برخی از سیستم های حساس و مهم در منازل و اماکن عمومی یا در ادارات و کارخانه‌ها باید هنگام قطع برق شهر به طریقی از یک منبع تغذیه دیگر استفاده کنند و به کار خود ادامه دهند. منابع تغذیه‌ای که وظیفه تامین برق را در هنگام قطع برق شبکه به‌ عهده دارند ” منابع تغذیه اضطراری” نامیده می‌شوند. منابع تغذیه اضطراری بسته به نوع سیستم مورد تغذیه، خصوصیات متفاوتی دارند. برخی از منابع برق اضطراری که از باتری برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کنند، فقط قادرند برای مدت محدودی (بسته به مقدار مصرف سیستم مورد تغذیه) برق آنرا تامین نمایند، ولی برخی دیگر قادرند به مدت نامحدودی تا زمان وصل شدن مجدد برق شهر، برق اضطراری را تامین کنند. اینگونه سیستم‌ها دارای موتور مکانیکی و ژنراتور می‌باشند و تا زمانی که سوخت موتور مکانیکی تامین شود می‌توانند برق اضطراری را تامین نمایند. خصوصیت دیگری که منابع تغذیه اضطراری را از یکدیگر متمایز می‌کند مدت زمانی است که طول می کشد تا بعد از قطع شدن برق شبکه، برق اضطراری وصل شود. برخی از سیستم‌ها قادرند بدون تاخیر بعد از قطع برق شهر در عرض چند میلی ثانیه برق اضطراری را وصل نمایند. اینگونه منابع تغذیه اضطراری که معمولا انرژی خود را از باتری تامین می‌کنند در مکان‌هایی مانند اتاق عمل، اتاق کامپیوتر، سیستم‌های نظامی و … مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مقابل سیستم‌هایی که از موتور مکانیکی و مولد برای تولید برق اضطراری استفاده می‌کنند بدلیل اینکه موتور مکانیکی برای راه اندازی نیازمند زمان است دارای تاخیر در وصل برق اضطراری خواهند بود. لذا با توجه به خصوصیات و نیاز محل مورد استفاده یکی از این سیستم‌ها یا ترکیبی از هر دو نوع ممکن است استفاده گردد.

در سیستمهای ایمنی و حفاظتی نظیر سیستم اعلام حریق و سیستم تلویزیون مداربسته یا سیستم اعلام سرقت برق اضطراری جزو ضروریات سیستم بوده و بسیار مهم می باشد. معمولا چون ولتاژ تغذیه این سیستم ها ولتاژ پایین ” DC “و در حدود ۶ تا ۱۲ ولت می باشد لذا در خود تابلوی اصلی سیستم محلی برای باتری‌های اضطراری در نظر می گیرند. این باتری‌ها به مدار الکترونیکی تابلو وصل می گردند و در زمان وجود برق شهر توسط سیستم شارژ و آماده نگه داشته می شوند و هنگام قطع برق شبکه بدون تاخیر وارد مدار شده و برق اضطراری سیستم را تامین می نمایند. مدت زمان تامین برق اضطراری بستگی به ظرفیت باتری‌های مورد استفاده و مصرف سیستم دارد. مشخصات باتری مورد نیاز معمولا در راهنمای پانل اصلی ذکر می گردد. در صورت طولانی شدن زمان قطع برق شهر در اینگونه سیستمها باید قبل از اینکه شارژ باتری پایین بیاید و باتری کارآیی خود را از دست بدهد آنرا با باتری پر تعویض نمود. برخی از انوع باتری های مورد استفاده در این سیستمها را در زیر مشاهده می نمایید:

