Nowe technologie w zabezpieczaniu zasilania

Aby zapewnić bezpieczeństwo danych przetwarzanych w systemie teleinformatycznym, nie wystarczy zastosowanie oprogramowania antywirusowego czy zapory ogniowej. Konieczne jest również zapewnienie fizycznego bezpieczeństwa infrastruktury teleinformatycznej. Jednym z głównych zagrożeń fizycznych, na które może być narażony system teleinformatyczny, są zakłócenia zasilania.

Aby zapewnić bezpieczeństwo danych przetwarzanych w systemie teleinformatycznym, nie wystarczy zastosowanie oprogramowania antywirusowego czy zapory ogniowej. Konieczne jest również zapewnienie fizycznego bezpieczeństwa infrastruktury teleinformatycznej. Jednym z głównych zagrożeń fizycznych, na które może być narażony system teleinformatyczny, są zakłócenia zasilania.

Porównanie strat różnych typów zasilaczy UPS

Porównanie strat różnych typów zasilaczy UPS

Dostępność energii elektrycznej nie jest ani ciągła, ani pozbawiona zakłóceń. Systemy teleinformatyczne są szczególnie wrażliwe na jakość zasilania, gdyż już nawet chwilowa przerwa (kilkadziesiąt ms) w zasilaniu może być przyczyną utraty 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, to właśnie wysokie straty spowodowane brakiem dostępności są czynnikiem decydującym o zakupie i instalacji systemów zasilania gwarantowanego. Ochronę przed problemami z siecią zasilającą zapewnia się, stosując system zasilania gwarantowanego złożony z takich urządzeń, jak: UPS (Uninterruptible Power Supply), siłownie prądu stałego oraz agregaty prądotwórcze, które zasilają poszczególne odbiorniki systemu teleinformatycznego poprzez instalację elektryczną.

Zastosowanie zasilaczy UPS pozwala na wyeliminowanie krótkotrwałych przerw w zasilaniu (krótszych niż czas autonomii zasilacza), a więc tych, które występują najczęściej. Obecnie produkowane UPS charakteryzują się wyższą sprawnością i mniejszymi gabarytami od swoich poprzedników jeszcze sprzed kilku lat. Jeśli istnieje potrzeba zapewnienia zasilania podczas długotrwałych przerw w dostawie energii, konieczne jest wyposażenie systemu zasilania gwarantowanego w agregat prądotwórczy lub ogniwo paliwowe. Coraz częściej do zasilania systemów teleinformatycznych stosuje się redundancyjne układy zasilania, w których dzięki zwielokrotnieniu krytycznych elementów lub całych systemów zmniejszeniu ulega ryzyko wystąpienia awarii, uzyskując niezawodność na poziomie 99,9999999.

Zmiany w technologii budowy zasilaczy UPS

Współczesne zasilacze UPS są skomplikowanymi urządzeniami energoelektronicznymi ze sterowaniem mikroprocesorowym na każdym poziomie przetwarzania energii. Chodź idea działania zasilaczy UPS nie zmieniła się od czasu ich powstania (lata 70. ubiegłego wieku), to postępujące ciągłe udoskonalanie układów przekształtników energoelektronicznych oraz systemów sterowania spowodowało znaczne zmniejszenie ich gabarytów, a także zwiększenie sprawności i niezawodności. Usprawnienie przekształtników energoelektronicznych, które są sercem UPS-ów, wynika głównie ze zwiększenia częstotliwości przełączania tranzystorów mocy, ulepszenia układów chłodzenia i w konsekwencji zwiększonego upakowania elementów. Sprawność tego typu zasilaczy kształtuje się znacznie powyżej 90% i jest mniej zależna od poziomu ich obciążenia.

Coraz częściej użytkownicy decydują się więc na wymianę posiadanych zasilaczy na nowoczesne urządzenia UPS o większej sprawności. Do zwiększenia sprawności systemu zasilania przyczynia się również wykorzystanie UPS-ów skalowalnych, gdyż można lepiej dopasować moc zasilaczy do aktualnego obciążenia (sprawność UPS-ów jest mniejsza dla obciążenia niższego od wartości nominalnej). Nowoczesne zasilacze bezprzerwowe są wyposażone w układy korekcji współczynnika mocy oraz filtry przeciwzakłóceniowe.

