تفاوت UPS آنلاین و Line-Interactive چیست — راهنمای فنی برای مدیران IT و مهندسان
انتخاب توپولوژی صحیح UPS یکی از تصمیمات کلیدی در طراحی اتاق سرور، دیتاسنتر کوچک و پروژه های ساختمانی است. UPS وظیفه اصلی اش را حفظ برق پیوسته و تضمین کیفیت ولتاژ و فرکانس می داند؛ اما روش تامین و نگهداری این کیفیت در توپولوژی های مختلف متفاوت است. در ادامه، به صورت فنی و اجرایی «تفاوت UPS آنلاین (Double-Conversion) و Line-Interactive» را بررسی می کنیم تا مدیران پروژه، مهندسان برق/تأسیسات و پیمانکاران نصب بتوانند با معیارهای فنی، سایزینگ باتری و نکات نصب/نگهداری، تصمیم مناسب بگیرند. مثال عملی (محاسبه برای اتاق سرور 10 kW در تهران)، جداول مشخصات، چک لیست فنی و FAQ نیز در انتها قرار دارد.
تعریف دقیق و نحوه عملکرد پایه ای دو توپولوژی
در ابتدا باید روشن کنیم UPS چیست: دستگاهی که هنگام ناپایداری یا قطع برق، بار حساس را تغذیه می کند و در عین حال کیفیت برق (ولتاژ، فرکانس، شکل موج) را حفظ می نماید. هدف اصلی محافظت از تجهیزات حساس (سرورها، سوئیچ ها، تجهیزات پزشکی) است. انتخاب بین Online و Line-Interactive به سطح حساسیت تجهیزات، بودجه، و نیاز به کیفیت خروجی بستگی دارد.
در ادامه دو توپولوژی را خلاصه می کنیم: UPS آنلاین (Double-Conversion) انرژی را همیشه از طریق رکتیفایر → باتری/DC → اینورتر عبور می دهد؛ بنابراین خروجی مستقل از شبکه است. Line-Interactive عموماً برق شبکه را مستقیماً عبور می دهد و در نوسانات ولتاژ از AVR/ترانسفورمر خود برای تنظیم استفاده می کند و فقط در قطع کامل وارد اینورتر می شود.
توپولوژی Online (Double-Conversion)
شرح بلوک دیاگرام: ورودی AC → رکتیفایر (AC→DC) → بانک باتری/مدار DC → اینورتر (DC→AC) → بار. همزمان یک مسیر بای پس استاتیک برای سرویس وجود دارد.
ویژگی فنی: خروجی Voltage & Frequency Independent (VFI طبق IEC 62040-3) — یعنی ولتاژ و فرکانس خروجی مستقل از ورودی است. زمان انتقال عملاً ~0 ms (بدون قطع) چون اینورتر همیشه بار را تغذیه می کند. این توپولوژی بهترین محافظت در برابر قطع، قله های لحظه ای و نویز را فراهم می آورد.
توپولوژی Line-Interactive
شرح عملکرد: در حالت عادی بار از مسیر ورودی عبور می کند؛ یک مدار AVR یا ترانسفورمر اتوماتیک ولتاژ را تنظیم می کند. هنگام قطع یا نوسان شدید، اینورتر وارد می شود.
ویژگی فنی: زمان انتقال معمولی در سوئیچ به حالت باتری معمولاً در حدود 2–10 ms (بسته به طراحی) است؛ بنابراین برخی تجهیزات فوق حساس ممکن است از آن بی نصیب باشند. این توپولوژی هزینه و پیچیدگی کمتری نسبت به آنلاین دارد و برای دفاتر و بارهای کم حساس مناسب است.
تفاوت های کلیدی فنی
زمان انتقال: Online ≈ 0 ms؛ Line-Interactive ≈ 2–10 ms.
کیفیت سینوسی خروجی و THD: آنلاین معمولاً THD خروجی پایین تر (مثلاً <2% تا <3% بسته به سازنده) دارد؛ Line-Interactive ممکن است THD بالاتری در شرایط بای پس داشته باشد.
راندمان و هزینه: Line-Interactive معمولاً هزینه و مصرف کمتری دارد؛ اما برای بارهای حساس و محیط های دیتاسنتر، آنلاین رایج تر است.
