1- U.P.S به زبان ساده چیست؟
دستگاهی الکترونیکی است به منظور تامین پیوسته انرژی برای دستگاه‌های مصرف کننده که به اختلالات موجود در شبکه و قطع برق حساس بوده و به دلیل ضرورت و حساسیت‌های فوق العاده زیاد جزو تجهیزات حیاتی مجموعه‌های کامپیوتری، مخابراتی، کنترل و ابزار دقیق، آزمایشگاهی و بیمارستانی می‌باشند.
کاهش یا افزایش ناگهانی ولتاژ، تغییر فرکانس، انواع اعوجاج لحظه‌ای یا دايم، نمونه‌هایی ازمشکلات ایجاد شده بر روی شبکه‌های برق شهری می‌باشند. دستگاه های الکترونیکی پیشرفته و حساس (نظیر سیستم‌های کامپیوتری، تجهیزات مخابراتی و پزشکی) با توجه به کاربردهای ویژه و حساسی که دارند نیازمند تجهیزات ضروری مانند منبع تغذیه بدون وقفه و نسبتا دقیق بوده تا ولتاژ و فرکانس ثابت و قابل اطمینان را تامین نماید.
در کشورهای پیشرفته علیرغم قطع برق شهر، دستگاه UPS از وسایل ضروری کامپیوترها محسوب می‌شود. به عنوان مثال در صورت وجود کوچکترین اغتشاش در برق شهر بخش کنترل کامپیوتر، با تولید یک پالس موجب خاموش و روشن شدن مجدد (Restart) کامپیوتر می‌‌گردد. لذا با این عمل اطلاعاتی که در حافظه RAM سیستم وجود دارد، از بین رفته و زیان‌های جبران ناپذیری به کاربر وارد شده و حاصل کار کاربر در چند لحظه از بین می‌رود.
در مورد سایر سیستم‌های حساس نظیر دستگاه‌های مخابراتی و شبکه‌های اطلاعاتی نیز با قطع یا تغییر مشخصات منبع تغذیه، هماهنگی بخشهای مختلف دستگاه بهم خورده و بر اثر قطع و وصل‌های متوالی، علاوه بر صدماتی که به قطعات دستگاه وارد می‌شود، عملکرد کل سیستم با اختلال مواجه می‌گردد. با توجه به مطالب فوق، نیاز به وجود دستگاهی که بتواند جایگزین مناسبی برای برق شهر در مواقع اضطراری گردیده و با حذف اختلالات شبکه تغذیه مدارات حساس را بر عهده گیرد، نمایان می‌شود.
این دستگاه یوپی‌اس نام دارد و جهت استفاده کاربران، انرژی DC را به AC تبدیل می‌کند. لازم به ذکر است که در مواقع قطع برق می‌توان از ژنراتوهای AC جهت تغذیه دستگاه‌ها استفاده نمود ولی این منابع با توجه به مشکلاتی نظیر شناور بودن ولتاژ و فرکانس، حجم بزرگ، الودگی صوتی، دودزا بودن، زمان طولانی وصل شدن بعد از قطع برق و لزوم سرویس و باز بینی دایمی عملا کاربردی در دستگاه‌های حساس ندارد. دستگاه‌های UPS با ابعاد کوچک و بدون نیاز به سرویس دایمی و بدون ایجاد آلودگی‌ها با تثبیت ولتاژ و فرکانس، وسایل بسیار مناسبی جهت حفاظت سیستم‌ها در مقابل اختلالات برق شبکه می‌باشد.
2- انواع اختلالات رايج در برق شهر TOP
برای درک اهمیت UPS ها، در این بخش به بررسی اختلالات رایج در برق شهر می‌پردازیم:
‌
2-1- قطع برق (Blackout/Power Failure) TOP
به قطع کامل برق برای مدتی طولانی‌تر از يک دقيقه اطلاق شده كه در هنگام وقوع آن، منبع برق كاملا از كار می‌افتد. (شکل‌ شماره 1)
شکل شماره 1
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
اين وضعيت ممكن است در اثر بروز اشكال در خطوط نيرو مانند قطع كليدها، فيوزها و يا حوادثی نظير طوفان همراه با رعد و برق و یا ساير شرايط ایجاد گردد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
- خاموشی باعث از دست رفتن اطلاعات در حال انجام در RAM و یا Cache می‌شود
- توقف عمليات اجرايی و عدم امكان فعاليت
- ضرر ناشی از زمان از دست رفته برای تنظيم يا تعمیر سيستم آسيب ديده
- زيان‌های تجاری در معاملات اينترنتی On-line
- بروز خطر جانی در تجهيزات درمانی (سيستم‌های كنترل حفظ حيات)
2-2- افت لحظه‌ای ولتاژ (Power Sag) TOP
به كاهش كوتاه مدت ولتاژ برق اطلاق شده که تقريبا 85% از کل اختلالات موجود در برق شهر را شامل می‌شود. (شکل شماره 2)
شکل شماره 2
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
اين امر ناشی از سوئيچ ‌كردن يك بار با توان بالا مانند دستگاه‌های تهويه هوا يا راه انداختن موتورهای الكتريكی ، تاسيسات حرارتی و برودتی و يا بروز اتصال كوتاه در مناطق اطراف می‌باشد. همچنين عدم دقت در انتخاب سايز مناسب كابل‌های برق استفاده شده در ساختمان و تغييرات شبكه در زمان اوج مصرف بخصوص در فصل گرما از ديگر عوامل ايجاد اين اختلال است.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