برای کامپیوترها و سایر دستگاههایی که در صورت قطع برق امکان از دست رفتن اطلاعات در آنها وجود دارد یا برای مواردی مانند تجهیزات اتاق عمل که نیاز به اعمال برق اضطراری به سیستم بدون تاخیر می باشد از منابع تغذیه اضطراری بدون تاخیر (Uninterruptable Power Systems) (UPS) استفاده می گردد. در “UPS”ها برق باتری‌ها توسط مدار اینورتر به ولتاژ ۲۲۰ ولت “AC” تبدیل می گردد و در صورت قطع برق شهر در عرض چند میلی ثانیه در اختیار سیستم قرار می گیرد. “UPS” در توانهای متفاوتی نظیر ۳۰۰- ۷۰۰ -۱۰۰۰ – ۶۰۰۰ ولت آمپر ساخته می شوند و باید با توجه به تعداد و مصرف دستگاه‌هایی که باید تغذیه شوند “UPS” با توان مناسب را انتخاب نمود. البته علاوه بر محدودیتی که توان خروجی “UPS” در تعداد دستگاههای مورد تغذیه ایجاد می کند محدودیتی نیز در زمان تغذیه دستگاه ها وجود دارد. هرچه ظرفیت باتری‌ها بیشتر باشد مدت طولانی تری می توان دستگاه ها را تغذیه کرد . باتری‌ها بطور جداگانه یا در کابینت‌های خاصی (Battery Pack) قرار میگیرند و به ترمینال ورودی ” DC ” در پشت “UPS” وصل می شوند. “UPS”ها با ولتاژ ۴۸ , ۲۴ , ۱۲ V DC تغذیه می شوند . برای ولتاژ ۲۴ ولت دو باتری ۱۲ ولت و برای ۴۸ ولت ۴ باتری کاملا یکستان را با هم سری کرده و به “UPS” وصل می کنند. معمولا “UPS” ها دارای تنظیم کننده اتوماتیک ولتاژ (Automatic Voltage Regulation) (AVR) می باشند تا در هنگام وجود برق شبکه عمل تثبیت ولتاژ را نیز در محدوده مشخصی انجام دهند. مقدار محدوده تثبیت ولتاژ معمولا بصورت درصد در مشخصات فنی “UPS” ذکر می گردد. هنگامی که ولتاژ ورودی پایین است “AVR” ولتاژ را پایین می آورد (BUCK) در “UPS” های جدید یک پورت RS232 وجود دارد که در پشت “UPS”قرار می گیرد و از آن جهت اتصال به کامپیوتر استفاده می شود . بعد از وصل کردن “UPS” به کامپیوتر می توان با نرم افزار ارائه شده به همراه آن تنظیمات مربوطه را انجام داد. کانکتور اتصال به برق شهر نیز در پشت “UPS” قرار می گیرد و خروجی‌های برق ۲۲۰ ولت از پریزهای پشت “UPS” گرفته می شود.

یک “UPS” خانگی در توان‌های ۴۰۰ و ۶۰۰ و ۱۰۰۰ ولت آمپر و اتصالات پشت “UPS”

در پانل جلوی ” UPS “معمولا نشانگرهای زیر وجود دارد:

• نوسانات شدید لحظه‌ای: (Spikes)
• نویزهای الکتریکی: (Noises)
• اضافه ولتاژهای لحظه‌ای: (Surges)
• افت‌های طولانی ولتاژ: (Brownouts)
• افت‌های لحظه‌ای ولتاژ: (Sags)
• قطع برق شهر: (Blackout)
• نوسانات فرکانسی: (Frequency Variation)
• زمان سوئیچینگ گذرا: (Switching Transient)
• هارمونیک‌ها: (Harmonics)

