Avbrottsfri strömförsörjning

Avbrottsfri strömförsörjning

I Sverige är vi bortskämda med ett riktigt bra och stabilt elnät. Spänningen i elnätet avviker sällan från sitt riktvärde och vi råkar sällan ut för strömavbrott. Sällan är dock inte samma sak som aldrig. Det händer att våra eluttag plötsligt blir strömlösa och det sker aldrig vid något lämpligt tillfälle. Av den anledningen finns UPS:er.

UPS:ens funktion

En UPS (Uninterruptible Power Supply) är i grund och botten ett stort batteri som ­kopplas mellan eluttaget och apparaterna som aldrig får påverkas av strömavbrott. Den gör att exempelvis en stationär dator eller en Nas fortsätter att fungera även om allt annat i hemmet är strömlöst.

För datorer och Nasar är behovet av en UPS extra stort. En dator eller Nas som inte stängs av korrekt kan få problem när strömmen kommer tillbaka. Om hårddisken ­arbetade med att skriva data precis när strömmen gick kan filsystemet ha blivit korrupt. Om datorn installerade uppdateringar vid samma tillfälle kan hela operativsystemet ­behöva repareras eller i värsta fall installeras om. En UPS gör att datorer och Nasar kan stängas av på ett säkert sätt, även om eluttagen plötsligt blir strömlösa. Det finns till och med mjukvaror som sköter avstängningen på ett smidigt sätt (se slutet av detta kapitel).

En UPS är vanligtvis utrustad med ett flertal eluttag. Det är behövligt eftersom det inte endast är datorer och Nasar som bör få strömmen säkrad. En strömförsörjd stationär dator är svår att använda om det inte finns en strömförsörjd skärm kopplad till den. Om uppkopplingen mot internet är viktig måste även routern och det eventuella modemet strömsäkras av UPS:en. I större nätverk måste likaså switcharna som utökar routerns portar strömsäkras.

Det är samtidigt viktigt att inte koppla allt till UPS:en. UPS:ens batteri kan inte leverera oändligt med ström, så ju fler saker som drivs med UPS:en desto kortare tid kan UPS:en hålla dem vid liv. Vid installation av en UPS är det därför viktigt att överväga vad som absolut måste fungera vid ett strömavbrott och vad som inte är lika viktigt.

Bör kopplas till UPS Bör inte kopplas till UPS
Stationär dator Sekundär datorskärm
Primär datorskärm Skrivare
NAS Skanner
Router Belysning
Switch Bärbar dator
Modem
Externa hårddiskar

Inkoppling

En UPS skyddar mot både strömavbrott och överspänningar (transienter) i elnätet. Vissa UPS-modeller har två uppsättningar med eluttag: en uppsättning uttag som både är strömavbrotts- och överspänningsskyddade samt en uppsättning uttag som endast är överspänningsskyddade. Apparaterna som kopplas till den sistnämnda uttagstypen påverkar inte UPS:ens drifttid.

Exempel på UPS:ers baksidor.

Eluttagen på en UPS brukar antingen vara av typen Schuko (samma typ som vanliga jordade vägguttag) eller C13. Om det är vanliga Schuko-uttag kan både apparater med jordade kontakter och Euro-kontakter anslutas. C13-uttag är dock betydligt vanligare på UPS:er, och då är det endast apparater som ansluts med en jordad apparatkabel som kan kopplas in direkt.

Schuko-uttag och C13-uttag

Som tur är finns adaptrar som omvandlar ett C13-uttag till ett vanligt Schuko-uttag. En sådan adapter har en C14-kontakt i enda änden (passar C13-uttaget på UPS:er) och ett Schuko-uttag i andra änden.

Adapter som gör om ett C13-uttag till ett Schuko-uttag.

Själva UPS:en ansluts i sin tur till elnätet med en jordad apparatkabel. Mindre skrivbords-UPS:er använder apparatkablar med C13-kontakt. De mer kraftfulla UPS:erna ansluts med C19-kontakt (eftersom den kontakten är gjord för upp till 16 A istället för upp till 10 A). Även om båda dessa apparatkablar passar i ojordade vägguttag är det viktigt att de ansluts till jordade sådana för att UPS:ernas inbyggda överspänningsskydd ska skydda fullt ut.

