Avbruddsfri strømforsyning

Avbruddsfri strømforsyning

I Norge er vi bortskjemt med et svært bra og stabilt strømnett. Spenningen i strømnettet avviker sjelden fra utgangsverdien, og vi er sjelden utsatt for strømbrudd. Sjelden betyr imidlertid ikke aldri. Det skjer at stikkontaktene plutselig blir uten strøm, og dette er noe som aldri passer. Derfor finnes det UPS-er.

UPS-ens funksjon

En UPS (Uninterruptible Power Supply – avbruddsfri strømforsyning) er egentlig et stort batteri som kobles til mellom stikkontakten og apparater som skal aldri bli påvirket av strømbrudd. Den gjør at for eksempel en stasjonær datamaskin eller en Nas fortsetter å fungere selv om alt annet i hjemmet uten strøm.

For datamaskiner og Nas-er er behovet for en UPS ekstra stort. En datamaskin eller Nas som ikke avsluttes på riktig måte, kan få problemer når strømmen kommer tilbake. Hvis harddisken arbeidet med å skrive data akkurat da strømmen gikk, kan filsystemet ha blitt skadet. Hvis datamaskinen installerte oppdateringer, kan det hende at hele operativsystemet må repareres eller, i verste fall, installeres på nytt. En UPS gjør at datamaskiner og Nas-er kan bli slås av på en sikker måte, selv om stikkontaktene plutselig er uten strøm. Det finnes til og med programvare som håndterer avslåing på en praktisk måte (se slutten av dette kapitlet).

En UPS er vanligvis utstyrt med flere stikkontakter. Dette er nødvendig, siden det er ikke bare datamaskiner og Nas-er som bør få strømmen sikret. En strømforsynt stasjonær datamaskin er vanskelig å bruke hvis det ikke finnes en strømforsynt skjerm koblet til den. Hvis tilkoblingen til Internett er viktig, må også ruteren og det eventuelle modemet strømsikres av UPS-en. I større nettverk må også svitsjene som utvider ruterens porter, strømsikres.

Det er samtidig viktig at ikke alt kobles til UPS-en. Batteriet i UPS-en kan ikke levere uendelig med strøm, så jo flere enheter som drives av UPS-en, jo mindre tid kan UPS-en holde dem i live. Ved installasjon av en UPS er det derfor viktig å vurdere hva som absolutt må fungere ved et strømbrudd, og hva som ikke er like viktig.

                                                                                                                                  

Bør kobles til UPS Bør ikke kobles til UPS
Stasjonær datamaskin Sekundær dataskjerm
Primær dataskjerm Skrivere
Nas Skanner
Ruter Belysning
Bryter Bærbar datamaskin
Modem  
Eksterne harddisker  

Innkobling

En UPS beskytter mot både strømbrudd og overspenning (transienter) i strømnettet. Enkelte UPS-modeller har to oppsett med strømuttak: et oppsett med uttak som både har strømbrudds- og overspenningsvern, og et oppsett med uttak som bare har overspenningsvern. Enhetene som kobles til sistnevnte uttakstype, påvirker ikke UPS-ens driftstid.

Eksempel på ulemper med UPS. 

Stikkontakter på en UPS pleier å være av typen Schuko (samme type som en vanlig jordet stikkontakt) eller C13. Hvis det er vanlige Schuko-uttak, kan både enheter med jordede kontakter og Euro-kontakter tilkobles. C13-uttak er imidlertid betydelig mer vanlig på UPS-er, og da er det bare enheter som kobles til med en jordet apparatkabel, som kan tilkobles direkte. 

Schuko-uttak og C13-uttak

Heldigvis finnes det adaptere som omformer et C13-uttak til et vanlig Schuko-uttak. En slik adapter har en C14-kontakt i den ene enden (passer C13-uttaket på UPS-er) og et Schuko-uttak i den andre enden. 

Adapter som omformer et C13-uttak til et Schuko-uttak.

Selve UPS-en kobles i sin tur til strømnettet med en jordet apparatkabel. UPS-er for mindre skrivebordsmaskiner bruker apparatkabler med C13-kontakt. De mer kraftige UPS-ene tilkobles med C19-kontakt (siden denne kontakten er konstruert for opptil 16 A i stedet for opptil 10 A). Selv om begge disse apparatkablene passer i ujordede stikkontakter, er det viktig at de kobles til jordede stikkontakter, slik at UPS-ens innebygde overspenningsvern yter full beskyttelse.

