Gwarantowane zasilanie jest niezwykle istotne z punktu widzenia niezawodności i prawidłowego funkcjonowania całego systemu teleinformatycznego. Żadne urządzenie teleinformatyczne nie może funkcjonować bez energii elektrycznej, której dostępność nie jest ciągła.

Od czasu wielkiej awarii w Stanach Zjednoczonych dostawcy systemów zasilania gwarantowanego przestrzegali przed możliwością powtórzenia się tego typu sytuacji również w Polsce. I stało się, w lecie br. miała miejsce poważna awaria systemu elektroenergetycznego obejmująca swoim zasięgiem obszar północno-wschodniej Polski. Jak uważają specjaliści stan krajowej sieci elektroenergetycznej jest zły i w wypadku braku znaczącego zwiększenia się nakładów na modernizację i remonty będzie ulegał dalszemu pogarszaniu, czego wynikiem może być znaczący wzrost częstotliwości występowania awarii.

Systemy teleinformatyczne są szczególnie wrażliwe na złą jakość zasilania, gdyż już nawet chwilowa przerwa (kilkadziesiąt ms) w zasilaniu może spowodować utratę danych znajdujących się w pamięci RAM lub spowodować wyłączenie bądź "zawieszenie" się urządzeń teleinformatycznych, skutkując długimi przestojami. Obecnie ze względu na ważną rolę, jaką odgrywają systemy teleinformatyczne, głównym czynnikiem skłaniającym do zakupu urządzeń ochrony zasilania są wysokie straty spowodowane brakiem dostępności.

Systemy ochrony zasilania są jednym z najważniejszych elementów infrastruktury służącym zapewnieniu wysokiej niezawodności i bezpieczeństwa funkcjonowania systemów teleinformatycznych. Podstawą współczesnych układów gwarantowanego zasilania są zasilacze UPS, wspomagane w niektórych aplikacjach, dla uzyskania długich czasów podtrzymania pracy odbiorników - agregatami prądotwórczymi. W redundancyjnych (N+1 bądź 2 N) systemach zasilania gwarantowanego możliwe jest uzyskanie niezawodności na poziomie 99, 9999999, co oznacza czas braku dostępności zasilania na poziomie 30 ms w roku. Zastosowanie systemów zasilania zmniejsza więc w istotny sposób skalę zagrożeń, zapewniając bezprzerwową pracę odbiorników, niezależnie od występujących zakłóceń zasilania.

Rynek zasilaczy UPS

Polski rynek zasilania charakteryzuje dość duże rozdrobnienie, szczególnie w segmencie dostawców urządzeń zagranicznych. Na krajowym rynku zasilaczy UPS wykorzystywanych w aplikacjach teleinformatycznych zasilacze małych mocy są oferowane głównie w kanale dystrybucyjnym, a UPS-y dużych mocy poprzez specjalistyczne firmy (np. KLK, EST-Energy, Comex, FastGroup). Dominującą pozycję na rynku mają zachodni producenci, choć w dalszym ciągu dużym udziałem w nim mogą pochwalić się firmy lokalne (szczególnie w segmencie niższych mocy systemów dla SOHO i użytkownika masowego).

Największy udział w sprzedaży ma światowy potentat w branży UPS i infrastruktury fizycznej firma American Power Conversion (APC), której głównymi konkurentami w zakresie zasilaczy małych mocy są polskie filmy Ever, Fideltronik i Eta, a w segmencie dużych mocy takie firmy, jak: GE Digital Energy, Eaton Powerware (stanowiąca kolejne wcielenie bardzo popularnych niegdyś marek jak Fiskars i Exide Electronics), MGE UPS, Emmerson Network Power i wchodzący w jego skład Liebert oraz Socomec-Sicon. Polscy producenci systemów zasilania dużych mocy, reprezentowani głównie przez warszawskie firmy Medcom i APS Energia, skupiają się na zasilaczach dedykowanych do zabezpieczania systemów w aplikacjach przemysłowych, a ich udział w segmencie teleinformatycznym jest niewielki.

