همانطور که می دانید تداوم عملکرد تجهیزات الکترونیکی و سامانههای حساس نقش حیاتی در بسیاری از صنایع، سازمانها و حتی محیطهای اداری ایفا میکند، انتخاب یک سیستم برق اضطراری (UPS) مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است. یو پی اس بهعنوان یک منبع تغذیه پشتیبان، وظیفه دارد در هنگام بروز قطعی یا نوسان در شبکه برق شهری، توان الکتریکی لازم را بهطور پیوسته و بدون وقفه به تجهیزات حیاتی برساند اما بهره گیری مؤثر از یو پی اس تنها در گرو انتخاب صحیح توپولوژی (Line Interactive، Standby، یا Online) و تعیین فاز (تک فاز یا سه فاز) مناسب نیست، بلکه محاسبه دقیق توان مورد نیاز آن از الزامات اساسی این فرآیند به شمار میرود.
از سوی دیگر، مدت زمان پشتیبانی (Backup Time) نیز باید بر اساس نیازسیستم تعیین گردد. این زمان بیانگر مدت زمانی است که یو پی اس میتواند در زمان قطع برق، انرژی مورد نیاز تجهیزات را از طریق باتریهای خود تأمین نماید. انتخاب ظرفیت باتری مناسب به منظورتأمین این مدتزمان، از فاکتور مهم در طراحی صحیح سیستم یو پی اس است.
فرمول توان یو پی اس بر حسب VA
شایان ذکر است که توان دستگاههای UPS بر حسب واحد ولتآمپر (VA) محاسبه میشود. ولی در اکثر موارد، توان درجشده بر روی تجهیزات الکتریکی معمولاً با نماد “w” یا “kw” مشخص میگردد ولی در بعضی از موارد از VA نیز استفاده می شود که در این فرآیند برای انتخاب UPS مناسب، ابتدا مجموع توان مصرفی کلیه تجهیزات متصل به دستگاه محاسبه و سپس، جهت تأمین حاشیه اطمینان و جلوگیری از بار بیش از حد (Overload)، پیشنهاد میگردد ظرفیتی حدود 20 الی 30 درصد بیش از مجموع توان مصرفی لحاظ شود. بر این اساس، ظرفیت مورد نیاز دستگاه UPS بهصورت دقیق تعیین خواهد شد.
محاسبه توان یو پی اس نیازمند در نظر گرفتن پارامتر متعددی می باشد که در مرحله اول، باید مقدار توان الکتریکی بارمصرفی کل سیستم متصل به یو پی اس مشخص شود که شامل مجموع توان مصرفی تمامی تجهیزات است که بر حسب وات (W) یا ولتآمپر (VA) بیان میشود. توان که بر حسب VA می باشد، همانطور که از نام واحد پیداست، این مقدار از حاصل ضرب ولتاژ (V) در جریان (A) هر دستگاه بهدست می آید و ضریب توان (Power Factor) که نسبت(W) به (VA) را مشخص میکند، نقش تعیینکنندهای در برآورد دقیق ظرفیت توان یو پی اس ایفا مینماید. برای مثال، بسیاری از یو پی اس ها دارای ضریب توان ۰٫۹ یا حتی ۱ هستند که در انتخاب نهایی باید دقت گردد.
تبدیل توان دستگاه از وات “W” به ولت آمپر“VA”
در اکثر موارد، توان دستگاههای مصرفی با واحد وات (W) بیان میشود. از آنجایی که توان نامی دستگاههای یوپیاس (UPS) بر حسب ولتآمپر (VA) مشخص میگردد، لازم است توان مصرفی تجهیزات به این واحد تبدیل شود.
برای انتخاب یک UPS مناسب، باید مراحل مختلفی را در محاسبه توان طی کنیم که شامل ارزیابی بار، شناخت ویژگیهای برق مصرفی (نوع شکل موج)، نوع تجهیزات (از لحاظ نوع مصرفی و نامی)، در نظر گرفتن ضریب اطمینان و بررسی راندمان سیستم میشود.
در اولین گام باید مجموع توان مصرفی دستگاههایی که قرار است به UPS متصل شوند، مشخص گردد. این توان ممکن است روی برچسب مشخصات فنی دستگاه با واحد وات (W) یا ولتآمپر (VA) درج شده باشد که در بعضی مواقع جریان نامی بر روی دستگاه قید شده که فقط کافی است به مقدار ولتاژ برق شهر ضرب گردد تا مقدار VA به دست آید .
توان = ولتاژ × جریان VA=VxA
جمع زدن این مقادیر به ما تصویری کلی از نیاز الکتریکی سیستم میدهد. توجه داشته باشید که حتی تجهیزات کوچک، در مجموع تأثیر زیادی در توان مصرفی دارند.
Watt (W) :توان واقعی
Volt-Ampere (VA) :توان ظاهری
توان الکتریکی ممولا برروی برچسب مشخصات فنی دستگاه قید شده است در غیر این صورت میتوان با فرمول زیر آن را محاسبه کرد:
W= V x A x cos φ
درک تفاوت بین وات، ولتآمپر و ضریب توان (cosφ)وات (W) نمایانگر توان واقعی مصرفی توسط دستگاه است، در حالی که ولتآمپر (VA) توان ظاهری سیستم را نشان میدهد که ترکیبی از توان واقعی و راکتیو است. ضریب توان (cosφ) نسبت بین این دو را بیان میکند.
