Testy zasilaczy awaryjnych UPS - procedura testowa

W polskojęzycznych serwisach nie ma zbyt wielu solidnych testów zasilaczy awaryjnych UPS (ang. Uninterruptible Power Supply). Owszem, znajdziemy takie zarówno w formie pisanej, jak i wideo, jednakowoż w zdecydowanej większości są niekompletne. Niektóre opisują produkt, ale brak konkretnych testów, dokładnych i rzetelnie wykonanych specjalną aparaturą pomiarową jak oscyloskop. Postanowiliśmy to zmienić i dokładnie opiszemy, jak będzie testowany zasilacz awaryjny (UPS). Tak, będzie to opis procedury testowej, krok po kroku. Nie ukrywam, że testy nie są łatwe, bardzo czasochłonne, a zarazem skomplikowane. Często wymagają dostania się do elektroniki i przyłożenia sond probierczych do stosownych punktów, bezpośrednio na laminacie z elektroniką. Potrzebne jest tutaj doświadczenie, stosowna wiedza i duża doza ostrożności, ponieważ pomiary odbywają się na uruchomionym urządzeniu (pod napięciem), co grozi porażeniem prądem elektrycznym. Ale przecież, jak to mówią, “elektryka prąd nie tyka”. Po testach zasilaczy komputerowych przyszedł czas, aby rozbudować dział poświęcony urządzeniom zasilającym. Jak się okazuje, mimo prostej zasady działania, przynajmniej w teorii, UPS-a, który ma za zadanie podtrzymać zasilanie w sytuacji zaniku napięcia sieciowego, różnice między poszczególnymi modelami potrafią być znaczące. Wykorzystując zgromadzoną energię w akumulatorach, UPS daje nam czas na zapisanie danych i bezpieczne wyłączenie komputera bądź innego urządzenia. Jednakże podtrzymanie napięcia zasilania to nie wszystko. Zasilacz awaryjny chroni również podłączony sprzęt przed krótkotrwałymi zanikami napięcia czy wszelkimi zakłóceniami płynącymi z sieci energetycznej, a bardziej zaawansowane modele mogą podnosić lub obniżać napięcie wyjściowe (funkcja AVR).

Zasilacze awaryjne UPS są często testowane w niewłaściwy sposób. Aby mieć pewność, że wszytko robimy prawidłowo, naszą metodologię skonsultowaliśmy oraz zweryfikowaliśmy ze specjalistami w laboratorium badawczym jednego z polskich producentów zasilaczy awaryjnych.

W sieci można natrafić na wiele testów UPS-ów, jednakże nie wszystkie są przeprowadzone w należyty sposób, postanowiliśmy to zmienić. Zasilacze awaryjne UPS są często testowane przez osoby niemające wystarczającej wiedzy oraz odpowiedniej aparatury pomiarowej, a wyciągnięte wnioski są niewłaściwe. Częstymi błędami są niewystarczające obciążenie zasilacza UPS komputerem PC lub tylko żarówkami czy żarnikami halogenowymi. Pierwsza metoda pokazuje, czy czas przełączania nie spowoduje wyłączenia komputera, ale nie obciąży UPS-a na 100%. Nie poznamy wtedy kultury pracy oraz zachowania się podczas pełnego obciążenia. Obciążenie żarnikami to częściowo dobra metoda, pozwalająca na wyciśnięcie ostatnich potów z zasilacza awaryjnego. Minusem jest brak możliwości sprawdzenia wpływu czasu przełączenia na pracę bateryjną, co ma znaczenie podczas zasilania wrażliwych na zmiany napięcia urządzeń. Do tego należy sprawdzić, przy jakich wartościach napięć UPS przełączy się na zasilanie bateryjne, w tym celu obniżając napięcie zasilające. Tutaj wymagany jest autotransformator, który pozwala na zmianę napięcia od 0 do ponad 270 V. Czas przełączenia z kolei możemy zmierzyć wyłącznie oscyloskopem, gdyż są to czasy rzędu milisekund. Oscyloskop ponadto pozwoli na zobrazowanie przebiegu napięcia wyjściowego i pokazanie czy jest to sinusoida, sinusoida aproksymowana czy przebieg prostokątny. Mało tego, wiele rzekomych testów to nic nie mówiące rzuty okiem czy przeglądy. Sporo serwisów nie potrafi nawet wykonać autorskich zdjęć, a o zerwaniu plomb gwarancyjnych i zajrzeniu do wnętrza zasilacza nie wspomnę. ITHardware to poważny portal i staramy się podchodzić rzetelnie i z pełnym profesjonalizmem do naszej pracy, tak więc nie omieszkamy użyć stosownego sprzętu pomiarowego, rozkręcić testowane urządzenie, a nawet wykonać pomiary pod napięciem.

