Autore: PUOJACKZ Data: 2005-12-06 Modificato: Documento non modificato Letture: 2302 Torna indietro

Un Uninterruptible Power Supply (detto anche UPS o Generatore di Continuità), è un dispositivo che mantiene un rifornimento continuo di corrente presso certi equipaggiamenti essenziali, che non devono esser colti da spegnimento improvviso, sia a causa della loro funzione strategica, che come prevenzione contro l'eventuale danneggiamento dell'hardware interno (qualora questo sia particolarmente delicato). Tale strumento và collegato, logicamente, interponendolo tra la sorgente di elettricità primaria (es. la presa a muro) e il cavo di connessione elettrica del dispositivo da proteggere (es. il cavo di alimentazione di un PC o un monitor), al fine di eliminare gli effetti di un eventuale periodo d'interruzione temporale del fornimento di elettricità, oppure di altre anomalie di transizione.
Gli UPS son posti, spesso, a protezione degli equipaggiamenti di telecomunicazione, nei computer ed in altre infrastrutture quali aereoporti, torri di controllo, reti elettriche per il sistema di atterraggio dei veivoli ed, in tutti quei luoghi ove un interruzione improvvisa di corrente può esser causa di pericolo, danneggiamento di beni e servizi o perdita di dati.

Design dell'UPS

Molti design di UPS, impiegati nelle telecomunicazioni, presentano un trasformatore collegato ad uno o più raddrizzatori di segnale, al fine di convertire l'impulso sinusoidale delle reti elettriche commerciali alternate (AC), in corrente continua a basso voltaggio (DC), tipicamente tra un range di 12 e 50 volts. Successivamente, son collegate una o più batterie ricaricabili, in parallelo, con dei raddrizzatori, al fine di mantenere il voltaggio e la corrente presenti, qualora il canale di erogazione principale sia assente. Varie disposizioni son tipicamente presenti al fine di assicurarsi che le batterie, le quali sono in perenne stato di ricarica (tramite un flusso minimo di corrente entrante), possano permettere la presenza di un fornimento di corrente appropriato, di uno stato di carica elettrica erogata fissa, così come l'eventuale correzione della corrente erogata dal canale commerciale, qualora quello pervenuto sia inadeguato (in quanto, ad esempio, potrebbe generare dei comportamenti anomali nei dispositivi, causarne la rottura, oppure, in particolare, nei computers, comportare anche una perdita di dati, in relazione ai requisiti elettrici minimi legati alle fasi di scrittura/lettura, necessarie per il funzionamento dell'Hard Disk). Siccome le batterie impiegate negli UPS forniscono una corrente DC, questo genere di backup è il solo ottimale per certi dispositivi per le telecomunicazioni, i quali non necessitano di un alimentazione AC commerciale.
Gli UPS più obsoleti fornivano una linea elettrica pari alla qualità dell'AC commerciale. Questi son dotati di un sistema a generatore a motore con un gran volano che manteneva il generatore in rotazione producendo elettricità, mentre, un engine ausiliario veniva avviato al momento dell'interruzione della linea. Qualche volta, era il volano stesso ad avviare il motore. Questi sistemi, tipicamente, coprivano un periodo di 30 secondi d'interruzione, in attesa che la componente ausiliaria s'attivasse.
Le versioni di UPS più moderne son dotate di: raddrizzatore d'onda, invertitore, switch statico e sistema di conservazione dell'energia elettrica. La corrente primaria alimenta il raddrizzatore, il quale converte il flusso elettrico da alternato a continuo. Quest'ultima viene inviata all'invertitore e al sistema di conservazione normale (che cosiste in un insieme di batterie collegate), oppure basato sulla presenza dei volani. L'invertitore è anche connesso al carico da alimentare. Quando la linea di corrente principale non è più disponibile, oppure, non è utilizzabile, il raddrizzatore si spegne e il sistema di conservazione eroga l'energia all'invertitore. Maggiore è il sistema di conservazione, oppure, minore è il carico di corrente necessario per mantenere attivo il dispositivo da alimentare e più tempo quest'ultimo riceverà corrente dalle batterie. Lo switch statico può essere usato per fornire corrente ad un carico, quando il raddrizzatore e l'invertitore sono spenti, oppure, durante le fasi di manutenzione o quando i dispositivi connessi superano i limiti massimi di corrente erogata dall'invertitore.
Gli UPS che incanalano la corrente primaria necessaria dai carichi da rifornire, attraverso un raddrizzatore ed un invertitore, son detti "Sistema Online a conversione duale". Esistono, comunque, delle alternative, relative a questa tipologia di configurazione.