Många UPS:er för skrivbordsbruk utrustas idag också med en värd/slav-funktion. Den har i sig inget med strömsäkringen att göra, utan är en energisparfunktion som kan användas för att undvika onödig stand-by-förbrukning. Funktionen innebär att UPS:en har ett värduttag samt ett eller flera slavuttag. Så länge apparaten som är kopplad till värduttaget (förslagsvis datorn) är igång, låter UPS:en slavuttagen fungera som vilka eluttag som helst. Så fort datorn stängs av märker UPS:en att värduttaget inte belastas längre. Då stänger den också av strömmen till alla slavuttag. Om all kringutrustning som till exempel skrivare, skannrar och externa hårddiskar är kopplade till slavuttagen blir de därmed helt strömlösa (istället för att de hamnar i strömslösande stand-by-lägen). När dator slås på nästa gång märker UPS:en att värduttaget belastas på nytt och återaktiverar slavuttagen.

Vid användning av en värd/slav-funktion är det viktigt att undersöka vilka av slav­uttagen som är strömsäkrade! Detta eftersom inte all kringutrustning bör strömsäkras.

Kapacitet

Det finns många olika UPS-modeller. De kan leverera olika mycket ström, ha olika batterikapacitet och vara konstruerade på varierande sätt (det sistnämnda behandlas senare i detta kapitel). Den mest uppenbara skillnaden ligger i batterikapaciteten, vilken resulterar i tiden som UPS:en kan driva de anslutna apparaterna. UPS:erna blir både större och tyngre ju högre kapacitet deras batterier har. Det finns allt från små skrivbords-UPS:er som väger sju kilo till stora server-UPS:er som väger flera ton!

För att exemplifiera kapacitetsskillnaderna mellan olika UPS:er utgår vi från ett hypotetiskt datorsystem som består av en stationär kontorsdator och en tillhörande skärm. Systemet drar sammanlagt 200 W vid normal användning (det drar betydligt mer när det används för att spela spel). Här följer exempel på hur länge tre olika UPS:er kan driva 200 W-systemet och hur mycket UPS:erna väger.

I databladen som tillhör UPS:er för professionellt  och semiprofessionellt bruk finns ­grafer som visar förhållandet mellan UPS:ens belastning och UPS:ens drifttid. Sådana grafer underlättar valet av en korrekt dimensionerad UPS. Den följande grafen visar förhållandet för 11 kg-UPS:en i det föregående exemplet. Den angivna drifttiden förutsätter att batterierna är fulladdade när strömavbrottet inträffar.

Exempel på drifttidskurva (data för APC BG900I ur APC:s datablad)

För att veta hur hög effekt de strömsäkrade apparaterna förbrukar, bör en energi­mätare användas. Det går inte att summera effektangivelserna som står på apparaternas ­etiketter. Etiketten på datorns nätaggregat anger hur stor effekt nätaggregatet kan ­leverera totalt (när det belastas som mest). Den specifikationen säger inget om hur stor effekt ­datorn belastar elnätet med vid normal användning. Förbered därför valet av UPS genom att koppla all utrustning som ska strömsäkras till ett grenuttag och koppla det grenuttaget till en energimätare. Använd sedan apparaterna som om det hade varit strömavbrott och kontrollera vilken effekt de då belastar elnätet med totalt.

Maxbelastning

Den viktigaste specifikationen att undersöka på en UPS är dess maxbelastning. Den ­anger hur hög effekt UPS:en kan belastas med vid ett strömavbrott. UPS:ens max­belastning måste alltid vara högre än den sammanlagda effekten som de strömsäkrade apparaterna kräver. En UPS med 300 W i maxbelastning kan inte driva ett datorsystem som förbrukar 400 W. 

Det är samtidigt viktigt att inte välja en UPS med överdrivet mycket högre maxbelastning än systemets normalbelastning. Detta eftersom verkningsgraden på UPS:er är låg vid förhållandevis små belastningar. En UPS som kan leverera 1000 W är alltså inte lämplig att använda för att strömsäkra en ensam Nas som drar 30 W. Vissa UPS:er fungerar inte ens vid så förhållandevis låga belastningar.