در صورتيكه ولتاژ منبع اصلی آنقدر پايين بيايد كه منبع تغذيه كامپيوتر نتواند ولتاژی دريافت كند، افت ولتاژ باعث Restartشدن كامپيوتر می‌شود. هنگ کردن کامپیوتر، قفل کردن صفحه کلید، کم یا زیاد شدن نور لامپها و کوچک شدن صفحه تصویر مانیتور از دیگر تبعات این نوع اختلال می‌باشد. همچنین بدليل ثابت بودن توان الكتريكی دستگاه مصرف كننده، افت ولتاژ سبب افزايش کوتاه مدت جريان شده و به تبع آن باعث کم شدن راندمان و کوتاه شدن عمر دستگاه مصرفی می‌گردد.
2-3- افزايش لحظه ای ولتاژ (Power Surge) TOP
عبارتست از افزايش لحظه‌ای دامنه ولتاژ كه برای چند سيكل پیاپی ادامه و در حدود 1/120 ثانیه طول می‌کشد. (شکل‌ شماره 3)
شکل شماره 3
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
این اختلال معمولا به دلیل سوئیچ نمودن بار در مراکز فرعی و یا به یکباره خاموش شدن دستگاه‌های توان بالا و یا پرمصرف بوجود می‌‌آید. همچنين اتصال كوتاه و عدم توجه به سايز مناسب كابل‌های برق نيز از عوامل ايجاد آن می‌باشند.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
این اختلال باعث وارد آمدن فشار به دستگاه‌های حساس شده و در طول زمان سبب خرابی آنها می‌گردد. همچنین می‌تواند باعث بروز خطا در داده‌های ديجيتال و قفل شدن كامپيوتر شود.
كم و زياد شدن نور لامپها و تغييرات ناگهانی در عرض تصوير مانيتور نیز از اثرات محسوس افزايش لحظه‌ای ولتاژ می‌باشد.
2-4- ولتاژ ضعيف (Brownout/Under Voltage) TOP
عبارتست از ضعيف شدن ولتاژ برای مدت زمان طولانی. (شکل شماره 4)
شکل شماره 4
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
اين اختلال زمانی ايجاد می‌شود كه منبع اصلی توليد برق، قدرت تامین توان مورد نياز شبكه (بار مصرفی) را ندارد، به همین دليل شركت برق، ولتاژ شبكه سراسری را كاهش می‌دهد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
در يك بار مصرفی با توان ثابت،كاهش ولتاژ شبكه سبب افزايش جريان بار خواهد شد كه اين افزايش جريان به نوبه خود می‌تواند سبب كاهش طول عمر قطعات بكار رفته در دستگاه مصرفی شود.
كاهش ولتاژ بيش از يك دقيقه می‌تواند موجب عملكرد نادرست تجهيزات گردد. مثلا در يك موتور القايی، اين كاهش می‌تواند منجر به بالا رفتن تلفات حرارتی و يا تغيير سرعت (دور موتور) شود.
2-5- ولتاژ قوی (Over Voltage) TOP
عبارتست از قوی شدن يا بيشتر شدن دامنه ولتاژ برای مدت زمان طولانی که می تواند موجب بالا رفتن توان راكتيو در خروجی بانك‌های خازنی شود. (شکل شماره 5)
شکل شماره 5
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
صاعقه و رعد و برق از مهمترین عوامل ایجادکننده این نوع اختلال می‌باشد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
باعث سوختن دستگاه مصرفی و یا آتش سوزی می‌شود.
2-6- نوسانات فرکانسی (Frequency Variation) TOP
به تغيير فركانس شكل موج ورودی اطلاق می‌شود. (شکل شماره 6)
شکل شماره 6
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
این اختلال معمولا در جاهايی ديده می‌شود كه منبع توليد انرژی برای تغذيه دستگاه‌ها، ژنراتور (موتور برق) باشد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
نوسانات فرکانسی باعث برش ولتاژ و كاهش دقت دستگاه‌های حساس آزمايشگاهی، مخابراتی، تجهيزات پزشكی و. . . و به هم خوردن همزمانی (Synchronize) در برخی دستگاه‌ها كه با عبور از صفر ولتاژ كار می‌كنند، می‌شود.
2-7- اعوجاج هارمونيکی (Harmonic Distortion) TOP
به اغتشاش‌های پريوديک و شبه سينوسی ولتاژ منبع و يا به جريانی كه بارهای غير خطی از منبع می‌كشد گفته می‌شود. (شکل شماره 7)
شکل شماره 7
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
هارمونيك‌ها عموما توسط بارهای غيرخطی بوجود می‌آيند كه از برق شهر جريان‌هايی بالا می‌كشند. (كامپيوتر، دستگاه‌های فتوكپی، پرينترهای ليزری و موتورهای دوار با سرعت متغير، دستگاههای جوشكاری)

