje priključeni porabniki se namreč neprestano napajajo iz akumulatorske baterije UPS-a, ki pa je hkrati tudi neprestano polnjena iz električnega omrežja. Ko vhodne elektrike zmanjka, akumulatorska baterija še naprej zagotavlja napetost porabnikom. Še več, ne glede na, to kaj se dogaja z elektriko na vhodu, UPS na izhodu svojim porabnikom daje čisto, idealno in stabilno sinusno električno napetost. Če je dobra plat linijskih sistemov stabilnejše in zanesljivejše delovanje (saj ni nikakršnega preklopnega časa) ter s tem daljše trajanje akumulatorja, pa je njihova slaba stran cena, ki je pri istih nazivnih močeh tudi dvakrat višja od čakajočih oziroma korektivnih modelov. Prav zato linijske modele najdemo bolj v poslovnem, največkrat strežniškem okolju ter pri kritičnih aplikacijah.

UPRAVLJANJE

Vsi UPS-i ob odvzemu zunanje energije o tem zvočno opozarjajo okolico, vendar pa to mnogokrat ni dovolj, saj pogosto zraven UPS-a ne dežuramo 24 ur na dan. Rešitev so pametni sistemi.
Ker so v UPS-ih tudi elektronska vezja , ki omogočajo komunikacijo, proizvajalci niso potrebovali dolgo, da so identificirali vrsto prednosti, ki jih dobimo, če UPS in nanj priključeni porabnik (predvsem računalnik) medsebojno komunicirata. Glavna korist je seveda preprečevanje škode, saj se v primeru, da elektrike zmanjka za dlje časa, akumulator v UPS-u čez čas sprazni in takrat se računalnik ugasne enako škodljivo, kot če UPS-a sploh ne bi bilo. UPS-i, ki znajo komunicirati, se imenujejo upravljani (managed). V zadnjih letih je ta funkcija, ki je bila prej rezervirana za najdražje modele, prišla tudi v najnižji cenovni razred, celo v čakajoči tip UPS-ov. Prek te komunikacije, ki je včasih potekala prek zaporednih vrat RS232 (vrata com), danes pa večinoma bodisi prek vrat USB bodisi vdelanega omrežnega vmesnika, lahko uporabnik oz. administrator spreminja nastavitve sistema in v vsakem hipu vidi stanje UPS-a (nivo baterij, dnevnik zadnjih dogodkov, opozorila ipd.).
Stvar je posebej uporabna pri UPS-sistemih, na katere so priključeni računalniki 24 ur na dan, ker prav tu (manjša in srednja podjetja) pogosto ni neprestano prisoten specializiran skrbnik za vzdrževanje (kot je pri večjih, pomembnih sistemih), in tako takrat, ko elektrike zmanjka, ni nujno zraven nikogar, ki bi to registriral in ukrepal. Povratna komunikacija tu najpogosteje omogoča strežnikom in drugim na UPS priključenim računalnikom, da naredijo varno zaustavitev sistemov (shutdown). Tako preprečimo izgubo podatkov, kar je najvišja prioriteta.

POVEZOVANJE

Če je prioriteta predvsem neprekinjeno delovanje s čim manj izpadov (skratka povsod, kjer so prisotne storitve, ki morajo zanesljivo delovati 24 ur na dan − bančni sistemi, bolnišnice, telekomunikacijska vozlišča, nadzorni centri, letališča …), pa lahko sistem zagotavljanja neprekinjenega napajanja povežemo tudi v verigo več UPS-ov oziroma lahko na nekatere modele priključimo tudi več dodatnih akumulatorjev. S tem dosežemo daljši čas podprtosti električnih porabnikov po izpadu omrežnega napajanja.. Na koncu take verige je lahko celo alternativni izvor energije – dizelski električni generator.
Sposobnejše UPS-naprave je moč vdelati v zaporedne UPS-sisteme, s čimer dosežemo redundančnost sistema ali večjo izhodno moč (to pomeni, da tak UPS-sistem kmalu postane tudi fizično precej velik). Nazivna moč UPS-ov se tako razteza od nekaj sto VA do več milijonov VA. Medtem ko manjše sisteme do nekaj tisoč VA prodajajo tako rekoč na policah supermarketov, pa večje sisteme snujejo proizvajalci posebej po zahtevah naročnika. Večji sistemi za zagotavljanje brezprekinitvene napetosti so običajno podkrepljeni še z velikimi dizelskimi električnimi generatorji, kot drugim korakom, ki se sprožijo, če električna energija iz omrežja ni povrnjena v času, ko bi se iztekla avtonomija (čas praznjenja akumulatorjev) UPS-a. Vsi veliki proizvajalci UPS-sistemov ponujajo tudi popolne rešitve za specifične uporabnike in okolja delovanja.
Zanimivo je da imajo skoraj vsi večji UPS-sistemi premostitveni način dela (by-pass), ko torej napetost premostijo od vira do porabnikov mimo akumulatorjev ter s tem omogočajo testiranje oz. menjavo akumulatorjev, brez izklopa porabnikov.
V domačem okolju to verjetno ne bo potrebno, je pa treba vedeti, da se korektivni, še posebej pa linijski UPS-i precej bolj grejejo kot čakajoči. Dokler je taka naprava nova, bo marsikatero prve dni spremljal tudi značilni vonj po segreti plastiki oz. kovini, kar je normalno (če je vonj zelo izrazit, to ni več normalno).

VZDRŽEVANJE

Tako kot povsod namreč tudi akumulator, vdelan v UPS, z leti in s številom ponovnih polnjenj izgublja kapaciteto in kakoovst. Menjava akumulatorjev je tako rekoč obvezen življenjski del dražjih UPS-ov, tiste manjše domače pa velja vsaj s cenovnega vidika verjetno raje zamenjati z novimi. Mnogi UPS-i višjega cenejšega in srednjega razreda omogočajo menjavo akumulatorjev kar pri samemu uporabniku, medtem ko bo za druge treba poskrbeti na servisu.
Življenjska doba običajno vdelanih hermetično zaprtih svinčenih akumulatorjev je 3 do 5 let (za UPS-e manjših moči), nekoliko dražjih pa celo 10 do 12 let oz. najdražjih Ni-Cd celo preko 20 let Dolžina trajanja izpada napetosti iz električnega omrežja torej vpliva na ohranjenost akumulatorjev. Če je izpraznjenost vsakokrat 100 %, kar pomeni, da se bremena po izpraznitvi akumulatorjev tudi ugasnejo, zdrži akumulator manj. Na življenjsko dobo akumulatorjev vplivajo tudi zunanje razmere. Standardne baterije so zasnovane za delovanje pri optimalni temperaturi med 10 in 25 stopinj C, če pa gre temperatura pod 0 ali na 40 stopinj C, pa hitra nepričakovana odpoved akumulatorjev ni nič nenavadnega. Že pri spremembi temperature za 10 stopinj C je življenjska doba zmanjšana za 50 % glede na dobo pri optimalni temperaturi.

Jaka Mele