UPS-konstruktioner

En UPS består av ett flertal sammankopplade komponenter. Hur de är sammankopplade kan variera, men grundkomponenterna är desamma. När strömmen kommer in i UPS:en går den till en likriktare och en laddare. Den används för att ladda blyackumulatorn som lagrar energin. Blyackumulatorn har både en lägre spänning och en annan spänningstyp än elnätet (t.ex. 12 V likspänning istället för 230 V växelspänning). Den är därför i sin tur kopplad till en växelriktare som vid strömavbrott omvandlar batterispänningen tillbaka till 230 V växelspänning.

Eftersom dessa komponenter kan kopplas samman på olika sätt, delas UPS:er upp i offline-UPS:er, linjeinteraktiva UPS:er och online-UPS:er.

Offline-UPS

En offline-UPS (även kallad stand-by-UPS) är den enklaste och billigaste formen av UPS. Den fyller olika uppgifter beroende på huruvida det finns ström i vägguttaget. Så länge det finns ström i vägguttaget släpper den igenom strömmen direkt till de anslutna enheterna utan att göra något med den (förutom att stoppa eventuella överspänningar). Den laddar samtidigt det inbyggda batteriet.

När det blir strömavbrott försvinner den primära strömkällan (elnätet). UPS:en ­växlar då blixtsnabbt över till den sekundära strömkällan (blyackumulatorn och växel­riktaren) och driver de anslutna apparaterna därifrån. När strömmen återkommer i elnätet växlar UPS:en tillbaka till den primära strömkällan igen, så att blyackumulatorn inte längre belastas och kan laddas upp inför nästa strömavbrott.

Principskiss för en offline-UPS vid strömsatt elnät.
Principskiss för en offline-UPS vid strömavbrott.

Nackdelen med denna princip är att det kan ta några millisekunder för en offline-UPS att växla från elnätet till blyackumulatorn och växelriktaren. Den korta avbrottsstunden spelar dock ingen roll för vanlig kontorsutrustning som ska strömsäkras. Sådan utrustning är gjord för att klara några millisekundskorta avbrott i strömförsörjningen.

Linjeinteraktiv UPS

En linjeinteraktiv UPS är en förbättrad version av en offline-UPS:en. Den fungerar på ungefär samma sätt men innehåller dessutom teknik för att kompensera för små under- och överspänningar i elnätet utan att behöva växla till blyackumulatorn. Det gör att UPS:en först växlar strömkälla när elnätets spänning blir alltför låg eller alltför hög. Då blir det, precis som med en offline-UPS, ett avbrott på några få millisekunder i strömförsörjningen.

Online-UPS

Utrustning som uttryckligen är extra känslig för spänningsavvikelser bör drivas med en online-UPS. Med en sådan UPS blir det inget uppehåll alls i strömförsörjningen när ett strömavbrott inträffar. Det beror på att strömmen alltid flyter genom hela UPS:en. Strömmen går in i UPS:en, transformeras ned och likriktas, laddar vid behov batteriet, växelriktas och transformeras upp igen. En online-UPS jobbar alltså hela tiden istället för att aktiveras vid behov likt en offline-UPS.

Principskiss för en online-UPS vid strömsatt elnät.
Principskiss för en online-UPS vid strömavbrott.

Nackdelen med en online-UPS är att den är betydligt kostsammare än de två förstnämnda alternativen. Komponenterna i en online-UPS måste vara dimensionerade för att vara i drift dygnet runt, vilket gör dem dyrare att tillverka. En online-UPS har även en högre driftkostnad eftersom det medför förluster att transformera spänningen. En online-UPS genomför konstant två transformeringar (det är därför den också kallas ”double conversion UPS”). Offline-UPS:er och linjeinteraktiva UPS:er transformerar bara ned spänningen när batteriet behöver laddas och transformerar bara upp den igen vid strömavbrott.

UPS-utspänning

Med en online-UPS går strömmen alltid genom en växelriktare innan den når de strömsäkrade apparaterna. Samma sak gäller offline-UPS:er och linjeinteraktiva UPS:er vid strömavbrott. Växelriktarens uppgift är att transformera blyackumulatorns likspänning till en växelspänning som liknar den vi har i eluttagen. I eluttagen pendlar spänningen upp och ned likt en sinuskurva. Så ser spänningen också ut från UPS:er som innehåller rena sinusvågsväxelriktare.

Ren sinusvåg

Rena sinusvågsväxelriktare är dyra att tillverka. De flesta UPS:er innehåller därför ­istället trappstegsmodifierade sinusvågsväxelriktare som stegar upp och ned spänningen.