اجزای سیستم، پارامترهای فنی و مشخصات کلیدی که باید بررسی شوند
در انتخاب UPS باید به اجزا و پارامترهای فنی توجه شود: رکتیفایر، اینورتر، شارژر باتری، بای پس استاتیک، سیستم کنترل و مانیتورینگ. این مؤلفه ها تعیین کننده کیفیت خروجی، قابلیت اطمینان و هزینه عملیاتی هستند. پارامترهای کلیدی شامل: kVA، kW، PF (power factor)، THD، زمان انتقال (ms)، راندمان (%)، نوع باتری، و امکانات شبکه ای (SNMP/MODBUS) می شوند.
در ادامه هر مشخصه را توضیح می دهیم تا در انتخاب کالا و نوشتن مشخصات فنی (RFP) بتوانید تصمیم آگاه بگیرید.
باتری ها — انواع و مشخصات
انواع متداول: VRLA/AGM (اسیدی مهروموم شده)، Gel، Lithium-ion.
مشخصات کلیدی: ولتاژ هر سل/پک (مثلاً 12 V per block)، ظرفیت Ah (مثلاً 100 Ah)، C-rate (نرخ تخلیه)، عمر چرخه (مثلاً 500–1200 cycle بسته به نوع)، زمان شارژ (h)، محدوده دمای کاری (مثلاً 20–25 °C مطلوب).
نکته عملی: Lithium-ion حجم و وزن کمتر و عمر چرخه بالاتری دارد اما هزینهٔ اولیه بالاتر است؛ VRLA (12 V / 100 Ah) در بازار ایران رایج است.
زمان انتقال (Transfer Time) و اثر آن بر تجهیزات
تعریف: مدت زمانی (ms) که UPS از حالت شبکه به حالت ذخیره انرژی یا بالعکس سوئیچ می کند.
مقادیر نموذجی: Online ≈ 0 ms; Line-Interactive ≈ 2–10 ms; Passive Standby (آفلاین) ≈ 4–20 ms.
اثر: تجهیزاتی مانند برخی کارت های داخلی سرورها یا UPSهای داخلی کارت های RAID ممکن است به زمان انتقال حساس باشند؛ در دیتاسنترها اغلب آنلاین انتخاب می شود.
THD و کیفیت خروجی
THD (Total Harmonic Distortion) — درصد اعوجاج هارمونیکی در شکل موج خروجی. مقدار پایین تر (مثلاً <2–3%) برای تجهیزات حساس مطلوب است.
چرا مهم است: THD بالا باعث افزایش دمای منابع تغذیه سرورها، کاهش عمر خازن ها و اختلال در تجهیزات اندازه گیری می شود. UPS آنلاین معمولاً THD خروجی کمتری تولید می کند.
کارایی (Efficiency) و منحنی راندمان
تعریف: نسبت توان خروجی مفید به توان ورودی. معمولاً با درصد بیان می شود (مثلاً 92%).
حالت ها: double-conversion mode (راندمان معمولاً 90–95%) و ECO/BYPASS mode (راندمان تا 96–98% ممکن است افزایش یابد). اما حالت ECO ریسک هایی در کیفیت خروجی دارد.
مدیریت و مانیتورینگ
پروتکل ها: SNMP، RS-232، USB، MODBUS.
قابلیت ها: remote shutdown، لاگینگ رخداد، هشدار ایمیل/SNMP Trap، مانیتورینگ باتری و زمان باقی مانده. این امکانات برای دیتاسنتر و عملیات 24/7 حیاتی اند.
روش های محاسبه ظرفیت (sizing)، معیارها و مثال عملی با جدول محاسبه
برای سایزینگ باید چند معیار را مشخص کنید: بار واقعی (kW)، PF، مدت زمان بک آپ مطلوب (min)، افت کابل/تلفات (%)، راندمان اینورتر (η_inv) و حاشیهٔ ایمنی. در ادامه فرمول ها و مثال گام به گام را می بینید.
روش محاسبه مرحله به مرحله (فرمول ها واضح)
توان پیوسته مورد نیاز (P_load) — بر حسب kW (مثلاً 10 kW).
تبدیل به kVA بر اساس PF:
- S (kVA)=Pload (kW)PFS\ (kVA) = \dfrac{P_{load}\ (kW)}{PF}S (kVA)=PFPload (kW)
افزودن حاشیه: معمولاً 20–30% برای رشد آتی و شرایط اوج پیشنهاد می شود.
محاسبه ظرفیت باتری (Ah): برای مدت بک آپ t (ساعت):
- Ah=Pload(kW)×1000×t(h)Vbat(V)×ηinvAh = \dfrac{P_{load}(kW)\times1000 \times t(h)}{V_{bat}(V)\times \eta_{inv}}Ah=Vbat(V)×ηinvPload(kW)×1000×t(h)
توضیح: η_inv راندمان اینورتر فرضی (مثلاً 0.95)، V_bat ولتاژ کل بانک باتری (مثلاً 384 V). در این محاسبه افت کابل 3% یا سایر تلفات می تواند اعمال شود.
