UPS مرکزی

1396/3/1 0:0
بحث تأمین تغذیه اضطراری بصورت پراکنده و یا بصورت مرکزی از دغدغه بسیاری از کاربران میباشد.

UPS‌های کوچک و پراکنده یا یک UPS بزرگ و متمرکز

بحث تأمین تغذیه اضطراری و یا فراهم سازی یک تغذیه با کیفیت، برای ادوات حساس به مشکلات برق شبکه توزیع، همیشه به عنوان یکی از دغدغه های طراحان تاسیسات الکتریکی محسوب شده و می شود. یکی از سوالات مطرح در این خصوص این است که برای تأمین تغذیه بدون وقفه جهت بارهای حساس و مهم استفاده از UPS های پراکنده در کنار این بارها بهتر است و یا تجمیع تمام بارهای الکتریکی حساس و مهم بر روی یک شبکه برق بدون وقفه و استفاده از یک UPS متمرکز؟ البته خود این UPS متمرکز هم می‌تواند متشکل از چندین ماژول با توان کمتر و بصورت موازی باشد که من قبلا در نوشتاری مزیت و معایب دو حالت اخیر را بصورت مجزا با هم مقایسه کرده‌ام.

در این نوشتار بیشتر تمرکز بر این موضوع است که در چه مواردی استفاده از UPS بزرگ و متمرکز بهتر است و در چه مواردی بهتر است از UPS های پراکنده متناسب با پراکندگی بارهای حساس استفاده شود؟ همین ابتدای مطلب یادآوری می‌شوم که انتخاب UPS‌ها تا حد زیادی تابع بارهایی است که قرار است توسط آن UPS تغذیه شود. یک مصرف کننده مهم و با توان بالا بهتر است از یک UPS با توان متناسب با بار مذکور استفاده نماید ولی بحث اصلی جایی است که مجموعه‌ای از بارهای کوچک و پراکنده وجود دارد در چنین مواردی استفاده از کدام روش بهتر است UPSهای کوچک و پراکنده، متناسب با پراکندگی بارها یا تجمیع بارهای پراکنده مذکور در یک شبکه تحت عنوان شبکه برق اضطراری و استفاده از یک UPS با توان معادل تمام UPSهای پراکنده روش قبل؟

برای رسیدن به پاسخ مناسب، این دو روش را بر اساس معیارهای زیر مورد مقایسه قرار می دهیم پیشاپیش یادآوری این نکته لازم است که برخی از دلایل مطرح شده در خصوص همه انواع UPSها صادق نیست و ممکن است موارد استثنایی هم وجود داشته باشد ولی در اکثر برندهای مطرح در بازار ایران این موارد مشترک است.

1-قابلیت اطمینان (اعتماد)

منظور از قابلیت اطمینان ¹که رابطه مستقیمی با MTBF ² (فاصله زمانی خطاهای رخداده در هر دستگاه) و رابطه معکوسی با ³MTTR (حداقل زمان لازم برای تعمیر و رفع خطا) دارد میزان در دسترس بودن یک دستگاه است. به عنوان مثال اگر قابیت اعتماد یک دستگاه 100% باشد یعنی دستگاه در طول سال هیچگونه خرابی که نیاز به تعمیر داشته باشد را نخواهد داشت عملا هیچ دستگاهی با این میزان قابلیت اعتماد وجود ندارد. بنابراین وقتی شما از یک دستگاه متمرکز استفاده می کنید به دو دلیل عمده قابلیت اعتماد کمتری در اختیار دارید. اول اینکه سرعت تعمیر دستگاه­های بزرگ به علت پیچیدگی تجهیزات پایین است یعنی MTTR افزایش می یابد. دلیل دوم این است که افراد متخصص و توانمندی که بتوانند این نوع تجهیزات را تعمیر کرده و به مدار برگردانند یا وجود ندارد و یا بسیار کم هستند و یا در دسترس بودن این افراد بسیار سخت بوده و برنامه تعمیرات هیچگاه مطابق با زمان­بندی‌های مورد انتظار نخواهد بود. بنابراین حتی با MTBF بزرگتر برای این دستگاهها (یعنی اینکه دستگاههای بزرگ در یک فاصله زمانی یکسان کمتر از دستگاههای کوچک خراب شوند) ولی به علت بزرگتر شدن MTTR عملا قابلیت اعتماد این نوع سیستم‌ها کم خواهد شد. در صورتی که اگر از دستگاه‌های با توان پایین و پراکنده استفاده شود در بدترین شرایط می‌توان در فاصله زمانی بسیار کوتاه یک UPS با همان توان و مشخصات را جایگزین دستگاه معیوب کرد (یعنی MTTR، در حد صفر) و قابلیت اعتماد و یا در دسترس بودن تجهیزات را افزایش داد. دستگاه معیوب را می توان برای تعمیر تحویل یک مرکز تخصصی داد تا به نحو مطلوبی تعمیر شده و مجددا مورد استفاده قرار گیرد.

