Joe.V76
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Che cos'è un sistema UPS?
Un UPS (Uninterruptible Power Supply, gruppo di continuità in italiano) nella sua forma più elementare, è un sistema di alimentazione di backup a batteria che fornisce energia abbastanza a lungo da consentire lo spegnimento corretto dell'apparecchiatura in caso di interruzione dell'alimentazione di rete (esistono anche UPS a super-condensatori e sistemi dinamici a volano). Aiuta a prevenire la perdita di dati e riduce al minimo lo stress che un arresto brusco provoca sulle apparecchiature elettroniche.
L'UPS è anche un dispositivo di protezione contro le sovratensioni che protegge i dispositivi collegati da problemi di alimentazione, come picchi o tensioni anomale, transienti, che possono danneggiare, ridurre la durata o influire sulle prestazioni di apparecchiature e dispositivi elettronici.
Perché ho bisogno di un sistema UPS?
In caso di blackout, l'UPS passa immediatamente all'alimentazione a batteria per fornire una fonte di alimentazione continua per tutta la durata della batteria. La durata della batteria può variare in base al sistema e dipende dalla quantità di energia utilizzata. Il backup della batteria dà il tempo di spegnere apparecchiature sensibili, server o persino console per videogiochi senza perdita di dati o progressi. Diversi sistemi UPS forniscono anche determinati livelli di protezione per altri problemi di alimentazione che si presentano.
Quali tipi di sistemi UPS esistono?
I sistemi UPS hanno tre diverse topologie, o categorie, in base al tipo di protezione dell'alimentazione necessaria. Le tre topologie sono Standby, Line Interactive e Double Conversion.
Che tipi di problemi di alimentazione ho?
Molte persone sono consapevoli di un solo tipo di problema di alimentazione: un blackout. Questo è quando l'alimentazione si perde. Ma esistono molti problemi di alimentazione più comuni.
Quali sono i problemi di alimentazione comuni?
Definiamo i possibili problemi di alimentazione che potresti riscontrare:
Surge – Un breve, ma intenso, picco di elettricità comunemente causato da un fulmine. Le sovratensioni possono danneggiare e distruggere l'elettronica e l'intenso "picco di elettricità" o il picco di tensione e corrente danneggia i circuiti e i componenti.
Blackout: un'interruzione di corrente che dura da secondi a giorni. Questi sono più comunemente causati da condizioni meteorologiche avverse, mancanza di energia elettrica, incidenti e guasti alla rete elettrica.
Brownout – Un calo totale di tensione intenzionale o non intenzionale per un lungo periodo di tempo. In condizioni di emergenza, le compagnie elettriche possono abbassare la tensione dell’abitazione.
Abbassamenti di tensione - Anche un abbassamento è un tipo di Brownout ma, a differenza di quest’ultimo, è improvviso e breve.
Sovratensione (**vedi nota): si verifica quando la tensione in ingresso è superiore al normale e dura più a lungo del picco (Surge), ma non sufficientemente elevata da essere classificata come tale.
Rumore di frequenza: noto anche come rumore di linea, il rumore di frequenza può interrompere o degradare le prestazioni di un circuito iniettando anomalie nel sistema.
Variazione di frequenza: non è un problema comune quando gli alimentatori sono stabili, ma può verificarsi quando si utilizzano generatori e la frequenza di alimentazione fluttua più del desiderato.
Distorsione armonica – Una deviazione dal segnale elettrico ideale su una data fonte di alimentazione.
Quanto deve essere grande il mio UPS?
Il tuo UPS deve essere abbastanza grande da supportare tutte le apparecchiature collegate. Maggiore è la capacità, più apparecchiature elettroniche e dispositivi può supportare.
Ho bisogno di un'uscita sinusoidale pura dal mio UPS?
Noterai dall’immagine in spoiler, che l'uscita dell'onda sinusoidale simulata ha un gap di potenza ad ogni ciclo. A volte questo gap di alimentazione può causare stress nell'alimentatore in dispositivi elettronici sensibili, danneggiandoli.
La forma d'onda presente alla presa elettrica d'uscita di un UPS può essere quella presente in ingresso (normalmente quella della fornitura elettrica della rete nazionale, quindi in Italia una sinusoide pura con la frequenza nominale di 50 Hz, e THDv <8%) passata all'uscita tale e quale, oppure venire generata dall'inverter dell'UPS (ad esempio quando in modalità batteria), dando luogo a diverse opzioni a seconda del tipo di UPS; in termini di forma d'onda, in ordine qualitativo decrescente si può avere:
In termini di frequenza, la forma d'onda generata può essere fissa alla frequenza nominale di 50 Hz o 60 Hz a seconda dei modelli di UPS, oppure poter essere selezionata con apposita configurazione.