در UPSها، ضریب توان بالا به معنای بهرهوری بیشتر است. در صورت پایین بودن ضریب توان، باید UPS قدرتمندتری انتخاب شود تا بتواند نیاز ظاهری تجهیزات را پاسخ دهد.
برای انجام این تبدیل، از فرمول زیر استفاده میشود:
VA = W ÷ cosφ
در این فرمول:
VA : توان ظاهری (ولتآمپر)
W : توان واقعی (وات)
Cosφ : ضریب توان (Power Factor)
به عنوان مثال، اگر توان مصرفی یک دستگاه ۲۰۰۰ وات و ضریب توان یوپیاس ۰٫۸ باشد، مقدار توان ظاهری آن به صورت زیر محاسبه میشود:
VA = ۲۰۰۰ ÷ ۰٫۸ = ۲۵۰۰
در صورتی که تعداد دستگاهها بیش از یک عدد باشد، کافی است مقدار بهدستآمده در تعداد دستگاهها ضرب شود تا توان کل مورد نیاز یوپیاس محاسبه گردد.
ضریب توان (Cosφ)
همانطور که میدانید تمامی دستگاهها و ماشین الات دارای تلفات و افت انرژی می باشند که این افت را با ضریب توان یا همان Cosφ نشان داده و می سنجند که هرچقدر دستگاهی دارای کیفیت بالا تر و تکنولوژی جدید تری باشد راندمن آن بیشتر و بالاتر خواهد بود. این موضوع به این معنا است که هر چقدر راندمان نزدیکه به 1 باشد، خروجی و راندمان دستگاه بالاتر خواهد بود و اتلاف انرژی کمتری دارد .
بررسی نوع بار (Load Type)
بارهای مختلف رفتار متفاوتی در مصرف انرژی دارند. بارهای مقاومتی مانند لامپها و هیترها ساده هستند. اما بارهای سلفی (فنها، ترانسها) و موتوری (پمپها، کمپرسورها) در زمان شروع به کار، جریان راه اندازی دارند که در بارهای موتوری در مواقعی تا سه برابر توان نامی خود جریان مصرف می کنند.
بنابراین اگر UPS برای تجهیزات موتوری استفاده شود، باید توان آن بسیار بالاتر از توان نامی دستگاه در نظر گرفته شود تا از خاموشی ناگهانی و آسیب به دستگاهها جلوگیری گردد.
تجهیزاتی که به UPS متصل میشوند، ممکن است یکی از سه نوع زیر باشند:
- بار مقاومتی یا اهمی (مانند هیتر): فقط توان واقعی مصرف میکند.
- بار سلفی (مانند فنها، ترانسها): نیاز به جریان بیشتری در لحظه راهاندازی دارد.
- بار موتوری (مانند پمپها): تا ۳ برابر توان نامی برق مصرف میکند
نکته مهم: اگر از UPS برای راهاندازی موتور یا پمپ استفاده میکنید، باید توان UPS را حداقل ۲ تا ۳ برابر توان نامی موتور انتخاب کنید.
در نظر گرفتن حاشیه اطمینان (Safety Margin) در شرایط واقعی، همیشه احتمال افزایش بار یا نوسانات وجود دارد. بنابراین لازم است که توان UPS کمی بیشتر از مقدار محاسبهشده در نظر گرفته شود.
پیشنهاد میشود حداقل ۲۰ تا ۳۰ درصد به مجموع توان دستگاهها افزوده شود تا UPS در شرایط پیک مصرف نیز عملکرد مناسبی داشته باشد.
فرمول نهایی:
توان نهایی UPS = مجموع توان دستگاهها بر حسب VA × 1.2 تا 1.3
حدالمقدور سیع گردد که یو پی اس با 100% توان نامی خود کار نکند تا عمر مفید دستگاه بالاتر بماند .
راندمان UPS چیست و چرا اهمیت دارد؟
راندمان UPS نشان میدهد چه میزان از توان ورودی به توان مفید خروجی تبدیل میشود. هرچه راندمان به عدد ۱ نزدیکتر باشد، انرژی کمتری هدر میرود. راندمان بالا باعث کاهش گرمای تولیدی، افزایش عمر دستگاه و صرفهجویی در مصرف انرژی میشود.
UPS با راندمان پایین موجب اتلاف انرژی و هزینههای بیشتر در بلندمدت خواهد شد.
راندمان (Efficiency) UPS از فرمول زیر محاسبه میشود:
Efficiency = توان خروجی ÷ توان ورودی
راندمان ایدهآل ۱ یا ۱۰۰٪ است، اما UPSهایی با راندمان ۰٫۹ تا ۰٫۹۸، بسیار خوب محسوب میشوند.
تفکر اشتباه درباره ظرفیت باتری UPS
بسیاری تصور میکنند که ظرفیت باتری به توان UPS مرتبط است، در حالی که باتری تنها نقش تأمین انرژی در زمان قطع برق را دارد. ظرفیت باتری باید بر اساس مدت زمان پشتیبانی مورد نیاز (Backup Time) و میزان بار مصرفی انتخاب شود.
توان دستگاه به مقدار جریان بار مصرفی مورد نیاز بستگی دارد، اما مقدار و ظرفیت باتری باید بر اساس مدت زمان عملکرد مورد انتظار انتخاب گردد و فقط توان مصرفی سیستم در نظر گرفته نشود.
