Line-interactive 閘極?緣雙極性電晶體 CyberPower Eco Mode Off-line On-line Emerson 不斷電系統 在線互動式 矽控整流器 SCR IGBT 功率因數 UPS 單相電 三相電 離線式 在線式 施耐德 伊頓 台達

鎖定10大關鍵字 教你看懂UPS規格表

2014-05-13
隨著企業愈來愈依賴IT穩定營運,不斷電系統的角色也日益重要,但是想要確切依照需求做好規劃,就得事前做足功課。接下來,將從UPS常見的規格開始介紹說明,下述幾個關鍵字詞將與UPS的選擇與配置息息相關。
電力供應是基礎資訊系統提供服務的重要關鍵,任何品質不穩定的電力或是突發的停電事故,都可能對營運服務造成威脅。也因為如此,在資訊機房中大多會配置不斷電系統(UPS)擔負緊急供應電源的角色。

不斷電系統可以視為電力供應的一種保險機制,但不少企業看待UPS,卻如辦公大樓內的消防系統,以備而不用的心態,僅由成本決定配置。然而過度重視成本只會帶來更高的風險,特別是規劃不足的情況下,UPS無法承受後端太多的IT負載,其結果就是無法提供保護。當電力中斷,IT設備也跟著立即受到影響,如此一來也就失去部署UPS意義。當規劃錯誤或欠缺養護時,甚至還可能反而造成消防安全等更大風險。

隨著企業愈來愈依賴IT穩定營運,不斷電系統的角色也日益重要,但是想要確切依照需求做好規劃,就得事前做足功課。接下來,將從UPS常見的規格開始介紹說明,下述幾個關鍵字詞將與UPS的選擇與配置息息相關。

單相與三相

依輸電形式的不同,不斷電系統可區分為單相與三相不斷電系統。在一般分類上,單相電以家用居多,三相電則以工業應用環境為主,對於電力需求量較大的資訊機房或資料中心,往往需要三相電才能滿足其電力需求。三相的表示方法各國均有不同,國內是以R相、S相、T相來表示。而單相電則是三相電中每一組相線分別供電。

目前在UPS產品線中,單相與三相UPS通常以10KVA作為一個分水嶺,雖然也有容量低於10KVA的三相UPS,但為數並不多。一般來說,如果機房對電力容量需求較大,那麼三相UPS則較能符合需求,若是對電力容量需求較小,例如低於10KVA以下的企業環境,那麼單相UPS便足以應付。

台達關鍵基礎架構事業部業務經理林士基解釋,電力公司的電力輸送過程是由發電廠經超高壓變電所、一次與二次變電所,將電力送至大型工廠、資訊機房或一般用戶。電力一開始輸送便是以三相電為主,通常三相電在對外輸電時,會從連接點引出一條線,這條線為N線,本身為0V,這種帶N線的連接方式為Y型連接法,而Δ連接法則不帶N線。

在On-line UPS技術規格中會看到三相三線、三相四線或三相五線等表示方式。三相三線與三相四線的差別僅在於N線,多了N線的好處是在供電時可同時提供380V以及220V兩種不同的電壓,倘若三相三線,就只能提供380V的電壓,應用範圍相對較受侷限。另外,三相五線則是R、S、T、N,再加上一條地線(地線的角色是為了避免觸電)。在規格表中的表達方式為3ph+N+G。而單相電則通常會跟著N線以及地線,因而可提供220V以及110V兩種不同的電壓。

拓樸結構分類

除了依輸電形式區分之外,不斷電系統還可以從拓樸結構來分類,常聽到的離線式(Off-line)、在線互動式(Line-interactive)以及在線式(On-line),就是依拓樸結構而分類的UPS。

這三種拓樸結構運作原理略有不同。離線式UPS平時會由市電直接供電給後端的工作負載(也就是IT設備),直到發生斷電時,離線式UPS才會切換改由電池供電。一般來說,離線式UPS通常適用於較小規模的環境,例如小型辦公室、SOHO族等應用,投入成本與維護費用也較低。

在線互動式UPS則是在市電輸出後會經逆變器(Inverter)將電力提供給後端工作負載,同時也會對電池充電,一旦市電停電,電池放電同樣經過這個逆變器提供給後端工作負載。目前依設計不同,在線互動式UPS在拓樸結構會有些微差異,例如部分UPS搭配穩壓器之後,擴大了輸入或輸出的電壓可接受的範圍,一旦超過,穩壓器就會透過升壓或降壓來進行調節。

至於在線式UPS,平常就有穩壓及雜訊衰減的功能,市電供電後會經過整流充電器把交流電變成直流電,再經過直流電充電電池後,經逆變器把再直流電轉換成交流電,這中間就會濾除噪訊。萬一UPS超載,也能透過轉換開關,很快地切回到市電。 伊頓電氣內銷事業部技術服務經理楊永盛指出,目前市售在線式UPS反應時間多半控制在4ms之內,就能切換到市電,由市電供電給後端工作負載。在技術規格中,有時會看到雙轉換模式(Double Conversion)效率,這指的就是交流電轉換成直流電,再從直流電轉換到交流電的技術,經常運用於On-line UPS上。

低頻機與高頻機

雖然從成本考量,離線式UPS的價位最低,而在線式UPS所需投入成本最高,在線互動式UPS則是居中。但相對地,在線式UPS所提供的電力品質最為穩定,在線互動式UPS次之,離線式UPS則是最差。專家建議,倘若IT管理人員沒有概念,那麼直接選擇On-line UPS是最為保險的作法。

▲Emerson應用工程經理陳仲倉指出,資訊機房日益強調節能,UPS業者近期已改用IGBT(閘極絕緣雙極性電晶體)來提升整機效率。
從架構來看,On-line UPS之所以能提供最穩定的電力,原因就在於市電經過AC-DC整流器與DC-AC逆變器之後,從而改善了電力品質,但也因為如此,電力耗損在所難免。在資訊機房日益強調節能的今日,UPS業者紛紛從元件來加以改善,例如早期的AC-DC整流器是採用SCR(Silicon Controlled Rectifier,矽控整流器)而近期業者已經改用為IGBT(Insulated-Gate Bipolor Transistor,閘極絕緣雙極性電晶體),這兩者的差異主要是在整機效率的表現上。

Emerson應用工程經理陳仲倉解釋,SCR的工作頻率在60Hz,屬於低工作頻率。由於SCR為降壓整流,直流銅排上電壓經過逆變後,UPS輸出電壓會比UPS輸入電壓低,所以需要在輸出側設隔離升壓變壓器,這將導致設備體積較大,而且整機運轉效率只能達到88%?92%之間。但IGBT的工作頻率在1KHz~100KHz,屬於高工作頻率,且為升壓整流,因而不需要在輸出側設隔離升壓變壓器,整機效率便可達到94%以上。

Eco Mode模式

一如前上所提,On-line UPS將市電先經過AC-DC整流器與DC-AC逆變器,因而可以提供較佳的電力品質,但電力在轉換的同時中也勢必會發生耗損。一般而言,市電經由整流器將交流電轉換為直流電的過程中約有2%的耗損,再經逆變器將直流電轉換成交流電也會有2%的耗損,再加上其他元件的損耗,使得整機效率通常會在96%以下。


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