Przemyślana metodologia testowa to podstawa rzetelnego testu.

Stworzenie odpowiedniej procedury testowej nie było łatwe. Musieliśmy ocenić, które aspekty są najważniejsze i przede wszystkim poszerzyć wiedzę z zakresu zasilaczy awaryjnych (bo kto się nie uczy, ten stoi w miejscu). Aby mieć pewność, że wszytko robimy prawidłowo naszą metodologię skonsultowaliśmy oraz zweryfikowaliśmy ze specjalistami w laboratorium badawczym jednego z Polskich producentów zasilaczy awaryjnych. Ponadto musieliśmy zakupić niezbędny sprzęt pomiarowy i wyposażenia stanowiska testowego. Oczywiście jednym z najważniejszych parametrów UPS-a są czasy przełączania z zasilania sieciowego na bateryjne i odwrotnie. Ponadto, sprawdzimy kształt przebiegu napięcia wyjściowego na zasilaniu rezerwowym, czas podtrzymania zasilania w zależności od obciążenia, pobór mocy, sprawność, kulturę pracy oraz dodatkowe oprogramowanie i jego możliwości. Generalnie bardzo wiele aspektów zostanie poddanych wnikliwej analizie. Jak dokładnie wyglądają testy i jakie pomiary będą wykonywane, opiszemy dokładnie poniżej.

Na początek diagram przedstawiający stanowisko testowe oraz wykorzystany sprzęt pomiarowy.

Sprzęt pomiarowy

Korzystamy z urzą­dzeń po­mia­ro­wych re­no­mo­wa­nych marek, głównie Volt­craft (tak, wiemy, że są jeszcze lepsze). Mul­ti­metry cy­fro­we Volt­craft VC-850, Volt­craft VC 607 AC/DC oraz watomierze sieciowe Voltcraft Energy Logger 4000F po­sia­da­ją prze­twor­nik war­to­ści sku­tecz­nej Tru­eRMS (ang. True Ro­ot Me­an Squ­are), tak więc mie­rzą war­tość sku­tecz­ną, a nie średnią jak w tanich przyrządach, gdzie otrzy­ma­ny wy­nik jest po­praw­ny je­dy­nie dla prze­bie­gów si­nu­so­idal­nych. Mier­ni­ki wy­so­kiej kla­sy, jak te wy­ko­rzy­sta­ne w te­ście, po­zwa­la­ją na po­miar war­to­ści sku­tecz­nej prze­bie­gów od­kształ­co­nych, a ta­kie wła­śnie pa­nu­ją na wyj­ściu za­si­la­czy awaryjnych UPS.

Lista wykorzystanego oprzyrządowania: 

• Autotransformator regulowany MCP M10-522-30 o mocy pozornej 3 kVA. Urządzenie to umożliwia regulację napięcia wejściowego w zakresie 0-273 V. Dzięki regulacji napięcia zasilania, możemy określić progi załączenia się UPS-a, a także działanie funkcji AVR.

• Dwa watomierze sieciowe - Voltcraft Energy Logger 4000F z modułem True RMS - służą do pomiaru mocy wejściowej, jak i wyjściowej.

• Decybelomierz Voltcraft SL-200 - pomiar natężenia dźwięku.

• Pirometr (termometr na podczerwień) Trotec BP15 - pomiar temperatury.

• Oscyloskop USB Stingray DS1M12 oraz wysokonapięciowe sondy z dzielnikiem 100:1 - pomiar czasu przełączenia.

• Multimetr cyfrowy Voltcraft VC-850 - pomiar napięć.

• Multimetr cęgowy Voltcraft VC 607 AC/DC - pomiar natężenia prądu ładowania akumulatorów.

Za obciążenie zasilacza awaryjnego wykorzystano:

• Zasilacz LC-Power LC750 V2.31 Platinum o mocy znamionowej 750 W, który obciążany jest sztucznym obciążeniem znanym z testów zasilaczy.

• Dwa moduły lamp halogenowych 150 W i 400 W.

Jak widać, łączne obciążenia znamionowe to 1200 W (plus przeciążenie PSU LC-Power). Dlaczego taki zestaw? Zasilacz LC-Power LC750 V2.31 wykorzystano z dwóch powodów:

• Komputer PC to główny odbiornik zasilacza awaryjnego. Naszym celem jest sprawdzenie, czy czasy przełączanie na zasilanie bateryjne nie mają negatywnego wpływu na PSU i nie będą powodować niestabilności działania czy resetowania urządzenia.