Molte apparecchiature elettriche per funzionare correttamente necessitano dell'onda sinusoidale pura con THDv <8% (o di THDv anche più bassa), ed alcune anche una specifica frequenza, pena spegnimento/mancata accensione, surriscaldamenti, vibrazioni/ronzii anomali, malfunzionamenti, guasti riparabili/irreparabili a se stesse e/o all'UPS (problemi non necessariamente sviluppati al primo istante di utilizzo, ma anche dopo un tot di tempo/volte variabile).
Avrai bisogno di un UPS con tecnologia sinusoidale pura se desideri collegare quanto segue:
Computer e apparecchiature che sono sistemi efficienti Energy Star® o 80 PLUS® che utilizzano alimentatori PFC attivi. Le apparecchiature elettroniche con alimentatori PFC attivi possono spegnersi inaspettatamente quando si utilizza un UPS con uscita a onda sinusoidale simulata, con conseguente perdita di dati o danni alle apparecchiature. I sistemi UPS che forniscono un'uscita sinusoidale prevengono arresti imprevisti e dannose sollecitazioni elettroniche.
NOTE:
*Nozioni di base sulle armoniche
Le armoniche di tensione sono una distorsione della forma d'onda di tensione. Analogamente, le armoniche di corrente sono una distorsione della forma d'onda di corrente. Queste distorsioni della forma d'onda sono difficili da quantificare con una semplice equazione, pertanto viene applicato un metodo matematico detto analisi di Fourier. Questo metodo determina la grandezza e la frequenza di molte forme d'onda sinusoidali più piccole che compongono la forma d'onda distorta misurata in un impianto.
Le armoniche vengono spesso misurate in termini di percentuale THD (Total Harmonic Distortion). Questa percentuale quantifica il livello di distorsione della forma d'onda rispetto a una forma d'onda sinusoidale pura. Una forma d'onda altamente distorta avrà un valore percentuale THD maggiore.
THDV è la distorsione armonica totale della forma d'onda di tensione. THDI è la distorsione armonica totale della forma d'onda di corrente. Maggiore è il contenuto di armoniche, maggiore è la percentuale THD.
Problemi causati dalla distorsione armonica
Livelli elevati di distorsione armonica in un impianto possono causare una serie di problemi.
Alcuni dei problemi riscontrabili sono:
• Guasto prematuro e durata ridotta dei dispositivi in caso di surriscaldamento, ad esempio:
-- Surriscaldamento di trasformatori, cavi, interruttori (sezionatori) e fusibili
-- Surriscaldamento di motori alimentati direttamente dalla rete
• Interventi inutili di interruttori e fusibili dovuti a calore in eccesso e carico armonico
• Funzionamento instabile dei generatori di riserva
• Funzionamento instabile di elettronica sensibile che richiede una forma d'onda c.a. sinusoidale pura
• Sfarfallio delle luci
**Scaricatore di sovratensione Spd: Come aumentare la protezione di casa
Lo scaricatore di tensione chiamato anche S.p.d. (Surge Protection Device) è uno strumento di tipo elettrico che viene montato a monte dell'impianto elettrico (solitamente all'interno di centralini e quadri elettrici ad incasso).
Questo contenitore collegato con impedenza Z infinita, permette di proteggere l'impianto elettrico della nostra abitazione e tutto ciò che è collegato alle spine e prese elettriche da sovratensioni, sbalzi e picchi elettrici ma anche da scariche di origine atmosferici come ad esempio i fulmini.
Al verificarsi di un picco o sbalzo il limitatore interverrà scaricando prontamente a terra l'energia eccessiva. Ovviamente questi strumenti devono avere caratteristiche ben definite difatti sono regolamentati da norme Italiane come ad esempio CEI 81-10 (2006-04) e la CENELEC HD 60364-5.534(2007-02); per ogni tipologia di utilizzo differente esistono vari modelli pensati per esigenze specifiche.
Classi energetiche scaricatori di tensione
Esistono 3 varianti di sistema SPD:
La classe 2 permette quindi di limitare i rischi derivanti dalle scariche indotte sulle componenti del proprio impianto elettrico e sui centralini per quadri elettrici ma non dalle scariche dirette.
La classe 2 è composta da un varistore e da uno spinterometro.