برای اکثر روندهای تجاری پیشرفته و مدرن امروزی، سیستم‌های یو پی اس بیشتر از یک گزینه الزامی می‌باشند. به هر حال، اگرچه نیاز به حفاظت باتری به نسبت UPS، برای کاربران محدودیت‌های پیش‌بینی شده در بودجه‌بندی‌شان را ایجاد کرده، باعث فشار روی افراد تازه‌کار هم شده است. خوشبختانه پیشرفت در تکنولوژی نیمه‌رساناها در موقعیت‌شناسی قطعه‌ی UPS مفید واقع شده است. این به کاربر اجازه می‌دهد که به حفاظت نیروی مورد نیاز خود به صورت موثر به نسبت روندهای احتمالی قبلی دست پیدا کند. Mike Elm، مدیر فروش فنی UPS بیان می‌کند که چرا UPS بهترین انتخاب برای کاربردهای تجاری امروزی می‌باشد.اولین کامپیوترهای تجاری مجلل و بزرگ بودند زیرا فعالیت‌های خودکار را انجام می‌دادند که قبلاً با دست انجام می‌شد ـ و می‌توانستند دوباره به صورت دستی انجام گیرند اگر کامپیوتر با اشکال روبرو می‌شود. برعکس بسیاری از سازمان‌ها، حالا به صورت کامل به تجهیزات ICTشان و عدم وجود قطعی و اختلال وابسته می‌باشند تا در فعالیت‌های تجاری شرکت کنند. به صورت کلی، آنها دارای ۷/۲۴ فعالیت می‌باشد که در پردازش تبادلات آن‌لاین در سطوح ملی و بین‌المللی نقش دارند. تبدیل به فعالیت نرمال در رویداد عدم موفقیت کارکرد ICT دیگر یک نوع گزینه نمی‌باشد شرایط توسعه‌یافته‌اند و پیچیدگی‌هایی برای شرکت‌های فعال در این زمینه شکل گرفته‌اند.حفاظت و امنیت داده‌ها دارای اهمیت یکسان می‌باشند.این تقاضا برای دسترسی ICT، یک تقاضا براتی قابلیت دسترسی نیروی بی‌وقفه می‌باشد ـ و موقعی شکل می‌گیرد که کیفیت و اعتبار عرضه‌ی نیروی کابلی در بریتانیا با مشکل روبرو شود و احتمالاً مشکلات افزایش می‌یابند. حفاظت UPS الزامی می‌باشد، به هر حال، همچنین زمانی است که باید تحت فشار غیرمنتظره تعیین بودجه که دو مصرف انرژی باید کاهش یابد. همچنین قانون‌گذاری‌های مربوطه شکل گرفته‌اند و سازمان‌ها باید از اعتبارات اولیه‌ی موجود برای مشتریان، سهام‌داران، کارمندان و رسانه‌هایشان استفاده کنند. بنابراین سوال اصلی مربوط به امنیت و حفظ حفاظت از نیروی در دسترس با هزینه‌ی کمتر و میزان مصرف انرژی کمتر، مرتبط می‌باشد.

به صورت فزاینده‌ای موقعیت‌شناسی قطعه‌ی UPS به پاسخ اپراتورهای ICT تبدیل شده است. وقتی با این نوع فشارها مواجه می‌شوند. سرانجام موقعیت‌شناسی باعث پیشرفت در صنعت نیمه‌رساناها شده است. تبدیل یکنواخت دوگانه در سیستم‌های UPS آن‌لاین که ابتدا در دهه‌ی هفتاد شکل گرفت به عنوان ترانسفورماتور بر اساس UPSs معروف می‌باشند. آنها از یک تک‌سو‌کننده برای تبدیل کابل‌های AC به ولتاژ DC استفاده می‌کنند که برای تغییر باتری پشتیبان UPS کاربرد دارد و اینورتر برای تبدیل به طول موج خروجی AC تغذیه می‌شود. به هر حال یک ترانسفورماتور خروجی برای تنظیم خروجی اینورتر تا سطح مورد نیاز برای بار اصلی و بحرانی مورد نیاز می‌باشد.به هر حال در میانه‌ی دهه‌ی نود، پیشرفت‌های در زمینه‌ی تکنولوژی نیروی نیمه‌رساناها رخ داده است و وارد شدن به زمینه‌ی ترانزیستورهای دوقطبی ورودی (IGBT) باعث شکل‌گیری یک روند مختلف در تبدیل شده است. در یک طراحی مشخص، یک IGBT بر اساس مبدل DC، باعث راه‌اندازی خروجی تک سو‌کننده در یک سطح خیلی زیاد می‌شود و باعث می‌شود اینورتر به صورت مستقیم ولتاژ AC مورد نیاز برای بارگذاری را تولید کند. ترانسفورماتور هم حذف می‌شود. بسیاری از مزیت‌های UPS به صورت مستقیم از طرح بدون ترانسفورماتور برگرفته شده است. این شامل کارآیی زیاد، عامل نیروی خروجی بالاتر، اختلال کمتر در هماهنگی نیروی جریان ورودی (THDi)، هزینه‌ی عملکردی و سرمایه‌ی کاهش یافته، کاهش نویز قابل شنیدن و افزایش طول عمر مفید باتری می‌باشند. اما حذف ترانسفورماتور باعث شکل‌گیری کاهش مشخص در اندازه و وزن فیزیکی می‌شود.