• Drugi powód to możliwość ustawienia niemal dowolnego obciążenia, by obciążyć testowany UPS np. na 50% czy 100%. A warto dodać, że będziemy testować zasilacze awaryjne o różnej mocy znamionowej.

• Lampy halogenowe to natomiast stałe obciążenia, imitujące jednostkę komputera stacjonarnego z monitorem. Pierwsza charakteryzuje się mocą 150 W, czyli odpowiada niskiej/średniej półce wydajnościowej (procesor klasy Intel Core i3/i5 czy AMD Ryzen(2) 3/5 + karta graficzna GTX 1050/1070). Kolejne obciążenie, o mocy 400 W, ma symulować jednostkę opartą o topowe podzespoły jak CPU Intel Core i7/i9 i karta graficzna GTX 1080 Ti oraz wydajniejsze (w sensie kolejne generacje).

Przebieg testów

Czas przejść do omówienia, krok po kroku, co i w jaki sposób będzie się odbywało. Zacznę od tego, że w każdym zasilaczu awaryjnym należy minimum 3 razy rozładować i naładować akumulator(y). Ma to na celu osiągniecie pełnej ich pojemności (jak i wydajności). Bez tego testy nie byłyby nic warte. Po procedurze przygotowawczej można przeprowadzać testy czasów podtrzymania rezerwowego na każdym z obciążeń (150 W, 400 W, 50% i 100%). Podczas ładowania akumulatorów będziemy sprawdzać prąd ładowania, co wiąże się z pomiarami na podłączonym do sieci energetycznej urządzeniu. Ponadto dokonamy poboru mocy podczas bezczynności oraz ładowania, obliczymy sprawność i generowany hałas pod pełnym obciążeniem, a także stabilność napięć. Dużo? Nie, to nie wszystko, gdyż niektóre zasilacze awaryjne posiadają AVR (ang. Automatic Voltage Regulator). W tej sytuacji należy dodatkowo dokonać pomiarów napięć progowych załączenia się AVR. Oczywiście jednym z najważniejszych parametrów jest czas przełączenia z zasilania sieciowego na zasilanie awaryjne, do pomiaru którego niezbędny jest oscyloskop. Kultura pracy, w tym przypadku pomiar natężenia dźwięku, odbywa się podczas pełnego obciążenia mocą znamionową na zasilaniu z akumulatorów. Pomiar dokonywany jest z boku obudowy w odległości 50 cm i 100 cm.

Oprócz samych testów, sprawdzimy jakość zastosowanych komponentów. Może nie tak dokładnie jak w zasilaczach komputerowych, ale warto tam zerknąć i sprawdzić, co w trawie piszczy. Coraz częściej wraz z UPS-em otrzymujemy możliwość monitoringu oraz zarządzania zasilaczem przez odpowiednie oprogramowanie lub dedykowany wyświetlacz. Również tym aspektom dokładnie się przyjrzymy i sprawdzimy oferowane udogodnienia. Wszak możliwość zdalnej kontroli, czy choćby otrzymywania powiadomień na skrzynkę e-mail, dla niektórych administratorów jest nieodzowna.

Reasumując, dział urządzeń zasilających na ITHardware.pl zostanie mocno rozbudowany. Obok dobrze Wam znanych testów zasilaczy komputerowych ATX, pojawią się analogiczne materiały odnośnie zasilaczy awaryjnych UPS. Prawda jest taka, że osoby, które utraciły dane, bądź ich komputer był niewystarczająco zabezpieczony przed zakłóceniami z sieci energetycznej i spotkała ich frustrująca sytuacja, doceniają urządzenia takie jak UPS i nie wyobrażają sobie życia bez nich. Na rynku jest bardzo wiele konstrukcji o różnych parametrach i topologiach, jak i do różnych zastosowań. Nasza procedura testowa, przedstawiona powyżej, powinna ukazać realne parametry testowanych urządzeń oraz przedstawić ich mocne i słabe strony. Testy UPS-ów to kontynuacja, a zarazem rozszerzenie, profesjonalnie przygotowanych testów hardware'u na naszym portalu - po zasilaczach ATX, wentylatorach, procesorach czy kartach graficznych (i pozostałych), wykonywanych przez doświadczonych redaktorów, które - mamy nadzieję - pomogą Wam w dokonaniu właściwego wyboru. Macie pytania co do przedstawionej procedury? Piszcie w komentarzach. Już za kilka tygodni pierwszy test zasilacza awaryjnego UPS.