جدول محاسبه نمونه — «اتاق سرور کوچک در تهران» (مثال واقعی)
فرض ها (شفاف):
بار پیوسته = 10 kW (فرضی).
PF = 0.9 (فرضی).
افت کابل/تلفات = 3%.
η_inverter = 0.95.
زمان بک آپ مطلوب = 30 دقیقه = 0.5 h.
ولتاژ سیستم باتری (مثال مرسوم) = 384 V (32×12 V).
(تمام اعداد فرضی اند و باید در پروپوزال نهایی با اندازه گیری واقعی تایید شوند.)
| مورد | مقدار محاسبه شده | واحد | توضیح |
|---|---|---|---|
| بار پیوسته (P_load) | 10.00 | kW | فرض شده |
| احتساب تلفات کابل (+3%) | 10.30 | kW | P_adj = 10 × 1.03 |
| تبدیل به kVA | 11.44 | kVA | S = P_adj / PF = 10.3 / 0.9 |
| حاشیه 20% | 13.73 | kVA | انتخاب UPS ≥ 13.73 kVA → انتخاب عملی 15 kVA |
| زمان بک آپ | 0.5 | h | 30 دقیقه |
| ولتاژ باتری | 384 | V | مثال 32×12V |
| η_inverter | 0.95 | — | فرض شده |
| Ah مورد نیاز | ≈ 14.12 | Ah | Ah = (10.3×1000×0.5) / (384×0.95) ≈ 14.12 Ah |
| باتری پیشنهادی | 12 V / 100 Ah × 32 عدد سری (یک رشته) | — | یک رشته 32×12V = 384V با 100 Ah → ظرفیت واقعی 100 Ah >> مورد نیاز؛ یک رشته کفایت می کند ولی برای طول عمر و PM بهتر ممکن است 1 رشته با ظرفیت مناسب یا لیتیوم با طول عمر بالاتر انتخاب شود. |
توضیح : Ah محاسبه شده برای ولتاژ کل سیستم است. استفاده از باتری 12 V / 100 Ah در سری (32 عدد) یک رشته با 100 Ah فراهم می کند که برای 30 دقیقه بیش از نیاز است. بنابراین معمولاً تعداد رشته ها و Ah هر باتری براساس استاندارد عمر مفید، نرخ تخلیه و هزینه تعیین می شود.
نکات ضریب ایمنی و رشد آتی
پیشنهاد می شود UPS را با 20–30% حاشیه ظرفیت انتخاب کنید.
در صورت نیاز به مقیاس پذیری، از ماژولار یا موازی شدنی بودن UPS اطمینان حاصل کنید.
فضای فیزیکی، تهویه و وزن (بار کف) را در انتخاب محل نصب در نظر بگیرید.
مزایا/معایب، نکات اجرایی نصب و نگهداری، چک لیست فنی، مقایسه نهایی و نتیجه گیری + CTA
در این بخش جمع بندی، جدول چک لیست و توصیه های نصب/نگهداری ارائه می شود تا تصمیم گیری برای پروژه عملی و قابل اجرا باشد.
جدول چک لیست مشخصات فنی (پارامتر — مقدار مرجع/توضیح)
| پارامتر | مقدار مرجع / توضیح |
|---|---|
| Pmax | براساس محاسبه (مثلاً 15 kVA برای مثال) |
| PF خروجی | 0.9 (معمول برای بسیاری UPSها) |
| ولتاژ خروجی (Nominal) | 230 V / 400 V (تک فاز/سه فاز) |
| شدت جریان خروجی | بسته به kVA و ولتاژ محاسبه شود (A) |
| Efficiency (% @ load) | 90–96% (بسته به حالت و سازنده) |
| زمان انتقال (ms) | Online ≈ 0 ms؛ Line-Interactive ≈ 2–10 ms |
| THD خروجی (%) | Online <3% (نمونه <2%)؛ Line-Interactive می تواند بالاتر باشد |
| تلفات شارژر/باتری | مشخصات سازنده — برای برآورد تلفات در محاسبه باتری نیاز است |
| رتبه IP | IP20 یا بالاتر براساس محل نصب |
| دمای عملیاتی | معمولاً 0–40 °C؛ برای عمر باتری 20–25 °C مطلوب است |
| گارانتی | UPS: 1–5 سال (بسته به سازنده)؛ باتری: معمولاً 12–36 ماه یا بر حسب Ah و C-rate |
| مانیتورینگ | SNMP / RS-232 / Web / MODBUS پیشنهاد می شود |
مزایا و معایب عملیاتی (بولت پوینت)
UPS آنلاین (Double-Conversion):
- مزایا: کیفیت خروجی بالا، بدون زمان انتقال، مناسب دیتاسنترها و تجهیزات حساس.