Mange UPS-er til skrivebordsbruk utstyres i dag også med en vert/slave-funksjon. Den har i seg selv ingenting med strømsikringen å gjøre. Den er en energisparingsfunksjon som kan brukes til å unngå unødvendig standby-forbruk. Denne funksjonen gjør at UPS-en har ett vertsuttak og ett eller flere slaveuttak. Så lenge enheten som er koblet til vertsuttaket (helst datamaskinen) er i gang, lar UPS-en slaveuttakene fungere som alle andre eluttak. Så snart datamaskinen er slått av, merker UPS-en at vertsuttaket ikke belastes lenger. Da stenger den også av strømmen til alle slaveuttak. Hvis alle eksterne enheter, som f.eks. skrivere, skannere og eksterne harddisker, er koblet til slaveuttakene, blir de dermed helt strømløse (i stedet for at de havner i en energisløsende standby-modus). Når datamaskinen slås på neste gang, merker UPS-en at vertsuttaket belastes på nytt og reaktiverer dermed slaveuttakene.

Ved bruk av en vert/slave-funksjon er det viktig å undersøke hvilke av slaveuttakene som er strømsikret! Dette er fordi ikke alle eksterne enheter bør strømsikres.

Kapasitet

Det finnes mange forskjellige UPS-modeller. De kan levere forskjellige mengder strøm, ha forskjellig batterikapasitet og være konstruert på ulike måter (sistnevnte behandles senere i dette kapitlet). Den mest åpenbare forskjellen ligger i batterikapasiteten, som styrer hvor lenge UPS-en kan drive de tilkoblede enhetene. UPS-ene blir både større og tyngre jo høyere batterikapasitet de har. Det finnes alt fra små skrivebords-UPS-er som veier sju kilo, til store server-UPS-er som veier flere tonn!

For å belyse kapasitetsforskjellene mellom ulike UPS-er kan vi ta utgangspunkt i et hypotetisk datasystem som består av en stasjonær kontordatamaskin og en tilhørende skjerm. Systemet trekker totalt 200 W ved normal drift (det trekker betydelig mer når det brukes til å spille spill). Her vises et eksempel på hvor lenge tre ulike UPS-er kan drive systemet på 200 W, og hvor mye UPS-ene veier.

I dataarkene som tilhører UPS-er for profesjonelt og semiprofesjonelt bruk, finnes det diagrammer som viser forholdet mellom UPS-ens belastning og UPS-ens driftstid. Slike diagrammer forenkler valget av en korrekt dimensjonert UPS. Diagrammet nedenfor viser forholdet for UPS-en på 11 kg i det forrige eksemplet. Den angitte driftstiden forutsetter at batteriene er fullt oppladet når strømbruddet inntreffer.

Eksempel på driftstidkurve (data for APC BG900I fra APCs datablad)

For å vite hvor mye effekt de strømsikrede enhetene bruker, må en energimåler brukes. Det er ikke mulig å summere effektangivelsene som står på etikettene på enhetene. Etiketten på strømforsyningen til datamaskinen angir hvor mye strøm strømforsyningen kan levere totalt (når den belastes som mest). Spesifikasjonen sier ikke noe om hvor mye strøm datamaskinen belaster strømnettet med ved normal bruk. Du bør derfor forberede valget av UPS ved å koble alt utstyr som skal strømsikres, til et grenuttak og koble dette grenuttaket til en energimåler. Bruk deretter enhetene som om det hadde vært et strømbrudd, og kontroller effekten de da belaster strømnettet med totalt.

Maksbelastning

Den viktigste spesifikasjonen å undersøke på en UPS er maksbelastningen. Den angir hvor høy effekt UPS-en kan belastes med ved et strømbrudd. UPS-ens maksbelastning må alltid være høyere enn den totale effekten som de strømsikrede enhetene krever. En UPS med 300 W i maksbelastning kan ikke drive et datasystem som forbruker 400 W.

Samtidig er det viktig ikke å velge en UPS med overdrevent mye høyere maksbelastning enn systemets normalbelastning. Dette er fordi virkningsgraden på UPS-er er lav ved relativt små belastninger. En UPS som kan levere 1000 W, er derfor ikke egnet til å strømsikre en enkelt Nas som trekker 30 W. Enkelte UPS-er fungerer ikke ved slike relativt lave belastninger.