I 9 problemi della struttura di erogazione elettrica commerciale

Ci son nove problemi di linea che un UPS può dover affrontare:

1) Interruzione dell'erogazione della linea elettrica
2) Sag, cioè, piccoli intervalli (di qualche secondo al massimo) di sottotensione, rispetto al normale livello erogato
3) Surge, cioè, piccoli intervalli (di qualche secondo al massimo) di sovratensione, rispetto al normale livello erogato
4) Brownout, cioè, sottovoltaggio, rispetto al normale livello erogato, di minuti, ore o giorni
5) Sovratensione a lungo termine, per minuti, ore o giorni
6) Disturbi alla linea elettrica, per cause esterne
7) Variazione di frequenza nella linea elettrica
8) Accensione/Spegnimento di dispositivi, ad alimentazione elettrica, presenti nelle vicinanze (causa di sotto/sovratensioni per qualche nanosecondo)
9) Multipli d'armonica, nella frequenza della linea elettrica, imposti da cause esterne
 
Un UPS è classificato secondo i livelli numerici: 3, 5, o 9, a seconda di quanti problemi di linea gestisca (se 3, 5 o 9, rispettivamente). Questo genere di decisioni, spesso, vengono operate qualora si debba scegliere una tecnologia di protezione per grandi installazioni, ove la circuiteria dei dispositivi è molto delicata, anche se, è buona norma che la linea elettrica primaria commerciale non venga mai connessa direttamente agli equipaggiamenti.
Vari tipi di sistemi UPS assicurano che tale errore avvenga. In un caso di predisposizione, l'invertitore viene eseguito in hot standby, sincronizzato con la linea elettrica in alternata (AC), ma senza alimentare il carico e permettendo la sostituzione dei raddrizzatori, inversori o delle batterie, per scopi di manutenzione o in caso di malfunzionamento.
Tale configurazione è detta di tipo "OffLine". Versioni di UPS, che iniziano da un output minore di 1 KW, fino ad un discreto numero, son disponibili in commercio. Sebbene molti gruppi di continuità operano con un margine di autonomia di 10 minuti, dopo che la linea elettrica principale è venuta a mancare, alcuni sistemi di telecomunicazione son stati creati al fine di operare per circa 24 ore, anche senza erogazione.

NOTA: Non si confonda un UPS con un standby generator, il quale non offre protezione per un interruzione momentanea di corrente, oppure, che può causare una mancanza di erogazione elettrica, qualora venga messo in servizio, sia manualmente che automaticamente. Tuttavia, tale generatore può esser posto, logicamente, tra l'infrastruttura di servizio principale e l'UPS, al fine di coprire eventuali carenze di linea primaria, per lunghi periodi di tempo.

Tecnologie contenute negli UPS

UPS-Standby

Vengono avviati solo in caso l'erogazione di corrente, da parte della centrale pubblica, sia completamente assente. Offre una protezione solo di livello 1. Questa è la versione di UPS più econonomica ed è consigliata per i computer domestici.