Trappstegsmodifierad sinusvåg

I princip alla UPS:er för konsument- och mindre kontorsbruk innehåller trappstegs­modifierade sinusvågsväxelriktare. Det behövs inte heller något annat för att driva ­vanlig kontorsutrustning som till exempel datorer och Nasar.

Automatisk avstängning

Den kanske viktigaste funktionen hos en UPS är möjligheten för automatisk avstängning av ansluten apparatur. Den funktionen gör att UPS:en kan varna en ansluten dator eller Nas om att ett strömavbrott har inträffat och därigenom förbereda datorn eller Nasen på att den snart måste stänga av sig.

För att automatisk avstängning ska fungera måste UPS:en ha någon typ av kommunikationsgränssnitt. Vanligtvis är det i form av en USB-kabel som kopplas till den berörda datorn eller Nasen. Datorn eller Nasen måste också ha drivrutiner för att kunna kommunicera med UPS:en. Sådana brukar UPS-tillverkarna tillhandahålla för Windows och Mac OS X om de inte redan finns inbyggda i de nämnda operativsystemen. När det gäller Nasar är det istället upp till Nas-tillverkarna att bygga in stöd för UPS:er. Nas-tillverkarna skapar kompatibilitetslistor över vilka UPS:er som de har byggt in stöd för i sina Nas-operativsystem. Dessa listor publiceras på Nas-tillverkarnas supportsidor.

UPS i Windows

Om en UPS ansluts med USB till en Windows-dator kommer datorn att behandla den som om den vore ett inbyggt batteri. Den operativsystemsinbyggda batterimätaren visar laddningsstatus och rapporterar ungefärlig batteritid. Datorn kan också stänga av sig själv när batteriet börjar ta slut, men tyvärr saknas mer avancerade UPS-inställningar i Windows. Windows-UPS:er brukar därför levereras med ett kompletterande UPS-­program. 

APC Powerchute ersätter Windows batterifunktion med en riktig UPS-funktion.

APC Powerchute är ett exempel på ett välanvänt UPS-program. Det ersätter de inbyggda batterifunktionerna i Windows och gör att användaren får en bättre överblick över strömsituationen. Användaren får exempelvis tillgång till mer detaljerade inställningsmöjligheter för automatisk avstängning. Powerchute samlar också in statistik och erbjuder användaren att själv definiera det godkända spänningsspannet. UPS:en växlar om till batteridrift om nätspänningen under- eller överstiger användarens definierade nivåer.

UPS i Mac OS X

Mac OS X har, till skillnad från och Windows, en riktig inbyggd UPS-funktion. Den är visserligen inte lika avancerad som APC Powerchute, men den ger användaren möjlighet att ställa in grundläggande UPS-inställningar. Det är därför vanligt att tillverkare som bygger Mac OS X-kompatibla UPS:er förlitar sig på den systeminbyggda funktionen (istället för att utveckla en egen).

Om en UPS ansluts med USB till en Mac dyker det upp en UPS-flik i inställningarna för strömbesparing (se Strömsparare som ligger i Systeminställningar). Genom att klicka på Avstängningsalternativ kan användaren välja om Macen ska stängas av efter ett visst antal strömavbrottsminuter eller när UPS:en uppskattar att den endast har möjlighet att strömförsörja Macen i ett visst antal minuter till. Användaren kan också välja att Macen ska påbörja en avstängningsprocess när UPS:ens batterinivå understiger en egendefinierad procentandel.

UPS-inställningar i Mac OS X El Capitan
UNär ett strömavbrott inträffar uppskattar Mac OS X hur många kvarvarande minuter som UPS:en kan driva Macen.

UPS i Synology DSM

Synology DSM har, likt Mac OS X, en bra inbyggd funktion för att hantera USB-­anslutna UPS:er. Den ligger i Kontrollpanelen under Hårdvara & Ström. Med hjälp av den funktionen kan administratören välja hur länge UPS:en ska hålla igång Nasen vid ett strömavbrott innan avstängningsprocessen påbörjas. Genom att klicka på Information om enheten visas hur lång tid DSM uppskattar att den anslutna UPS:en kan driva Nasen.

Nas-administratören kan välja hur länge UPS:en ska hålla igång Nasen vid ett strömavbrott.
Senast ändrad: 2016-05-11