UPS-konstruksjoner

En UPS består av mange sammenkoblede komponenter. Hvordan de er sammenkoblet, kan variere, men de grunnleggende komponentene er de samme. Når strømmen kommer inn i UPS-en, går den til en likeretter og en lader. Den brukes til å lade blyakkumulatoren som lagrer energien. Blyakkumulatoren har både en lavere spenning og en annen spenningstype enn strømnettet (f.eks 12 V likespenning i stedet for 230 V vekselspenning). Det er derfor i sin tur koblet til en inverter som ved strømbrudd omformer batterispenningen tilbake til 230 V likespenning.

Siden disse komponentene kan kobles sammen på ulike måter, er UPS-er delt inn i offline-­UPS-er, linjeinteraktive UPS-er og online-UPS-er.

Offline-UPS

En offline-UPS (også kalt for standby-UPS) er den enkleste og billigste formen for UPS. Det dekker ulike behov, avhengig av om det er strøm i vegguttaket. Så lenge det er strøm i vegguttaket, slipper den gjennom strømmen direkte til de tilkoblede enhetene uten å gjøre noe med den (bortsett fra å stoppe eventuell overspenning). Den lader samtidig det innebygde batteriet.

Ved strømbrudd forsvinner den primære strømkilden (strømnettet). UPS-en veksler da lynkjapt over til den sekundære strømkilden (blyakkumulatoren og inverteren) og ­driver de tilkoblede enhetene derfra. Når strømmen kommer tilbake i strømnettet, ­bytter UPS-en tilbake til den primære strømkilden igjen, slik at blyakkumulatoren ikke lenger belastes og kan lades opp til det neste strømbruddet.

Skjematisk diagram av en offline-UPS med strøm på strømnettet.
Skjematisk diagram av en offline-UPS ved strømbrudd.

Ulempen med dette prinsippet er at det kan ta noen millisekunder for en offline-UPS å bytte fra strømnettet til blyakkumulatoren og inverteren. Den korte avbruddstiden spiller likevel ingen rolle for vanlig kontorutstyr som skal strømsikres. Slikt utstyr er konstruert for å tåle noen millisekunders avbrudd i strømforsyningen.

Linjeinteraktiv UPS

En linjeinteraktiv UPS er en forbedret versjon av en offline-UPS. Det fungerer omtrent på samme måte, men den inneholder også teknologi for å kompensere for små under- og overspenninger i strømnettet uten å måtte bytte til blyakkumulatoren. Dette gjør at UPS-en først bytter strømkilde når spenningen i strømnettet blir altfor lav eller altfor høy. Da blir det akkurat som med en offline-UPS, et avbrudd på noen få millisekunder i strømforsyningen.

Online-UPS

Utstyr som er ekstra følsomt for spenningsavvik, bør drives med en online-UPS. Med en slik UPS blir det ikke noe opphold i strømforsyningen i det hele tatt ved strømbrudd. Dette er fordi strømmen alltid flyter gjennom hele UPS-en. Strømmen går inn UPS-en, transformeres ned og likerettes, lader batteriet om nødvendig, inverteres og transformeres opp igjen. En online-UPS arbeider dermed hele tiden i stedet for å aktiveres ved behov som en offline-UPS.

Skjematisk diagram av en online-UPS med strøm på strømnettet.
Skjematisk diagram av en online-UPS ved strømbrudd.

Ulempen med en online-UPS er at den koster en god del mer enn de to første alterna­tivene. Komponentene i en online-UPS må være dimensjonert til å være i drift døgnet rundt, noe som gjør dem dyrere å produsere. En online-UPS har også høyere driftskostnader fordi det medfører tap å transformere spenningen. En online-UPS utfører konstant to transformeringer (derfor kalles den også for "double conversion UPS"). Offline-UPS-er og linjeinteraktive UPS-er transformerer bare ned spenningen når batteriet må lades, og transformerer den bare opp igjen ved strømbrudd. 

UPS-utgangsspenning

Med en online-UPS går strømmen alltid gjennom en inverter før den kommer til de strømsikrede enhetene. Det samme gjelder for offline-UPS-er og linjeinteraktive UPS-er ved strømbrudd. Inverterens oppgave er å forvandle likespenningen i blyakkumulatoren til en vekselspenning som ligner den vi har i stikkontakten. I stikkontakten svinger spenningen opp og ned som en sinuskurve. Slik ser spenningen også ut fra UPS-er som inneholder rene sinuskurveinvertere.

Ren sinuskurve

Rene sinuskurveinvertere er dyre å produsere. De fleste UPS-er inneholder derfor i stedet trappetrinnmodifiserte sinuskurveinvertere som går opp og ned med spenningen.

