掌握四大要訣 規劃UPS充裕又省電

機房中的UPS該怎麼規劃與採購,才能在滿足企業需求的基本前提下,以最精簡的成本完成部署,同時還顧及到整體系統的穩定性與可靠度?其實只要掌握四要訣:單一容量不要超過80%、高功率因數、善用設備形態與運作架構以及效率高損失小,就能規劃出符合企業需求並且更節能的部署方案。

如果企業初期使用量小於150KVA,則建議可以先買兩台150KVA的UPS設備,採1+1架構,但需多預留一台UPS空間,一旦負載量超過150KVA時,屆時再採購一台UPS並聯上系統。如果企業初期負載小於100KVA且想採分期建置,那麼採購四台100KVA(3+1架構)的方式則最理想。

早期在TIA942規範中,機房可靠度分成Tire1至Tire4四個等級,為了預防突發的故障,讓系統維持正常輸出,有最高的可靠度,往往會建議企業考慮N+N架構,但陳仲倉表示,在Uptime Institute的機房認證中,其實不用到N+N架構也可以到Tire4等級,因此企業不必然採用N+N架構。「N+N架構其實還有一個缺點是,由於每台UPS均有其設備的運作曲線,當設備的負載低,UPS的運轉效率自然也不會高。以300KVA為例,採購四台100KVA(3+1架構),每台UPS設備平均負載了75%,但若是N+N架構,UPS設備平均只負載了50%,當企業初期的負載需求愈低,UPS自然就不會有好的效率表現。而採用N+1架構,一方面不用花高昂的建置成本,同時在負載量提高下,相對提升了效率值,還能有效節能。」

整機效率愈高 電力損失愈小

基於穩定性考量,在資料中心的建置過程中,通常會建議使用On-Line型式的UPS。透過On-Line UPS把交流電變成直流電,經過直流電充電電池後,再轉換成交流電,這中間會濾除噪訊,帶來穩壓以及雜訊衰減的好處。

SCR與IGBT整流技術比較

舊型On-Line型式的UPS在整流器採用的元件是SCR(Silicon Controlled Rectifier,矽控整流器),由於是透過電壓觸發,屬於低工作頻率(60GHz),需要變壓器來升壓,整個設備的體積較大,因此整機運轉效率只能達到88%?92%之間。但隨著技術的演進,現今已有採用IGBT(Insulated-Gate Bipolor Transistor,閘極絕緣雙極性電晶體),在高頻工作下,因為是震盪運作,不需要變壓器,UPS諧波低,整機效率可達94%以上。(編按:以上效率數字不包含旁路模式)

「整機效率影響到的是企業到底會有多少電力損失。」陳仲倉以一台300KVA、最大負載270KW,且輸入功因以及輸出功因皆為0.9、整機效率為92%的UPS設備,說明電力損失:

輸入功率=270/0.92=293.48KW
電力損失=(270/0.92-270)=23.48KW
台電供應前端輸入開關所需的KVA=293.48/0.9=326KVA

綜合推算結論,台電要在前端供應到326KVA才有辦法在前面的輸入端提供到293.48KW的電力,透過UPS本身92%的運轉效率之後,最終提供了270KW的電力給設備。而這中間的電力損失是23.48KW。

陳仲倉強調,企業想要以最少的投資達到穩定可靠的配置,並且還能節省電力成本,功因與效率是兩個相當重要的數值,他提到,許多人經常把這兩個不同意義的數值混淆。「功因代表的是負載本身KVA與KW之間的差異。功因數字的大小與負載以及設備可以承受的能力有關,功因會影響負載多寡。當然整流技術的提升也會讓功因值增加,例如舊型以SCR設計的UPS設備,最高的功率因數只能到0.9,而改為IGBT之後,便能做到1等。而電力損失是因為設備透過交流轉直流,又從直流轉成交流電力,因為在運作過程中產生熱而造成損失,當整機運轉的效率愈低,意謂著企業電力耗損愈大。」

換句話說,當企業選擇的UPS設備是低功率因數,那麼就表示企業要買更大型的設備才能符合需求,這時成本投資就會更多。但倘若企業選擇的UPS設備是低整機效率,則意謂的是轉換效率低,這時,就與電力節省有關。


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