Varistore: è un componente elettronico che serve a proteggere gli altri componenti di un dispositivo elettronico da fenomeni transitori di sovratensione. Il suo comportamento può essere rappresentato da un resistore (non lineare) che, superata la tensione caratteristica per cui è progettato, abbassa bruscamente la sua resistenza in modo che il disturbo venga fortemente attenuato (sono infatti chiamati anche VDR, sigla di Voltage Dependent Resistor: resistore variabile con la tensione) scaricandolo a terra. Il comportamento dei varistori risulta simmetrico: valgono le stesse caratteristiche sia con tensioni positive sia negative. Il loro comportamento assomiglia a quello di due diodi zener in antiserie (due diodi zener in serie ma collegati con polarità opposta).
Spinterometro: è un dispositivo utilizzato per generare scariche elettriche nell'aria attraverso due elettrodi comunicanti ad un circuito ad induzione. I primi usi di questo apparato riguardano la propagazione di onde elettromagnetiche sperimentate da James Clerk Maxwell nel 1864, mentre dal 1891 in poi, Nikola Tesla, utilizzò vari tipi di spinterometri asincroni, sincroni rotanti e fissi nelle sue apparecchiature radio. Oggi è usato per l'accensione di lampade ad arco e come strumento di misura per determinare il valore di differenza di potenziale elettrico per tensioni particolarmente elevate, dove i normali voltmetri non possono arrivare.
È un dispositivo relativamente semplice, costituito da due sfere o aste sospese in aria e ciascuna collegata ai due punti tra i quali si deve effettuare la misura (uno dei due punti può essere la terra). La distanza tra i terminali viene progressivamente ridotta per mezzo di sistemi a vite o a pulegge fino a quando l'intensità del campo elettrico supera il valore di rigidità dielettrica dell'aria e si verifica lo scoccare di una scintilla. Sapendo che l'aria secca presenta un valore di rigidità dielettrica di 3000 volt per millimetro si può direttamente calcolare la tensione misurando la distanza tra gli elettrodi.
Un UPS (Uninterruptible Power Supply, gruppo di continuità in italiano) nella sua forma più elementare, è un sistema di alimentazione di backup a batteria che fornisce energia abbastanza a lungo da consentire lo spegnimento corretto dell'apparecchiatura in caso di interruzione dell'alimentazione di rete (esistono anche UPS a super-condensatori e sistemi dinamici a volano). Aiuta a prevenire la perdita di dati e riduce al minimo lo stress che un arresto brusco provoca sulle apparecchiature elettroniche.
L'UPS è anche un dispositivo di protezione contro le sovratensioni che protegge i dispositivi collegati da problemi di alimentazione, come picchi o tensioni anomale, transienti, che possono danneggiare, ridurre la durata o influire sulle prestazioni di apparecchiature e dispositivi elettronici.
Perché ho bisogno di un sistema UPS?
In caso di blackout, l'UPS passa immediatamente all'alimentazione a batteria per fornire una fonte di alimentazione continua per tutta la durata della batteria. La durata della batteria può variare in base al sistema e dipende dalla quantità di energia utilizzata. Il backup della batteria dà il tempo di spegnere apparecchiature sensibili, server o persino console per videogiochi senza perdita di dati o progressi. Diversi sistemi UPS forniscono anche determinati livelli di protezione per altri problemi di alimentazione che si presentano.
Quali tipi di sistemi UPS esistono?
I sistemi UPS hanno tre diverse topologie, o categorie, in base al tipo di protezione dell'alimentazione necessaria. Le tre topologie sono Standby, Line Interactive e Double Conversion.
Che tipi di problemi di alimentazione ho?
Molte persone sono consapevoli di un solo tipo di problema di alimentazione: un blackout. Questo è quando l'alimentazione si perde. Ma esistono molti problemi di alimentazione più comuni.
Quali sono i problemi di alimentazione comuni?
Definiamo i possibili problemi di alimentazione che potresti riscontrare:
Surge – Un breve, ma intenso, picco di elettricità comunemente causato da un fulmine. Le sovratensioni possono danneggiare e distruggere l'elettronica e l'intenso "picco di elettricità" o il picco di tensione e corrente danneggia i circuiti e i componenti.
Blackout: un'interruzione di corrente che dura da secondi a giorni. Questi sono più comunemente causati da condizioni meteorologiche avverse, mancanza di energia elettrica, incidenti e guasti alla rete elettrica.
Brownout – Un calo totale di tensione intenzionale o non intenzionale per un lungo periodo di tempo. In condizioni di emergenza, le compagnie elettriche possono abbassare la tensione dell’abitazione.
Abbassamenti di tensione - Anche un abbassamento è un tipo di Brownout ma, a differenza di quest’ultimo, è improvviso e breve.