نکته بعدی که بایستی در این خصوص یادآور شوم دلایل وقفه (خطا) در تغذیه تجهیزات حساس است خطا در این تجهیزات ممکن است از سه عامل خطا ساز زیر باشد.

1.1-مدارات الکتریکی و الکترونیکی UPS

عملکرد تجهیزات داخلی یک UPS و کیفیت هر یک از این تجهیزات با معیارهای MTBF و MTTR³ قابل سنجش و اندازه‌گیری است. (راجع به این موراد پیش از این توضیحاتی ارائه شد.)

علاوه بر موراد مطرح شده فوق وقتی از ساختار UPS متمرکز استفاده می‌شود مشکل وقفه در تغذیه تمام مصرف­کنندگان در صورت خرابی دستگاه همچنان وجود دارد. در حالی که احتمال خرابی همزمان UPSهای کوچک و پراکنده بسیار کم بوده و شانس قطع همزمان تمام بارها بسیار کم می شود. این ویژگی همچنان به عنوان یک مزیت برای UPS های پراکنده در مقایسه با UPS های متمرکز وجود دارد.

1.2-مصرف کنندگان

یکی از اصلی‌ترین عوامل وقفه در تغذیه؛ خود مصرف کنندگان هستند. هر مصرف کننده ای خود یک تجهیز الکتریکی و یا الکترونیکی محسوب می شود که آسیب دیدگی آن می تواند اتصال کوتاه تغذیه ورودی را به دنبال داشته باشد. همچنین عملکرد ناصحیح کلیدهای حفاظتی می تواند این اتصال کوتاه را به منبع تغذیه منتقل نموده و منجر به قطع تغذیه تمام مصرف کنندگان شود. از این منظر استفاده از UPSهای کوچک و پراکنده می تواند بر استفاده از UPS بزرگ و متمرکز برتری داشته باشد.

در شبکه تغذیه بدون وقفه با UPSهای متعدد خطای ناشی از بار در یک دستگاه هیچ گاه منجر به وقفه در سایر بارهای متصل به دیگر UPSها نخواهد شد وتغدیه سایر بارهای الکتریکی همچنان برقرار خواهد بود.

1.3- خطاها و یا فالت­هایی که از ناحیه باطری به مجموعه تحمیل شود

 همانطور که می دانید باتری به عنوان ذخیره­ساز انرژی جزء لاینفک UPS ها است. وقفه­های ناشی از باتری می­تواند به علت افزایش مقاومت داخلی باتری و کاهش سریع ولتاژ آن در زمان دشارژ یا اتصال کوتاه شدن برخی از سل­ها و کاهش شدید ولتاژ باس DC و از دست رفتن انرژی ذخیره شده در باتری و یا قطع کلید باتری گردد. وقتی از یک UPS بزرگ و متمرکز استفاده می شود معمولا باتری­ها از نوع باتری با آمپر ساعت بالا بوده که تعداد زیادی با هم سری می­شوند. در صورت خرابی یک یا چند باتری از بانک باتری، ظرفیت قابل ملاحظه­ای از انژی ذخیره شده از دست رفته و تامین تغذیه در زمان قطع برق را با مخاطره جدی مواجه می­سازد. در صورتی که اگر از UPS های کوچک استفاده شود، باتری‌های آنها عموما با ظرفیت کمتر بوده و خرابی یک باتری یا چند باتری حتی اگر منجر به از کار افتادگی یک UPS هم شود هنوز حجم زیادی از مصرف کنندگان حساس ما می‌توانند از سایر UPSهای موجود در سایت استفاده نمایند. لازم به یادآوری است که جایگزینی باتری کوچک می تواند با سرعت انجام شود چرا که این نوع باتری هم تنوع بیشتری داشته و هم به علت تولید انبوه قیمت مناسب­تری دارند.

 2- محل استقرار، نگهداری و تعمیرات

UPS های متمرکز همراه با بانک باتری اختصاصی خود اغلب نیاز به اتاق باتری و اتاق UPS اختصاصی دارند که علاوه بر محل استقرار امکانات تعمیرات و نگهداری خاصی را برای تجهیزات فراهم نمایند. این نوع UPSها تیم تعمیراتی متخصص و ویژه ای نیازدارتد که بتواند بدون جایگزینی نسبت به تعمیرات مقتضی اقدام نماید. اتاق باتری نیاز به کنترل دقیق دما دارد تا عملکرد باتری در حد مطلوب باقی مانده و عمر مفید باتری حفظ شود. تجهیزات کنترل دما در اتاق باتری نیز نیاز به نگهداری و تعمیرات منظم دوره­ای دارند. در صورتی که اگر از UPSهایی با توان کم استفاده شود. نصب این UPSها در فضاهای بدون استفاده یا کم استفاده ساختمان امکان پذیر بوده و تعمیرات و نگهداری آن­ها می تواند با سهولت انجام شود و از همان تهویه مطبوع موجود برای کنترل دمای باتری نیز استفاده گردد.