Trzeba chłodzić i monitorować

Dla Instalacji dużych systemów gwarantowanego zasilania (np. do zabezpieczania tzw. Data Center) często konieczna jest adaptacja pomieszczenia, w którym urządzenie będzie zamontowane, w tym wyposażenie go w zaawansowane rozwiązania klimatyzacyjne, jak również występuje konieczność budowy systemu nadzoru. Z tego powodu niektórzy producenci zasilaczy UPS coraz częściej dodają do swojej oferty urządzenia klimatyzacyjne, zaawansowane systemy monitoringu oraz szafy do montażu urządzeń teleinformatycznych. Przykładem może być sukcesywna polityka APC, który w IV kwartale 2005 r. kupił firmę NetBotz specjalizującą się w produkcji systemów nadzoru, poszerzając swoją architekturę Infrastruxture o zaawansowane systemu monitoringu. W ostatnim okresie ze względu na zwiększoną liczbę inwestycji i centralizację systemów przetwarzania chłonność krajowego rynku na systemy modularne wzbogaco na o układy dystrybucji i chłodzenia uległa wzrostowi. Dostawcy systemów zasilania awaryjnego mogą być jednak nieco rozczarowani, bowiem poważne awarie sieci energetycznej sprzed kilku lat nie wpłynęły znacząco na wzrost ich obrotów, co jest spowodowane dużą konkurencją na tym rynku i w efekcie spadającymi cenami.

Systemy zasilania w nowych aplikacjach teleinformatycznych

Coraz powszechniejsze stosowanie takich rozwiązań, jak telefonia Voice over IP czy rozproszone systemy automatyki i zabezpieczeń budynków, wymusiło konieczność stosowania nowych sposobów zasilania. Głównym problemem pojawiającym się przy budowie instalacji zasilającej jest duże rozproszenie urządzeń sieciowych oraz montaż w często trudno dostępnych miejscach. Konieczność uzyskania wysokiej dostępności, a więc zasilanie poprzez UPS bądź siłownie napięcia gwarantowanego, jest trudne w realizacji i niesie za sobą znaczny wzrost kosztów.

Wymienione uwarunkowania wiążą się z koniecznością modyfikacji dotychczas stosowanych technologii sposobów zasilania oraz ze zmianą sposobu definiowania wymogów stawianych systemom zasilania. Jako odpowiedź na nowe wyzwania IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers - www.ieee.org) wprowadził standard 802.3af, nazwany Power over Ethernet (skrót PoE), umożliwiający zasilanie urządzeń poprzez miedziowe okablowanie LAN. Specyfikacja 802.3af jest korzystnym roz- wiązaniem szczególnie w wypadku zasilania rozległych systemów takich jak telefonia IP ze względu na brak potrzeby budowy niezależnej instalacji zasilającej i prostotę zarządzania. Przełączniki wspierające technologię Power over Ethernet są w stanie dobrze spełniać potrzeby wynikające z konieczności zapewnienia określonego poziomu mocy i ekonomicznej eksploatacji. Podstawowymi zaletami płynącymi z wykorzystania standardu Power over Ethernet są:

1. Niskie koszty instalacji i konserwacji.
2. Duża efektywność zarządzania.
3. Łatwa integracja z otoczeniem.

Specyfikacja 802.3af przewiduje, że urządzenia sieciowe są zasilane napięciem stałym 48 V przez okablowanie kategorii 3, 5, 5e lub 6UTP (skrętka nieekranowana) powszechnie stosowane w sieciach LAN. Zasilanie odbiorników poprzez infrastrukturę LAN jest automatycznie aktywowane, kiedy wykrywane urządzenie wspiera ten standard, lub blokowane w przeciwnym razie. Dzięki wykorzystaniu tej technologii możliwe jest zasilanie maksymalną mocą 15,4 W pojedynczego urządzenia, co w zupełności wystarcza do zasilania zarówno typowego telefonu IP, jak i punktu dostępu bezprzewodowego WLAN. Napięcie zasilające jest podawane poprzez parę przewodów miedzianych kabla LAN.