Sovratensione (**vedi nota): si verifica quando la tensione in ingresso è superiore al normale e dura più a lungo del picco (Surge), ma non sufficientemente elevata da essere classificata come tale.
Rumore di frequenza: noto anche come rumore di linea, il rumore di frequenza può interrompere o degradare le prestazioni di un circuito iniettando anomalie nel sistema.
Variazione di frequenza: non è un problema comune quando gli alimentatori sono stabili, ma può verificarsi quando si utilizzano generatori e la frequenza di alimentazione fluttua più del desiderato.
Distorsione armonica – Una deviazione dal segnale elettrico ideale su una data fonte di alimentazione.
Quanto deve essere grande il mio UPS?
Il tuo UPS deve essere abbastanza grande da supportare tutte le apparecchiature collegate. Maggiore è la capacità, più apparecchiature elettroniche e dispositivi può supportare.
Ho bisogno di un'uscita sinusoidale pura dal mio UPS?
Noterai dall’immagine in spoiler, che l'uscita dell'onda sinusoidale simulata ha un gap di potenza ad ogni ciclo. A volte questo gap di alimentazione può causare stress nell'alimentatore in dispositivi elettronici sensibili, danneggiandoli.
La forma d'onda presente alla presa elettrica d'uscita di un UPS può essere quella presente in ingresso (normalmente quella della fornitura elettrica della rete nazionale, quindi in Italia una sinusoide pura con la frequenza nominale di 50 Hz, e THDv <8%) passata all'uscita tale e quale, oppure venire generata dall'inverter dell'UPS (ad esempio quando in modalità batteria), dando luogo a diverse opzioni a seconda del tipo di UPS; in termini di forma d'onda, in ordine qualitativo decrescente si può avere:
- Onda sinusoidale pura (Pure Sine Wave)
- Onda sinusoidale pura con THDv <8% per carichi lineari e non lineari
- Onda sinusoidale pura con THDv <8% solo per carichi lineari
- Onda sinusoidale pura con THDv >8%
- Onda quadra modificata (Modified Square Wave, Simulated Sine Wave, simulata, pseudo-sinusoidale, Step Wave, etc.) con THDv >8%
- Onda quadra (Square Wave) con THDv >8%
In termini di frequenza, la forma d'onda generata può essere fissa alla frequenza nominale di 50 Hz o 60 Hz a seconda dei modelli di UPS, oppure poter essere selezionata con apposita configurazione.
Molte apparecchiature elettriche per funzionare correttamente necessitano dell'onda sinusoidale pura con THDv <8% (o di THDv anche più bassa), ed alcune anche una specifica frequenza, pena spegnimento/mancata accensione, surriscaldamenti, vibrazioni/ronzii anomali, malfunzionamenti, guasti riparabili/irreparabili a se stesse e/o all'UPS (problemi non necessariamente sviluppati al primo istante di utilizzo, ma anche dopo un tot di tempo/volte variabile).
Avrai bisogno di un UPS con tecnologia sinusoidale pura se desideri collegare quanto segue:
Computer e apparecchiature che sono sistemi efficienti Energy Star® o 80 PLUS® che utilizzano alimentatori PFC attivi. Le apparecchiature elettroniche con alimentatori PFC attivi possono spegnersi inaspettatamente quando si utilizza un UPS con uscita a onda sinusoidale simulata, con conseguente perdita di dati o danni alle apparecchiature. I sistemi UPS che forniscono un'uscita sinusoidale prevengono arresti imprevisti e dannose sollecitazioni elettroniche.
NOTE:
*Nozioni di base sulle armoniche
Le armoniche di tensione sono una distorsione della forma d'onda di tensione. Analogamente, le armoniche di corrente sono una distorsione della forma d'onda di corrente. Queste distorsioni della forma d'onda sono difficili da quantificare con una semplice equazione, pertanto viene applicato un metodo matematico detto analisi di Fourier. Questo metodo determina la grandezza e la frequenza di molte forme d'onda sinusoidali più piccole che compongono la forma d'onda distorta misurata in un impianto.
Le armoniche vengono spesso misurate in termini di percentuale THD (Total Harmonic Distortion). Questa percentuale quantifica il livello di distorsione della forma d'onda rispetto a una forma d'onda sinusoidale pura. Una forma d'onda altamente distorta avrà un valore percentuale THD maggiore.
THDV è la distorsione armonica totale della forma d'onda di tensione. THDI è la distorsione armonica totale della forma d'onda di corrente. Maggiore è il contenuto di armoniche, maggiore è la percentuale THD.
Problemi causati dalla distorsione armonica
Livelli elevati di distorsione armonica in un impianto possono causare una serie di problemi.