W związku z rozwojem technologii wytwarzania akumulatorów znacznemu zwiększeniu uległa również żywotność baterii stosowanych w UPS-ach, która dochodzi obecnie już do 15 lat, nie mniej jednak nadal pozostają one najsłabszym punktem zasilaczy UPS. Dużą wadą stosowania akumulatorów jest brak pewności, co do ilości zmagazynowanej w nich energii i aktualnego ich stanu, co może skutkować występowaniem przestojów w sytuacjach krytycznych. Dlatego często w zasilaczach UPS instaluje się układy pozwalające oszacować aktualną pojemność baterii, dzięki czemu istnieje możliwość wcześniejszego wykrycia potencjalnych problemów.

Ogniwa paliwowe - alternatywą baterii, akumulatorów i agregatów prądotwórczych

 Zasilacze UPS stają się coraz mniejsze, rośnie za to sprawność i niezawodność

Zasilacze UPS stają się coraz mniejsze, rośnie za to sprawność i niezawodność

W systemach typu UPS dla zapewnienia czasu autonomii stosuje się baterie akumulatorów, tzw. bezobsługowe i szczelnie wykonane w technologii VRLA bądź AGM. Zarówno akumulatory VRLA, jak i AGM mają stosunkowo ograniczoną żywotność, co powoduje konieczność jej okresowej, dość kosztownej wymiany.

Dodatkowym problemem w przypadku stosowania klasycznych zasilaczy UPS jest zapewnienie zasilania awaryjnego w razie długotrwałego braku zasilania. W takim wypadku stosowano dodatkowo agregat prądotwórczy, którego instalacja wiąże się również z poważnymi wymaganiami. Do ich wad należą duże gabaryty oraz problemy związane z dostarczaniem paliwa i zapewnieniem dużych ilości powietrza (nieodzownego zarówno do procesu spalania paliwa, jak i chłodzenia) oraz odprowadzeniem spalin. Agregaty prądotwórcze są ponadto źródłem hałasu, a także wymagają dozoru oraz częstych przeglądów i wymiany materiałów eksploatacyjnych.

W związku z tymi wadami producenci systemów gwarantowanego zasilania od dawna poszukują alternatywy istniejących rozwiązań. Jednym z nich może być wodorowe ogniwo paliwowe (Fuel cell), które zostało odkryte już w XIX w. przez Williama Grove'a. W ogniwie tym - podczas elektrochemicznej reakcji łączenia wodoru z tlenem - powstaje prąd elektryczny, a odpadowym produktem jest woda.

Ogniwa paliwowe są zasilane zwykle wodorem oraz tlenem pobieranym z powietrza atmosferycznego. Wodór - dostając się na anodę - wywołuje reakcję chemiczną, a katalizator uwalnia elektrony. Powstałe w wyniku procesu dodatnio naładowane jony atomów wodorów są absorbowane przez membranę polimerową. Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do katody przechwytuje swobodne elektrony, powodując przepływ prądu stałego. Wytworzone ujemne jony tlenu reagują natomiast w membranie z protonami, w wyniku czego powstaje cząsteczka wody. Wszystkie reakcje zachodzące w ogniwie mają charakter egzotermiczny, więc jedynymi produktami ubocznymi w procesie wytwarzania prądu są woda i ciepło. Istnieje wiele typów ogniw paliwowych, różniących się rozwiązaniami konstrukcyjnymi. Obecnie seryjnie produkowane ogniwa paliwowe mają trwałość wynoszącą ok. 1500 h pracy. Rzeczywista trwałość jest jednak trudna do oszacowania, gdyż ogniwa paliwowe wymagają idealnie czystego paliwa (nawet najdrobniejsze zanieczyszczenie wodoru może bowiem spowodować trwałe uszkodzenie ogniwa). Dużym problemem są także wysokie koszty wodoru, chodź trwają pracę nad wykorzystaniem jako paliwa o wiele tańszego gazu, takiego jak metanol. O ile jednak w przypadku zastosowania gazowego wodoru można uzyskać wysoką efektywność energetyczną 80%, o tyle w wypadku metanolu, z którego trzeba najpierw pozyskać wodór, efektywność ta spada dwukrotnie.