3- سیم بندی و تقسیم بار در شبکه برق اضطراری

ایجاد شبکه اضطراری در کنار شبکه برق اصلی همیشه یکی از نکات هزینه ساز در اجرای تاسیسات الکتریکی می­باشد. اگر از UPSهای پراکنده و توان پایین در کنار بارهای حساس استفاده شود شبکه برق اضطراری   ساده­تر و کم­هزینه­تر از حالتی خواهد شد که یک UPS متمرکز و بزرگ استفاده شود. این حالت نیازمند کابل کشی بین طبقات، تابلو توزیع اصلی و تابلوهای توزیع کوچک محلی می­باشد که اجرای آن علاوه بر هزینه، با افزایش تعداد کلیدهای حفاظتی موجود در مسیر تغذیه تا مصرف کننده ریسک قطع تغذیه مصرف کننده ها را افزایش خواهد داد.

بعضی از طراحان به جای اجرای موازی و همزمان دو شبکه برق در ساختمان (یک شبکه برق شهر برای بارهای غیر مهم و یک شبکه برای بارهای حساس) از یک شبکه برای همه بارها استفاده می کنند و تغذیه ورودی را مجهز به UPSمی­نمایند. این روش هر چند می تواند هزینه­های اجرای تاسیسات الکتریکی را کاهش دهد ولی به علت اینکه تمام بارهای موجود در ساختمان در شرایط قطع برق شهر از UPS استفاده خواهند کرد عملا اولویت بندی بین بارهای مهم و حساس و بارهای کم ارزش که می‌تواند در زمان قطع برق استفاده نشوند امکان پذیر نیست.

4- قابلیت تغییر و توسعه در آینده

UPSهای کوچک و توان پایین به سادگی قابلیت جابجایی دارند. یعنی به هر دلیل در آینده چیدمان اتاق‌ها یا سوییتهایی که بارهای حساس در آنها قرارداد تغییر کند یا مصرف کننده‌های حساس جابجا شوند که به تبع آنها نیاز باشد تا محل استقرار UPS هم تغییر کند این تغییرات در UPSهای کوچک به سادگی امکان پذیر می­باشد. این درحالی است که در هنگام استفاده از UPSهای بزرگ علاوه بر مشکلات جابجایی UPS و بانک باتری، ایجاد شبکه اضطراری جدید و یا تغییر شبکه موجود در محل استقرار جدید یکی از مشکلات چنین    جابجایی­هایی خواهد بود.

5- قابلیت تغییر و توسعه در آینده

شاید تنها دلیلی که برخی از طراحان، UPS متمرکز را بر UPSهای کوچک و پراکنده ترجیح می‌دهند این است که قیمت خرید UPSهای بزرگ و باتری­های با ظرفیت بالاتر در مقایسه با تعدادی از UPSهای کوچک با باتری­های متعددی که بتوانند همان توان و ظرفیت را فراهم نمایند کمتر خواهد شد.

این درحالی است که اکثر اوقات به هزینه های اجرای یک شبکه برق اضطراری توان بالا در کنار شبکه توزیع اصلی توجه نمی­گردد. ایجاد اتاق باتری و اتاق UPS مورد نیاز، وقتی از ساختارUPS های بزرگ و متمرکز استفاده می­شود یکی دیگر از عوامل هزینه ساز می­باشد که اغلب در محاسبات به دست فراموشی سپرده      می­گردد. به همه این هزینه‌ها بایستی افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری UPSهای بزرگ و باتری‌های ظرفیت بالا را اضافه نمود.

جمع بندی و نتیجه گیری

تأمین تغذیه برای مجموعه بارهای الکتریکی مهم و حساس ولی پراکنده به دو روش استفاده از UPSهای کوچک و پراکنده متناسب با پراکندگی بارها و یا استفاده از UPS بزرگ و متمرکز و اجرای شبکه برق اضطراری، امکان پذیر است. با توجه به کاهش قابلیت اعتماد، افزایش مشکلات جابجایی و تغییر در چیدمان مصرف کنندگان حساس، هزینه‌های اجرای شبکه برق اضطراری متمرکز، افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، نیاز به اتاق باتری و اتاق UPS اختصاصی؛ استفاده از UPSهای کوچک و پراکنده را به گزینه برتری نسبت به یک UPS متمرکز و بزرگ تبدیل نموده است.