Interattiva alla Linea

Nei design UPS interattivi alla linea, il convertitore che raddrizza la corrente, dalla batteria all'AC, è sempre connesso all'uscita dell'UPS stesso. Quest'ultimo, qualora l'erogazione dalla rete centrale sia attiva, provvede nel mantenere la batteria sempre carica.
In caso di bisogno, l'output viene reindirizzato, dalla linea AC, a quella offerta dall'UPS.
Grazie a tale tipologia di progettazione, questo gruppo di continuità permette il filtro di altri problemi presenti nell'onda elettrica erogata dalla centrale principale ed offre una maggior protezione rispetto all'UPS-Standby.
In aggiunta, è presente anche trasformatore "tap-changing". Questo aumenta la possibilità di regolazione del voltaggio, adattando i taps del trasformatore, qualora il voltaggio, in input, cambi. Tale feature è importante qualora vi siano delle condizioni di basso voltaggio, in quanto, l'UPS può identificiare un eventuale mancanza di corrente ed attivare la modalità di erogazione da batteria. A causa delle basse cariche presenti, quest'ultima non riuscirebbe a caricarsi, oppure, vi sarebbe un sovraccarico nell'uso della batteria, riducendone la durata o causandone il malfunzionamento.
L'abilità nel correggere le condizioni di voltaggio alto o basso, rende questo tipo di UPS dominante nel range tra i 0.5-5kVA.

Conversione Online Delta

Questa tipologia di UPS si basa sulla tecnologia "Interattiva alla linea". In tale configurazione, la sorgente di corrente primaria viene mescolata con quella ottenuta dal raddrizzatore. A differenza delle tecnologie "OffLine", non occorre impostare alcuno switch, mentre, rispetto quelle "OnLine", non è presente una separazione continua tra il carico e la rete primaria. Questa tipologia offre protezione per tutte le anomalie, tranne quella di livello 7.

Conversione a doppia potenza OnLine

Questa tipologia di UPS converte la corrente AC in DC, per poi ripristinarla in AC, al fine di alimentare l'equipaggiamento collegato. Le batterie son direttamente connesse a livello DC. Viene operato un filtro sia ai disturbi della linea, che alle altre anomalie presenti, offrendo una protezione fino a livello 9.
Un altro beneficio di questa tecnologia è la continuità: in tutti e 9 i casi, il sistema rimane nella stessa modalità operativa. A causa, però, della conversione doppia, vi è una perdita nell'efficienza.

Protettore di picchi (Surge protector)

Il surge protector è un dispositivo progettato al fine di proteggere i carichi dai picchi anomali di carica, provenienti dall'erogatore principale. Quest'ultimi effettuano una regolazione del voltaggio offerto ai dispositivi elettrici, bloccando oppure, creando dei corto-circuiti indotti, al fine di scaricare, nella messa a terra, eventuali scariche di potenza, oltre ad un certo threshold.

I surge protectors vengono costruiti con uno o più dei seguenti componenti elettronici:

- Un fusibile che scoppia, o un circuito a punto di rottura, che blocchi eventuali cariche eccessive, qualora vengano consumate o inoltrate dal o verso il dispositivo. Questo evita sia i picchi causati dall'eventuale malfunzionamento fisico dell'equipaggiamento, sia da eventuali irregolarità di linea, generate da sorgenti esterne.
- Un trasformatore composto da un nocciolo d'acciaio può trasmettere le cariche AC, allo stesso modo di un semplice suo pari (anche se meno efficacemente), ma non permette il passaggio dei picchi improvvisi, a causa della saturazione del core stesso.
- Un MOV, il quale, è un piccolo dispositivo che causa un corto-circuito indotto, convogliando i picchi a terra e proteggendo il dispositivo. Sfortunatamente, questa tipologia di protezione, però, tende nell'essere auto-distruttiva (e detta, anche "One-Shot Device") qualora venga sottoposta a dei carichi molto forti. Vari surge protector son dotati solo di MOV, i quali vengono distrutti anche successivamente ad un singolo fulmine.
- Un diodo zener, il quale è un piccolo diodo progettato per proteggere un circuito dai normali picchi di carica. Quest'ultimo è presente nei circuiti motorizzati. Inoltre, viene aggiunto, in certi casi, anche un diodo soppressore di voltaggio variabile.
- Un tubo di scarica a gas, usato come un MOV, tranne per il fatto che sfrutta il gas contenuto ed ionizzato, per il passaggio del voltaggio. Questa tecnologia, permette una durata maggiore del funzionamento del surge protector, senza comportarne la distruzione del componente, ma col svantaggio di reagire all'alto voltaggio, più lentamente.
 
Un UPS, diversamente, fà fluire la linea esterna all'interno della batteria, la quale assorbe i picchi, allo stesso modo di un condensatore, che, in parallelo, agisce come filtro passa-basso.