یو پی اس پشتیبان یا جایگزین

در زیرساخت‌های حیاتی که نیاز به برق پایدار و بدون قعطی و نوسان برق دارند، داشتن یک یو پی اس کافی نیست. برای حفظ پایداری برق در شرایط خرابی، سرویس یا اضافه ‌بار، استفاده از ساختارهای جایگزین (backup) ضروری است. یو پی اس جایگزین به عنوان جایگزین مناسب برای قطعی برقی، با ایجاد مسیرهای موازی یا پشتیبان، کمک می‌کنند در صورتی که برای یو پی اس اول مشکلی پیش بیاید ، سیستم حتی در شرایط بحرانی، بدون وقفه به کار خود ادامه دهد. طراحی صحیح این ساختارها نقش کلیدی در افزایش قابلیت اطمینان و دسترس‌پذیری عملیاتی دارد و هر چه دستگاه و سیستم ها حساس تر باشد باید سیستم پشتیبانی و بکاپ بیشتر باشد تا ضریب اطمینان بالا برود.
نکته مهم و حائز اهمیت این است که ساختار پارالل و ریداندنت اگرچه از نظر مفهومی متفاوت‌اند (یکی برای افزایش ظرفیت و دیگری برای پشتیبانی و افزایش قابلیت اطمینان) اما در عمل می‌توانند در یک سیستم یکپارچه ترکیب شوند. پیاده‌سازی درست سیستم Parallel نوعی ریداندنسی ذاتی ایجاد می‌کند. به همین دلیل، در طراحی زیرساخت‌های حساس، اغلب این دو مفهوم در کنار هم مورد توجه قرار می‌گیرند.
در ادامه این دو مفهوم (سیستم پارالل و ریداندنت) تفسیر می گردد :

سیستم پارالل (Parallel UPS)

سیستم پارالل (Parallel UPS) به ساختاری از سیستم‌های برق اضطراری گفته می‌شود که در آن چند دستگاه یو پی اس به صورت موازی به یک بار مشترک متصل می‌شوند. هدف اصلی این چیدمان، افزایش توان کلی سیستم و فراهم کردن انعطاف در توسعه است.

تعریف فنی:

در سیستم Parallel UPS، خروجی چند یو پی اس با استفاده از کنترلرهای هم‌زمان‌ساز (Synchronizer) به هم متصل می‌شود تا بار به‌صورت مساوی بین آن‌ها تقسیم شود. این ساختار معمولاً با هدف افزایش ظرفیت طراحی می‌شود (مثلاً ترکیب چند UPS 10kVA برای تأمینبار به توان kVA 30 )

مزایای سیستم پارالل

• افزایش توان سیستم بدون نیاز به خرید یک UPS بزرگ‌ تر
• قابلیت توسعه‌پذیری در آینده با افزودن UPS جدید
• نگهداری ساده‌تر: امکان خارج کردن یک واحد برای سرویس بدون قطع بار

نکات فنی کلیدی

• یو پی اس‌ها باید از نظر ولتاژ، فرکانس و فاز به‌صورت دقیق هم‌زمان‌سازی شوند.
• سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ باید توانایی شناسایی و مدیریت خطا در هر واحد را داشته باشند.
• طراحی باس مشترک (Common Bus) و مدار توزیع باید تحمل کل جریان را داشته باشد.
• استفاده از سیستم‌های Load Sharing برای توزیع متعادل بار بین UPSها الزامی است.

کاربردها

• دیتاسنترهای متوسط تا بزرگ
• مراکز صنعتی با مصرف بالا
• سایت‌هایی که در آینده نیاز به افزایش توان دارند.

سیستم ریداندنت (Redundant UPS)

یکی از سیستمهای متداول جهت پشتیبانی یو پی اس، سیستم ریداندنت Redundant UPS می باشد که در آن یو پی اس ها به صورت پارالل به هم اتصال پیدا می کنند که در صورت از کار افتادن یکی از یو پی اس ها، یو پی اس دیگر بدون وقفه برق را تأمین کند. هدف اصلی، اطمینان از پایداری سیستم حتی در شرایط خطا یا تعمیر است.

تعریف فنی

در ساختار ریداندنت، از مدل N+1 استفاده می‌شود؛ به این معنا که به‌ازای N عدد یو پی اس مورد نیاز برای تأمین بار، یک یو پی اس اضافی در مدار وجود دارد. این ساختار می‌تواند در صورت مشکل برای یکی از یو پی اس ها ، ups اضافه در مدار قرار گیرد.