Trappetrinnmodifisert sinuskurve

I utgangspunktet inneholder alle UPS-er for konsumentbruk og mindre kontorbruk trappetrinnmodifiserte sinuskurveinvertere. Det er heller ikke nødvendig med noe annet for å drive vanlig kontorutstyr, som f.eks. datamaskiner og Nas-er.

Automatisk avslåing

Den kanskje viktigste funksjonen til en UPS er muligheten til automatisk avslåing av tilkoblet utstyr. Denne funksjonen gjør at UPS-en kan varsle en tilkoblet datamaskin eller en Nas om strømbrudd, og dermed forberede datamaskinen eller Nas-en på at den snart må slå seg av.

For at automatisk avslåing skal fungere, må UPS-en ha en form for kommunikasjonsgrensesnitt. Vanligvis er dette i form av en USB-kabel som kobles til den aktuelle data­maskinen eller Nas-en. Datamaskinen eller Nas-en må også ha drivere for å kunne kommunisere med UPS-en. Slike drivere pleier UPS-produsentene gjøre tilgjengelig for Windows og Mac OS X hvis de ikke er allerede bygget inn i operativsystemet. Når det gjelder Nas-er, er det derimot opp til Nas-produsentene å bygge støtte for UPS-er. Nas-produsentene lager kompatibilitetslister over hvilke UPS-er de har innebygd støtte for i sine Nas-operativsystemer. Disse listene publiseres på supportsidene til Nas-produsentene.

UPS i Windows

Hvis en UPS kobles til en Windows-datamaskin via USB, vil datamaskinen behandle den som om den var et innebygd batteri. Batterimåleren som er innebygd i operativsystemet, viser ladestatus og rapporter om omtrentlig batteritid. Datamaskinen kan også slå seg av selv når det begynner å bli lite strøm igjen på batteriet, men dessverre mangler mer avanserte UPS-innstillinger i Windows. UPS-er for Windows pleier derfor å leveres med et utfyllende UPS-program.

APC Powerchute erstatter batterifunksjonen i Windows med en riktig UPS-funksjon.

APC Powerchute er et eksempel på et praktisk UPS-program. Det erstatter de innebygde batterifunksjonene i Windows og lar brukerne få bedre oversikt over strømsituasjonen. Brukeren kan for eksempel få tilgang til mer detaljerte innstillingsmuligheter for automatisk avslåing. Powerchute samler også inn statistikk og lar brukeren selv definere det godkjente spenningsintervallet. UPS-en bytter til batteridrift hvis spenningen på nettet går under eller over brukerens definerte nivåer.

UPS i Mac OS X

Mac OS X har, i motsetning til Windows, en virkelig integrert UPS-funksjon. Den er riktignok ikke like avansert som APC Powerchute, men brukeren kan angi grunnleggende UPS-innstillinger. Det er derfor vanlig at produsenter som bygger UPS-er som er kompatible med Mac OS X, stoler på den innebygde systemfunksjonen (i stedet for å utvikle en egen).

Hvis en UPS kobles til en Mac via USB, vises det en UPS-fane i strømsparingsinnstillingene (se Strømsparing under Systemvalg). Ved å klikke på alternativet for å slå av kan brukeren velge om Mac-maskinen skal slås av etter et visst antall minutter under et strømbrudd, eller når UPS-en anslår at den bare har mulighet til å strømforsyne Mac-maskinen i et visst antall minutter til. Brukeren kan også velge at Mac-maskinen skal starte en avslåingsprosess når batterinivået på UPS-en er under en brukerdefinert prosent­andel.

UPS-innstillinger i Mac OS X El Capitan
Ved strømbrudd beregner Mac OS X i hvor mange minutter UPS-en kan drive Mac-maskinen.

UPS i Synology DSM

Synology DSM har, i likhet med Mac OS X, en praktisk innebygd funksjon for å håndtere UPS-er som er tilkoblet via USB. Den ligger i kontrollpanelet under Maskinvare og strøm. Ved hjelp av denne funksjonen kan administratoren velge hvor lenge UPS-en skal holde i gang Nas-en ved strømbrudd, før avslåingsprosessen begynner. Ved å klikke på informasjon om enheten kan du se hvor lenge DSM anslår at den tilkoblede UPS-en kan drive Nas-en.

Nas-administratoren kan velge hvor lenge UPS-en skal holde i gang Nas-en ved strømbrudd.
Sist endret: 2016-12-07