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
هارمونيك‌ها باعث افزايش نامناسب جريان می‌شوند و اين افزايش اثر خود را در دماهای بالا نشان داده و باعث خرابی اجزا تشكيل دهنده و افزايش حرارت دستگاه می‌شوند.
دمای توليد شده بوسيله هارمونيك‌ها می‌تواند سيم‌های اصلی نول سايت را خراب كند مگر آنكه سيم‌ها به اندازه كافی ضخيم درنظر گرفته شوند.
2-8- حالت های گذرای سوئيچينگ (Switching Transients) TOP
به تغييرات ناخواسته و لحظه ای فرکانس از يک مقدار تعيين شده گفته می‌شود. (شکل شماره 8)
شکل شماره 8
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
پيدايش عناصر نيمه هادی (ترانزیستورها) و استفاده فراوان از آنها در شبكه‌های قدرت، عامل مهمی برای ايجاد هارمونيك در سيستم‌های قدرت مي‌باشد. اكثر PC ها توسط منابع تغذيه سوئيچينگ تغذيه می‌شوند و اين باعث می‌شود مشكلات مربوط به هارمونيك‌ها با افزايش تعداد كامپيوترها بصورت تصاعدی بالاتر رود.
درجايی ‌كه تعداد كامپيوترها در سايت زياد باشد، استفاده از يوپی‌اس دارای THD جريان ورودی كم (مثلا كمتر از 5%) ضروری است.
2-9- نويز الکتريکی (Electrical Line Noise) TOP
نویز در واقع تغییرات نامنظم و کاملا اتفاقی ولتاژ است. تداخل الکترومغناطیس (EMI) و یا تداخل ناشی از فرکانس‌های رادیوئی (RFI) از انواع نویز هستند. (شکل شماره 9)
شکل شماره 9
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
نويز الکتريکی در اثر مشکلات كابل، کابل‌کشی و مجاورت با تجهيزات فركانس راديويی، القای امواج روی خطوط انتقال، كاركرد ترانسفورمرها، ژنراتورها و دستگاه‌های صنعتی بوجود می‌آيد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
نويزها باعث سوء كاركرد و بروز خطا در برنامه‌های اجرايی و فايلهای اطلاعاتی می‌گردد. بطور كلی نويز الكتريكی مي‌تواند فقط باعث اشكالات نرم افزاری (مانند Hang نمودن كامپيوتر) و در نتيجه از دست رفتن اطلاعات شده ولی موجب آسيب‌های سخت افزاری نمی‌گردد.
نویزها دو نوع‌اند:
1- Common Mode Noise
2- Normal Mode Noise
Normal Mode Noise:
این نویزها عموما بین خطوط فاز و نول شبکه دیده شده و باعث آسیب منابع تغذیه، بردها و اجزای تشکیل دهنده مدار می‌شوند. (شکل شماره 10)
شکل شماره 10
Common Mode Noise:
بیشتر نویزها از این دسته‌اند و بین خطوط فاز و ارت یا نول و ارت وجود داشته و باعث از دست رفتن اطلاعات در کامپیوترها می‌شوند. (شکل شماره 11)
شکل شماره 11
تاثير نويز در بیت‌های اطلاعاتی:
طبق منطق موجود در تجهیزات و دستگاه‌های کامپیوتری، سطح ولتاژ 0 ولت، سطح منطقی صفر و سطح ولتاژ 5 ولت، سطح منطقی یک در نظر گرفته شده است. (شکل شماره 12)
شکل شماره 12
نویزهای وارد شده به سیستم‌ها در سطوح منطقی مختلف، می‌توانند بر روی سیستم تأثیر گذاشته و سطح منطقی را تغییر دهند. (شکل شماره 13)
شکل شماره 13
2-10- اسپایک (Spike) TOP
عبارتست از افزایش بسیار زیاد لحظه‌ای ولتاژ (شکل شماره 14)
شکل شماره 14
عوامل موثر در ايجاد اختلال:
ضربات ناشی از رعد و برق و یا عواملی که باعث سقوط خطوط انتقال برق می‌شوند، باعث بروز این اختلال می‌گردند. مانند: طوفان، تصادفات و ...

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
باعث سوختن مدارهای داخل کامپیوتر شده و یا با سوختن هارد (Hard Disk)، باعث از بین رفتن اطلاعات می‌گردد.
3- تأثیر اختلالات
3-1- آمار اختلالات برق بر روی کامپیوتر، ارائه شده توسط Computer World TOP
 
شکل شماره 15
- از دست دادن حافظه موقت
- Crash یا آسیب Hard Disk
- خسارت به CPU و اجزای سخت افزاری
 
3-2- آمار اختلالات برق در مدت يک ماه، ارائه شده توسط شرکت IBM TOP
 
شکل شماره 16