Neil Rasmussen 2011-02-17

Waty i woltoampery: moc nieporozumień

Waty i woltoampery: moc nieporozumień

Niniejszy artykuł pomaga wyjaśnić różnice pomiędzy watami i woltoamperami oraz pokazać, jak te terminy są używane, prawidłowo i nieprawidłowo, przy określaniu parametrów zasilaczy UPS. Wiele osób jest zdezorientowanych rozróżnieniem pomiędzy mocą znamionową podawaną w watach (W) i woltoamperach (VA) przy wymiarowaniu obciążenia zasilaczy UPS. Wielu producentów zasilaczy UPS i obciążeń wprowadza dodatkowe zamieszanie, nie rozróżniając tych dwóch wartości.

Moc pobierana przez sprzęt komputerowy jest wyrażana w watach lub woltoamperach (VA). Moc w watach to rzeczywista moc pobierana przez sprzęt. Woltoampery określają tak zwaną moc pozorną, która jest iloczynem napięcia skutecznego przez natężenie prądu pobieranego przez urządzenie.

Zarówno moc znamionowa wyrażana w watach jak i w woltoamperach jest przydatna i ma swoje zastosowanie. Moc mierzona w watach określa rzeczywistą moc kupowaną od zakładu energetycznego i ciepło generowane przez urządzenie. Moc w woltoamperach pozwala zwymiarować okablowanie i bezpieczniki.

Moc znamionowa wyrażana w VA i watach w przypadku niektórych rodzajów obciążeń elektrycznych, np. żarówek, jest identyczna. Jednak w przypadku sprzętu komputerowego wartości w watach i woltoamperach różnią się znacznie, przy czym moc wyrażana w VA jest zazwyczaj równa lub większa od tej w watach. Współczynnik wartości mocy mierzonej w watach do mocy w VA jest nazywany „współczynnikiem mocy” i wyrażany w postaci liczbowej (np. 0,7) lub procentowej (np. 70%).

Waty nie muszą być równe VA

Wszystkie urządzenia informatyczne, w tym komputery, używają elektronicznych zasilaczy impulsowych. Rozróżniamy dwa podstawowe typy zasilaczy komputerowych: 1) zasilacze z korekcją współczynnika mocy (PFC) i 2) zasilacze z wejściem kondensatorowym. Oglądając urządzenie, nie można stwierdzić, który z tych rodzajów zasilaczy został zastosowany, a informacja ta nie jest powszechnie podawana w specyfikacji urządzeń. Zasilacze PFC zostały wprowadzone w połowie lat dziewięćdziesiątych, ich cechą charakterystyczną jest taka sama moc znamionowa wyrażana w watach i woltoamperach (współczynnik mocy od 0,99 do 1,0). W przypadku zasilaczy z wejściem kondensatorowym stosunek mocy znamionowej w watach do wartości w VA wynosi od 0,55 do 0,75 (współczynnik mocy od 0,55 do 0,75).

Wszystkie duże elementy komputerowe jak routery, przełączniki, macierze dyskowe i serwery wyprodukowane po 1996 roku używają zasilaczy PFC — z tego względu ich współczynnik mocy wynosi 1.

Komputery osobiste, niewielkie koncentratory i akcesoria komputerów osobistych zazwyczaj wyposażone są w zasilacze z wejściem kondensatorowym, z tego względu współczynnik mocy dla tego rodzaju urządzeń jest mniejszy od jedności, zazwyczaj wynosi około 0,65. Większe urządzenia komputerowe wyprodukowane przed 1996 roku również zazwyczaj wykorzystują ten rodzaj zasilaczy i mają współczynnik mocy poniżej jedności.

Wartość znamionowa mocy zasilaczy UPS

Zasilacze UPS mają maksymalną wartość znamionową mocy w watach i w VA. Żadna z tych wartości znamionowych nie może zostać przekroczona.

Branżowym standardem stało się w praktyce, że dla małych systemów UPS wartość znamionowa w watach stanowi w przybliżeniu 60% wartości wyrażonej w VA, co jest typowym współczynnikiem mocy dla popularnych obciążeń komputerowych. W niektórych przypadkach producenci UPS publikują dla zasilaczy UPS jedynie wartość mocy wyrażanej w VA. W przypadku niewielkich zasilaczy UPS zaprojektowanych dla obciążeń komputerowych, dla których podano jedynie wartość w woltoamperach można przyjąć, że wartość mocy zasilacza UPS w watach stanowi 60% podanej wartości w VA.