مزایای UPS ریداندنت

• افزایش قابلیت اطمینان سیستم برق
• امکان انجام سرویس بدون اختلال در عملکرد سیستم
• پایداری بالا در برابر خرابی سخت‌افزاری
• مناسب برای بارهای بحرانی و بدون تحمل وقفه
•  پشتیبانی افزونه (Redundancy) در صورت طراحی به ‌صورت N+1 یا 2+N

نکات فنی کلیدی

• توان کلی یو پی اس ها بیش از توان بار مصرفی (به مقدار توان یک یو پی اس ) باید باشد.
•  تمام یو پی اس‌ها باید از نظر زمان‌بندی و فاز به‌درستی هماهنگ باشند.
• سیستم باید توانایی تشخیص خرابی و تغییر مسیر بار را در لحظه داشته باشد.
•  برای ریداندنسی واقعی، ورودی و خروجی‌ها باید ایزوله طراحی شوند.
• باید از سیستم‌های مانیتورینگ و هشداردهنده‌ی پیشرفته استفاده شود.

کاربردها

•  بانک‌ها و مراکز مالی
•  بیمارستان‌ها و مراکز جراحی
• زیرساخت‌های حیاتی دولتی یا نظامی
• دیتاسنترهای Tier III و Tier IV

سوئیچ انتقال خودکار (ATS)

گاهی اوقات امکان استفاده از سیستم یو پی اس ریداندنت (Redundant UPS) به دلایلی مانند محدودیت‌های فنی یا پیچیدگی طراحی و قابلیت پارالل وجود ندارد. در چنین شرایطی، استفاده از سوئیچ انتقال خودکار (ATS) به عنوان یک راهکار جایگزین و پشتیبان، بسیار مهم است.

عملکرد و ساختار ATS (Automatic Transfer Switch)

 ATS به ‌عنوان یک کلید هوشمند، مسئولیت انتخاب منبع برق سالم و اتصال آن به مصرف ‌کننده را بر عهده دارد تا در صورت بروز مشکل در یو پی اس اصلی، برق بدون وقفه و به‌ صورت خودکار از یو پی اس دوم و جایگزین تأمین شود.

ساختار کلی

•  ATS دارای دو ورودی برق است؛ برای مثال دو منبع UPS1 و UPS2 یا UPS و ژنراتور.
• یک خروجی دارد که به مصرف ‌کننده متصل می‌شود.
•  به طور مداوم وضعیت برق ورودی‌ها از نظر ولتاژ، فرکانس و کیفیت موج را بررسی می‌کند.

اجزای اصلی مدار داخلی

•  حسگر ولتاژ: ورودی‌ها را مانیتور می‌کند و پارامترهای برق را اندازه‌گیری می‌نماید.
• میکروکنترلر یا رله منطقی: تصمیم‌گیری می‌کند که کدام ورودی سالم است و باید به خروجی وصل شود.
•  کنتاکتور یا SSR: سوئیچ‌های فیزیکی که فقط یکی از منابع را فعال می‌کنند.
•  مدار حفاظت: فیوز، سرج‌گیر و تجهیزات حفاظتی برای جلوگیری از آسیب به سیستم و مصرف‌کننده.

روند عملکرد

1. در حالت عادی، یو پی اس اصلی برق مصرف‌کننده را تأمین می‌کند.
2. در صورت بروز خطا، افت ولتاژ یا خاموشی در یو پی اس اصلی، ATS به سرعت تشخیص داده و برق را از منبع دوم تأمین می‌کند.
3. این سوییچ به صورت خودکار و بدون دخالت انسانی، در کمتر از 10 میلی‌ثانیه انجام می‌شود. بدین ترتیب، حتی در شرایطی که امکان طراحی ریداندنت واقعی وجود ندارد، تامین برق بدون قطعی و نوسان ادامه پیدا می‌کند.

نکته مهم در طراحی

چنانچه نوع یو پی اس ها یا برند آنها باهم متفاوت بوده و قابلیت پارالل نداشته باشد، استفاده از Static Transfer Switch (STS) توصیه می‌شود که می‌تواند بین دو موج سینوسی بدون ایجاد شوک یا نوسان جابجا شود. این امر از آسیب احتمالی تجهیزات حساس جلوگیری می‌کند.

• ATS به عنوان راهکاری مکمل برای مواقعی استفاده می‌شود که امکان ایجاد سیستم یو پی اس ریداندنت وجود ندارد یا افزودن یو پی اس دوم مشکل‌ساز است.
  • ATS دو منبع برق را به صورت هوشمند کنترل و تنها یکی را به مصرف‌کننده وصل می‌کند تا برق بدون وقفه و نوسان تأمین شود.
  • این سوییچ شامل حسگر ولتاژ، میکروکنترلر، کنتاکتور و مدارهای حفاظتی است.
  • برای منابع کاملاً متفاوت، نسخه پیشرفته STS جهت جلوگیری از نوسانات و آسیب به تجهیزات استفاده می‌شود.

نگاه جامع به سیستم یو پی اس جایگزین