Zasilanie poprzez przełącznik mid-span

Dzięki wykorzystaniu tego standardu sieć dystrybuująca zasilanie ma identyczną architekturę jak sieć LAN (topologia punkt-wiele punktów), co znacznie ułatwia zabezpieczenie zasilania dla poszczególnych urządzeń sieci LAN. Aby zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa, wszystkie przełączniki zasilające powinny współpracować z systemami zasilania gwarantowanego zapewniającymi czas autonomii na poziomie kilku godzin. Warto również wspomnieć, iż ten standard pozwala na wykorzystanie jako urządzenia zabezpieczającego zasilanie zasilaczy UPS bądź siłowni stałoprądowych 48 V (wykorzystywanych do tej pory głównie do zabezpieczenia systemów telekomunikacyjnych).

Wybór właściwego rozwiązania zasilania gwarantowanego

Pierwszym etapem projektowania systemu zasilania gwarantowanego jest określenie, jaki wariant systemu należy zastosować - rozproszony, strefowy czy centralny. Wariant rozproszony polega na stosowaniu pojedynczych zasilaczy UPS dla każdego odbiornika, natomiast w wariancie centralnym występuje jeden zasilacz oraz dedykowana instalacja, dystrybuująca energię do zasilanych odbiorników. Możliwie jest również rozwiązanie mieszane, tzw. strefowe, które polega na zasilaniu poszczególnych grup urządzeń (stref) poprzez dedykowane systemy UPS. Przy doborze zasilacza UPS należy, po określeniu parametrów technicznych, zwrócić uwagę na następujące parametry ekonomiczne:

1. Cena jednostkowa zakupu zasilacza UPS.
2. Koszt instalacji zasilacza awaryjnego.
3. Sprawność UPS pozwalająca oszacować koszt eksploatacji.
4. Koszty konserwacji i serwisu.

Perspektywy rozwoju systemów gwarantowanego zasilania

Straty ponoszone przez gospodarkę światową w wyniku złej jakości energii elektrycznej są aktualnie liczone w setkach miliardów dolarów rocznie i mają niestety tendencję wyraźnie rosnącą. Aby sprostać obecnym wyzwaniom dotyczącym pewnego i o wysokiej jakości zasilania, konieczne jest stosowanie nowoczesnych i nadmiarowych zasilaczy UPS. Infrastruktura zasilania musi być tak zaprojektowana i wykonana, żeby zapewniać możliwość rozbudowy i dostosowania do zmieniających się potrzeb, co w wypadku klasycznych instalacji znacznie zwiększa początkowe nakłady inwestycyjne. Obecnie coraz częściej przy budowie systemu zasilania odchodzi się od konstruowania systemów z wielu rozmaitych elementów, zwracając się ku gotowym rozwiązaniom standaryzowanym, wstępnie zaprojektowanym i produkowanym seryjnie. Rozwiązania takie cechują się większą niezawodnością oraz skalowalnością niż klasyczne konstrukcje.

Wśród zasilaczy UPS obserwuje się ciągłą tendencję zmniejszania gabarytów w stosunku do oferowanej mocy, spowodowaną optymalizacją powierzchni współczesnych serwerowi, co stwarza poważne trudności w chłodzeniu. Obecnie większość zasilaczy UPS dużej mocy jest zbudowana w oparciu o energoelektroniczne układy przekształtnikowe wysokiej częstotliwości przełączania, co skutkuje znacznym obniżeniem poziomu zniekształceń wnoszonych do sieci elektroenergetycznej.

W miarę postępu technicznego doskonalone są tradycyjne rozwiązania techniczne (zasilanie DC, UPS, agregaty prądotwórcze) oraz są rozwijane - przy zaangażowaniu bardzo dużych środków finansowych - nowe technologie magazynowania energii (zasobniki energii).

Przykładem nowych rozwiązań w zakresie zasilania mogą być ogniwa paliwowe, które coraz częściej są stosowane jako alternatywa dla agregatów prądotwórczych. Ogniwo paliwowe (fuel cell) jest urządzeniem, w którym podczas elektrochemicznej reakcji łączenia wodoru z tlenem powstaje prąd elektryczny, a odpadowym produktem jest woda. Istnieje wiele typów ogniw paliwowych, różniących się rozwiązaniami konstrukcyjnymi, elektrolitem czy temperaturą pracy (80°C - 1000°C), jednak są to urządzenia dużo droższe od konwencjonalnych źródeł energii elektrycznej i wymagające ponadto współpracy z klasyczną baterią akumulatorów, tak więc ich popularność jest na razie niewielka.