UPS – Jak správně vypočítat kapacitu a dobu zálohování (Když Watty nestačí)
Jako elektrikář s desítkami let praxe vím, že nepřerušitelný zdroj napájení (UPS) je v kritických systémech naprostou nutností. Přesto je jeho dimenzování pro mnoho firem i techniků stále Achillovou patou
Největší chybou je spoléhat se pouze na celkové Watty (W) a zapomenout na realitu Účiníku (Power Factor), fázové konfigurace a nečekaných špiček. Váš systém vás tak může nechat na holičkách, i když se domníváte, že máte dostatečnou rezervu.
Pojďme se podívat, jak správně vypočítat kapacitu (VA) a dobu zálohování (minuty/hodiny) a jaké málo známé faktory musíte vzít v úvahu.
Krok 1: Kapacita UPS – Jak překonat past VA a Wattů
Základem je vždy sečíst celkovou zátěž, ale je nutné rozumět rozdílu mezi činným (W) a zdánlivým (VA) výkonem.
A. Určení činného výkonu (W)
Sečtěte výkon všech zařízení, která budou k UPS připojena. Tento údaj (W) najdete na štítku zařízení nebo v jeho manuálu.
Celkové zatížení (W) = Součet výkonů všech zařízení.
B. Určení zdánlivého výkonu (VA) a role Účiníku (PF)
Účiník (Power Factor - PF) je poměr činného výkonu (W) a zdánlivého výkonu (VA). U moderních serverů a IT zařízení se blíží 1,0, ale u starších systémů nebo motorů může být nižší (často 0,7 - 0,8).
Proč je to důležité? Účiník nám říká, jak efektivně zařízení odebírá energii. Pokud má zařízení nízký PF, bude pro něj UPS muset "dodat" větší zdánlivý výkon (VA), než je jeho činný výkon (W).
Příklad: Pokud je celkové zatížení 5000 W a odhadovaný PF je 0,8, potřebujete UPS s kapacitou minimálně 6250 VA (5000/0,8).
Méně známý poznatek: U zařízení s aktivním PFC (Power Factor Correction), jako jsou moderní servery, se účiník blíží 1. Ale pozor na starší výbojková svítidla, laserové tiskárny nebo malé motory – ty mohou mít PF i 0,6! V takovém případě byste pro zátěž 3000W potřebovali UPS 5000VA (3000/0,6).
C. Přidání "Prostoru pro manévrování" (Headroom)
Nikdy nevybírejte UPS s kapacitou rovnou vypočtené zátěži. Doporučuji přidat bezpečnostní rezervu 20–30 % (faktor 1,2 - 1,3) pro:
Budoucí rozšíření IT infrastruktury
Pokrytí dynamických špiček (tzv. inrush currents)
Zajištění vyšší účinnosti a delší životnosti UPS
Systém běžící na 60-80% jmenovité zátěže je ve své "sladké zóně".
Krok 2: Doba zálohování – Nečekané vlivy
Doba zálohování (runtime) závisí především na celkové energetické kapacitě baterie, napětí a spotřebě energie zátěže.
A. Základní vzorec pro odhad v hodinách
Účinnost střídače (konvertoru) se pohybuje obvykle mezi 85 % a 95 %.
B. Tři klíčové faktory, které vzorec neobsahuje (Málo známé poznatky)
Teplotní Derating (Snížení výkonu): Okolní teplota je tichý zabiják. Každých 8-10 °C nad ideální provozní teplotu (obvykle 20-25 °C) dokáže snížit životnost VRLA (olověných) baterií na polovinu a výrazně zkrátit dobu zálohování.
Inrush Current (Zapínací proud): Motory, čerpadla nebo transformátory generují při startu krátkodobou špičku proudu, která může být 4-8x vyšší než trvalý proud. Pokud UPS nezvládne tuto špičku (tzv. přepěťovou kapacitu), vypne se, i když je dimenzovaná pro trvalý provoz.
Stáří baterie a hloubka vybití (DoD): Baterie s každým rokem ztrácí na kapacitě. Po 3-5 letech může být její reálná kapacita o 20-30% nižší. Kromě toho čím rychleji ji vybíjíte (čím vyšší je zátěž), tím menší je její reálná využitelná kapacita v Ah.
Krok 3: Fázové konfigurace – Volba pro dané prostředí
Fázová konfigurace je kritická pro větší instalace a musí odpovídat jak vstupu (rozvodná síť), tak výstupu (zátěž).
| Konfigurace | Použití | Specifika & Odborný pohled |
|---|---|---|
| 1/1 fáze (Vstup/Výstup) |
Malé kanceláře (SOHO), IT racky, menší servery. | Standard. Jednoduché zapojení, nízké kVA (do cca 10-20 kVA). |
| 3/1 fáze (Vstup/Výstup) |
Provoz velkých jednofázových zátěží v třífázové síti (např. určité speciální stroje, lab. vybavení). | Vstup 3 fáze zajišťuje rovnoměrné zatížení celé vaší hlavní sítě, ale výstup pro zařízení je stabilní, jednofázový. Eliminuje problémy s nevyvážeností fází. |
| 3/3 fáze (Vstup/Výstup) |
Datová centra, velký průmysl, kritické systémy. | Vyžaduje certifikovanou montáž. Zajišťuje vyrovnané zatížení a minimalizuje zátěž na každé fázi sítě. Klíčová je vyváženost zátěže! Pokud je jedna fáze zatížena na 95 % a druhá jen na 25 %, celková kapacita UPS se sníží – musíte dimenzovat systém podle té nejvíce zatížené fáze. |
Krok 4: Volba Záchranného Lano – Typy akumulátorů
Zatímco podrobnou debatu o bateriích necháme na příště, je důležité vědět, že volba chemie má zásadní vliv na životnost a efektivitu zálohování.
PB (Olověné - VRLA/AGM): Klasika. Levné, ale s kratší životností (3-5 let) a citlivé na teplotu. Ideální pro krátkodobou zálohu (do 15 minut) pro bezpečné vypnutí.
Lithium-iontové (Li-Ion): Moderní, prémiová volba. Delší životnost (často 10+ let), rychlejší nabíjení, menší velikost a hmotnost a méně citlivé na vysoké teploty. I přes vyšší pořizovací cenu může být celková cena vlastnictví (TCO) nižší než u olova.
Trakční (Deep Cycle): Někdy se používají v robustních průmyslových instalacích nebo v systémech, kde se očekává časté a hluboké vybíjení. Mají robustní konstrukci pro cyklické namáhání, ale jsou objemné a vyžadují údržbu.
Zajímavost: Víte, že některé moderní UPS s Li-Ion bateriemi dokážou tzv. "rekuperovat"? Při přepnutí z baterie zpět na síť mohou část energie vrátit do sítě, čímž šetří náklady a stabilizují místní síť.
Závěr: Nechte měřit
Začít u Watů je dobré, ale skutečné bezpečí a spolehlivost pro kritické systémy zajistí jen komplexní výpočet, který zohlední PF, Inrush Current a správnou fázovou konfiguraci.
Nejistí? Nechte si provést profesionální audit. Speciální měřicí přístroje, které se zapojí mezi síť a vaše zařízení, změří reálnou spotřebu, účiník a proudové špičky přímo v provozu. Je to jediný způsob, jak získat naprosto přesná data pro nákup té pravé UPS.