Alcuni dei problemi riscontrabili sono:
• Guasto prematuro e durata ridotta dei dispositivi in caso di surriscaldamento, ad esempio:
-- Surriscaldamento di trasformatori, cavi, interruttori (sezionatori) e fusibili
-- Surriscaldamento di motori alimentati direttamente dalla rete
• Interventi inutili di interruttori e fusibili dovuti a calore in eccesso e carico armonico
• Funzionamento instabile dei generatori di riserva
• Funzionamento instabile di elettronica sensibile che richiede una forma d'onda c.a. sinusoidale pura
• Sfarfallio delle luci
**Scaricatore di sovratensione Spd: Come aumentare la protezione di casa
Lo scaricatore di tensione chiamato anche S.p.d. (Surge Protection Device) è uno strumento di tipo elettrico che viene montato a monte dell'impianto elettrico (solitamente all'interno di centralini e quadri elettrici ad incasso).
Questo contenitore collegato con impedenza Z infinita, permette di proteggere l'impianto elettrico della nostra abitazione e tutto ciò che è collegato alle spine e prese elettriche da sovratensioni, sbalzi e picchi elettrici ma anche da scariche di origine atmosferici come ad esempio i fulmini.
Al verificarsi di un picco o sbalzo il limitatore interverrà scaricando prontamente a terra l'energia eccessiva. Ovviamente questi strumenti devono avere caratteristiche ben definite difatti sono regolamentati da norme Italiane come ad esempio CEI 81-10 (2006-04) e la CENELEC HD 60364-5.534(2007-02); per ogni tipologia di utilizzo differente esistono vari modelli pensati per esigenze specifiche.
Classi energetiche scaricatori di tensione
Esistono 3 varianti di sistema SPD:
- Classe 1: Sono i dispositivi più indicati in zone ad alta presenza di agenti atmosferici avversi come temporali e fulmini. Questo apparecchio viene posizionato direttamente nell'alloggio del contatore di casa e può resistere a differenti scariche senza subire alcun danno. E' presente il limp che verifica la capacità di scarica in appena 350 microsecondi in maniera da evitare possibili danneggiamenti prima che la scarica raggiunga l'impianto elettrico.
- Classe 2: Il limitatore di tensione di classe 2 viene utilizzato per scaricare i picchi e sbalzi di corrente che possono verificarsi da lavori di manutenzione della linea elettrica, sia da parte del gestore sia da lavori effettuati sul proprio impianto di casa. Il controllo della tensione avviene in un tempo che oscilla fra gli otto e venti microsecondi per impedire che il picco raggiunga l'impianto o i device connessi. In questo caso è presente sia la verifica della corrente massima lmax sia quella nominale.
La classe 2 permette quindi di limitare i rischi derivanti dalle scariche indotte sulle componenti del proprio impianto elettrico e sui centralini per quadri elettrici ma non dalle scariche dirette.
La classe 2 è composta da un varistore e da uno spinterometro.
Varistore: è un componente elettronico che serve a proteggere gli altri componenti di un dispositivo elettronico da fenomeni transitori di sovratensione. Il suo comportamento può essere rappresentato da un resistore (non lineare) che, superata la tensione caratteristica per cui è progettato, abbassa bruscamente la sua resistenza in modo che il disturbo venga fortemente attenuato (sono infatti chiamati anche VDR, sigla di Voltage Dependent Resistor: resistore variabile con la tensione) scaricandolo a terra. Il comportamento dei varistori risulta simmetrico: valgono le stesse caratteristiche sia con tensioni positive sia negative. Il loro comportamento assomiglia a quello di due diodi zener in antiserie (due diodi zener in serie ma collegati con polarità opposta).
È un dispositivo relativamente semplice, costituito da due sfere o aste sospese in aria e ciascuna collegata ai due punti tra i quali si deve effettuare la misura (uno dei due punti può essere la terra). La distanza tra i terminali viene progressivamente ridotta per mezzo di sistemi a vite o a pulegge fino a quando l'intensità del campo elettrico supera il valore di rigidità dielettrica dell'aria e si verifica lo scoccare di una scintilla. Sapendo che l'aria secca presenta un valore di rigidità dielettrica di 3000 volt per millimetro si può direttamente calcolare la tensione misurando la distanza tra gli elettrodi.
- Classe 3: è un dispositivo che andrebbe installato a valle dei primi 2 ed è utilizzato, normalmente, per eliminare del tutto un picco di tensione. Viene installato in prese e luci dell’impianto ed offre, da solo, una protezione più bassa.
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