W przypadku większych systemów UPS coraz częstsze jest koncentrowanie się na wartości w watach i jednakowa wartość mocy wyrażanej w watach i VA ze względu na to, że wartości te są również równe w typowych obciążeniach. Rozszerzone omówienie kwestii współczynnika mocy w większych systemach i ośrodkach przetwarzania danych można znaleźć w opublikowanym przez APC dokumencie „White Paper 26, Hazards of Harmonics and Neutral Overloads” (Raport 26, Zagrożenia związane ze składowymi harmonicznymi i przeciążeniami przewodów neutralnych).

Przykładowe sytuacje, w których mogą wystąpić problemy z wymiarowaniem

Przykład 1: Weźmy pod uwagę typowy zasilacz UPS o mocy 1000 VA. Użytkownik chce przy jego użyciu zasilać grzejnik o mocy 900 W. Grzejnik ma moc 900 W i moc pozorną 900 VA przy współczynniku mocy 1. Choć wartość mocy grzejnika wyrażona w woltoamperach wynosi 900 VA, czyli znajduje się w zakresie roboczym zasilacza UPS, prawdopodobnie nie zasili on tego obciążenia. Dzieje się tak, ponieważ moc obciążenia w wysokości 900 W obciążenia przekracza wartość mocy zasilacza UPS wyrażonej w watach, która wynosi prawdopodobnie 60% z 1000 VA, czyli około 600 W.

Przykład 2: Weźmy pod uwagę zasilacz UPS o mocy 1000 VA. Użytkownik chce zasilić przy jego użyciu serwer plików o mocy pozornej 900 VA. Serwer plików ma zasilacz PFC, więc jego moc to 900 W i 900 VA. Choć wartość mocy obciążenia w woltoamperach to 900 VA, czyli mieści się w zakresie mocy pozornej zasilacza UPS, nie zasili on tego obciążenia. Stanie się tak, ponieważ 900 W obciążenia przekracza moc UPS w watach, która jest równa 60% z 1000 VA, czyli 600 W.

Jak uniknąć błędów wymiarowania

Powyższych problemów pomaga użycie opracowanego przez APC narzędzia UPS Selector, ponieważ weryfikuje ono moc znamionową obciążeń na postawie podanych urządzeń. Ponadto zapewnia, że nie zostaną przekroczona moc znamionowa w watach i VA.

Wartości na tabliczkach znamionowych sprzętu często podają moc w VA, co utrudnia poznanie mocy wyrażonej w watach. W przypadku użycia do wymiarowania wartości z tabliczek znamionowych użytkownik może skonfigurować system, który wydaje się poprawnie zwymiarowany względem mocy wyrażonej w VA, ale w rzeczywistości przekracza moc zasilacza UPS mierzoną w watach.

Podczas wymiarowania należy przyjąć, że moc znamionowa obciążenia w VA powinna być nie większa niż 60% mocy zasilacza UPS w VA. W ten sposób uniknie się możliwości przekroczenie mocy znamionowej zasilacza UPS w watach. Z tego powodu, o ile nie ma się pewności co do mocy znamionowej obciążeń w watach, najbezpieczniejszym podejściem jest ograniczenie sumy obciążeń z tabliczek znamionowych do 60% mocy znamionowej zasilacza UPS w VA.

Wnioski

Informacje na temat poboru mocy przez obciążenia komputerowe często nie są podawane w sposób umożliwiający proste zwymiarowanie zasilacza UPS. Możliwe jest skonfigurowanie systemów, które wydają się poprawnie zwymiarowane, a w rzeczywistości przeciążają zasilacz UPS. Niewielkie przewymiarowanie zasilacza UPS w porównaniu do wartości z tabliczek znamionowych urządzeń zapewni prawidłową pracę systemu. Przewymiarowanie daje także uboczną korzyść w postaci dodatkowego czasu pracy na zasilaniu awaryjnym.



Neil Rasmussen

Zapraszamy do skomentowania artykułu

Treść opini 
Popis 

Pozostałe artykuły z tej kategorii