افزایش قابلیت دسترسی یکی از دیگر مزیت‌ها می‌باشد. قابلیت دسترسی هر واحد UPS می‌تواند به عنوان مقیاس بین افت میانگین زمانی (MTBF) و میانگین زمان تعمیر (MTTR) توصیف شود. در حالیکه تعمیر یک واحد منفرد به صورت کلی ۶ ساعت طول می‌کشد، بعضی از قطعات می‌توانند به راحتی در عرض نیم ساعت تعمیر شوند. این MTTR کاهش یافته باعث ارائه‌ی یک قطعه‌ی مناسب برای تعمیر می‌شود که به راحتی می‌تواند با ٪۹۹۹۹/۹۹ در دسترس باشد، حتی قبل از اینکه تعمیرپذیری توسط طرح N+1 حاصل شود. این سطح از فعالیت نیرو برای کاربران مهم می‌باشد ولی صرفه‌جویی در هزینه‌ی آن زیاد نمی‌باشد. لیست هزینه‌ها برای بخش‌های تخصصی و ویژه کاهش می‌یابد، و نیاز به مهارت زیاد در بخش فنی، کاهش می‌یابد.در طی طول عمر عملکردی نصب UPS، قابلیت مقیاس‌بندی می‌تواند به عنوان مزیت دیگری از موقعیت‌شناسی قطعه مطرح شود. فرض کنید که افزایش تبادلات باعث افزایش میزان بار از KVA120 به KVA150 می‌شود. قطعه‌ی دیگر KVA40 در بخش مجزا باعث حفظ عملکرد سیستم در موقعیت اضافی N+1 می‌شود، بدون اینکه بارگذاری UPS افزایش یابد یا در نیروی بار وقفه ایجاد شود. UPS دارای اندازه‌ی مناسب می‌باشد. افزایش تقاضا برای میزان بارگذاری می‌تواند بصورت متقاعدکننده‌ای توسط افزایش بازده قطعه ظرفیت سیستم UPS محقق شود. ظرفیت مبنای قطعات به عنوان قابلیت مقیاس‌بندی عمودی سیستم UPS معروف می‌باشد. اگر این قطعه خارج شود، قابلیت مقیاس‌بندی افقی می‌تواند بدست آید. برعکس، افزودن یک واحد منفرد KVA120 دیگر همیشه به معنای یافتن فضای کف می‌باشد که دارای کابل زیاد می‌باشد و فعالیت نصب غیرضروری دارد. فاصله‌ بین بار KVA و میزان واحدهای UPS وسیع‌تر خواهد شد که عامل تعیین‌کننده‌های کارآیی انرژی سیستم UPS می‌باشد.موقعیت‌شناسی قطعات، نیروی ایمن با قابلیت دسترسی زیاد و کارآیی بیشتر را فراهم می‌آورد و همچنین کارآیی صرفه‌جویی در هزینه‌ها را هم دارد. هرچند هزینه‌ی سرمایه‌ی اولیه سیستم قطعه‌ای ٪۱۵-۱۰ بیشتر از سیستم منفرد می‌باشد، موقتی که TCO استفاده می‌شود، موقعیت تغییر می‌کند.افزایش کارآیی انرژی و همچنین افزایش میانگین هزینه‌ی صرف شده در سیستم قطعه‌ای در اولین سال عملکردش جبران خواهد شد. هزینه‌های طولانی‌مدت هم در سیستم قطعه‌ای مطلوب خواهند بود.تفاوت‌های هزینه‌ای فوراً بعد از خرید سیستم مشخص می‌شود، سیستم منفرد با ترانسفورماتور دارای وزن دو یا سه برابر سیستم قطعه‌ای بدون ترانسفورماتور می‌باشد. این می‌تواند هزینه‌ی حمل و نقل را تا ۵۰ درصد یا بیشتر افزایش دهد. در هنگام ورود به بخش، سیستم منفرد بر اساس دو واحد به دو یا سه برابر فضای کف بیشتر نسبت به سیستم قطعه‌ای نیاز دارد. وقتی جریان پیدا می‌کند، طرح سیستم قطعه‌ای باعث کاهش هزینه‌های انرژی می‌شود، همانطور که قبلاً توضیح داده شده است.کار با سیستم سنتی، با حجم و هزینه‌ی ساختاری زیاد برای اجزای انفرادی، وقت‌گیرتر می‌باشد. ترکیبات انفرادی سیستم‌های قطعه‌ای کوچکتر می‌باشند و به راحتی مدیریت و تعویض می‌شوند. صرفه‌جویی در هزینه‌ی نگهداری آن‌ها تا ۱۰ درصد کاهش می‌یابد.

برق اضطراری (سیستم یو پی اس)

منبع: نت وب