- معایب: هزینه اولیه و پیچیدگی و مصرف انرژی اندکی بیشتر در حالت double conversion.
UPS Line-Interactive:
- مزایا: هزینه کمتر، راندمان بالاتر در بسیاری از شرایط، مناسب دفاتر و بارهای کم حساس.
- معایب: زمان انتقال چند میلی ثانیه، کیفیت خروجی در برخی شرایط کمتر است.
مقایسه عملی با گزینه های جایگزین
ژنراتور دیزل + ATS: مناسب زمان بندی طولانی قطع برق و بارهای بزرگ؛ اما زمان راه اندازی و کیفیت فوراً قابل اعتماد نیست.
UPS آنلاین + ژنراتور (ترکیبی): بهترین ترکیب برای دیتاسنترها: UPS کیفیت را حفظ می کند و ژنراتور برای زمان های طولانی تامین برق می کند.
سیستم هیبریدی (باتری + ژنراتور + ESS): برای پروژه های با نیاز به بهینه سازی مصرف و استفاده از انرژی تجدیدپذیر مناسب است.
نکات اجرایی نصب
- محل نصب: تهویه مناسب، فاصله برای سرویس باتری، کف تحمل بار (kg/m²) بررسی شود.
- کابل کشی: سایز کابل و فیوز مطابق استانداردها (مثلاً IEC/محلی) اجرا شود.
- بای پس سرویس: پنل بای پس استاتیک برای تعویض سرویس بدون خاموشی توصیه می شود.
- ایمنی باتری: تهویه، حفاظت در برابر گازهای H2 (برای باتری های اسیدی)، مسیر اطفاء و نشانه گذاری.
نگهداری و سرویس (PM)
تست باتری (load test) حداقل سالیانه؛ بررسی ولتاژ و مقاومت داخلی باتری.
بررسی اتصالات، مراحل شارژر، اندازه گیری THD و لاگ رخدادها.
ثبت دوره ای دما (°C) و نویز (dB)؛ تعویض باتری طبق برنامه تولیدکننده.
FAQ (پرسش های پرتکرار
- کدام UPS برای سرورهای حساس مناسب تر است؟
برای سرورهای حساس و دیتاسنترها، UPS آنلاین (Double-Conversion) توصیه می شود چون خروجی مستقل از ورودی است و زمان انتقال ≈ 0 ms.
- آیا می توان UPS Line-Interactive را برای دیتاسنتر کوچک استفاده کرد؟
برای دیتاسنتر کوچک با بار کم و هزینه محدود ممکن است، اما اگر تجهیزات به زمان انتقال حساس اند یا کیفیت برق ضعیف است، آنلاین مناسب تر است.
- چه معیاری برای انتخاب ظرفیت باتری قابل اتکا است؟
ظرفیت باتری براساس توان واقعی بار (kW)، PF، زمان بک آپ مورد نیاز، ولتاژ بانک باتری و راندمان اینورتر محاسبه می شود؛ همیشه با 20% حاشیه بررسی کنید.
- THD چه تأثیری روی تجهیزات دارد؟
THD بالا می تواند باعث گرم شدن بیش از حد منابع تغذیه، کاهش عمر خازن ها و اختلال در تجهیزات حساس شود؛ بنابراین مقدار پایین THD برای دیتاسنترها مهم است.
- آیا باتری لیتیوم بهتر از VRLA است؟
بستگی به بودجه و نیاز دارد: لیتیوم عمر چرخه بیشتر و حجم/وزن کمتر دارد اما گران تر است؛ VRLA اقتصادی تر و رایج در بازار ایران است.
- چه استانداردهایی را در مشخصات فنی باید یادآور شویم؟
حداقل به IEC/EN 62040-3 برای طبقه بندی و عملکرد UPS و استانداردهای ایمنی محلی اشاره شود.
نتیجه گیری
در جمع بندی: اگر کیفیت برق و صفر بودن زمان انتقال اولویت شماست، UPS آنلاین انتخاب درست است؛ اگر بودجه و راندمان لحظه ای موردنظر است و بار حساسیت کم تری دارد، Line-Interactive می تواند گزینهٔ مقرون به صرفه تری باشد.