Sbalzi di corrente o anomalie della rete elettrica possono avere un forte impatto sulle apparecchiature. Nelle aziende tali problematiche provocano spesso interruzioni dei sistemi informatici o addirittura perdite di dati. Nelle abitazioni private le fluttuazioni di tensione possono compromettere la funzionalità di apparecchi di comunicazione, intrattenimento o sicurezza. Sia per gli accessori IT professionali sia per la semplice elettronica di consumo, i gruppi di continuità (UPS) proteggono efficacemente tali componenti.
Fortunatamente in Svizzera i black-out sono alquanto rari. Ciononostante, l’alimentazione elettrica e la qualità della corrente producono talvolta fluttuazioni, che possono avere un impatto negativo sul funzionamento di sistemi elettronici sensibili. Pertanto, a causa, ad esempio, di corti circuiti o correnti di spunto particolarmente elevate, nella rete si verificano sovente cali di tensione indesiderati. Per contro, la caduta di fulmini e lo spegnimento di dispositivi elettrici ad alto consumo comportano picchi di tensione. Anche fenomeni meteorologici come temporali, nevicate o forti piogge possono compromettere occasionalmente la stabilità della rete. I fornitori di energia possono intervenire sulle fluttuazioni e le irregolarità che si generano nella frequenza di rete; tuttavia, alcuni effetti locali possono disturbare il funzionamento di dispositivi e sistemi informatici sensibili o addirittura danneggiarli.
Diventa quindi sempre più importante alimentare in modo affidabile e sicuro gli apparecchi informatici e di comunicazione. A tal fine, vengono attivati gruppi di continuità (UPS) che agiscono tra la linea elettrica e i dispositivi o sistemi da utilizzare in modo sicuro. A seconda delle caratteristiche di questi UPS, è quindi possibile proteggere dai guasti gli apparecchi elettrici collegati. A rappresentare potenziali fattori di disturbo sono, ad esempio, i buchi di tensione che durano più di 10 millisecondi, le sovratensioni e le sottotensioni continuative, le fluttuazioni di tensione, vale a dire cali di tensione della durata fino a 16 millisecondi, i picchi di tensione e commutazione.
Esempi di applicazioni di sistemi UPS sono le infrastrutture IT, in particolare server di database ed e-mail, impianti domotici e di controllo degli edifici, sistemi di controllo distribuito, impianti telefonici, illuminazioni d’emergenza e di gallerie o ancora apparecchiature ospedaliere. Attualmente i sistemi UPS trovano ampia diffusione anche nelle piccole e medie imprese nonché nelle abitazioni private.
Come funziona un UPS?
L’elettronica di un UPS monitora in modo continuativo la tensione proveniente dal collegamento di rete. In caso di anomalia, nel giro di pochi millisecondi i dispositivi UPS di classe 2 e 3 passano all’alimentazione mediante produzione interna di corrente, che viene fornita da una batteria o da una serie di batterie. Tramite questa procedura di commutazione si verifica – a dispetto del termine «continuità» – una piccola interruzione dell’alimentazione della durata di pochi millisecondi. Questa, tuttavia, viene tollerata dalla maggior parte dei dispositivi elettrici senza che ne venga compromesso il funzionamento. Soltanto gli UPS di classe 1 evitano qualsiasi interruzione, perché la corrente viene fornita costantemente dal generatore dell’UPS.
A seconda della tipologia, un UPS può ovviare ai malfunzionamenti per un periodo che va da un minuto a parecchie ore. In caso di un’interruzione totale di corrente, in questo lasso di tempo è possibile risolvere i guasti oppure spegnere o disattivare senza danni i sistemi collegati. Ciò consente di evitare un crash completo del sistema.
Molti dispositivi UPS, inoltre, possono inviare un segnale d’allarme tramite un bus di dati e comunicare tempestivamente il guasto alla persona responsabile del sistema. Anche durante il funzionamento normale tutti i dati fondamentali sono sempre consultabili, controllabili e gestibili su qualsiasi terminale collegato alla rete. Con l’ausilio di un programma di arresto, in caso di danno è anche possibile procedere automaticamente alla chiusura dei file aperti e allo spegnimento dei sistemi interessati. Diversamente da un generatore d’emergenza, un UPS non offre però un’alimentazione elettrica di lunga durata.
Nella scelta di una soluzione adeguata per la protezione della tensione, occorre tenere conto di diversi aspetti a seconda delle esigenze e dell’ambito d’uso. Sul mercato sono disponibili diversi tipi di UPS con diversi livelli di protezione, ma in generale si tende a distinguere fra le tre classi di tecnologie UPS descritte a seguire.
UPS offline (classe 3 o VFD)
I sistemi di classe 3 sono concepiti per proteggere un singolo computer o una singola postazione di lavoro. Questi modelli di base dal prezzo contenuto offrono tuttavia una protezione sufficiente soltanto in caso di black-out totale e non dispongono di ulteriori funzioni per la stabilizzazione della tensione. Tali dispositivi vengono denominati offline, perché l’inverter integrato si attiva soltanto in caso di cali di tensione. Se la tensione scende al di sotto di un valore predefinito, si passa automaticamente all’alimentazione fornita dalla tensione della batteria. Questo processo implica il ritardo di due o tre millisecondi a cui si accennava sopra, che tuttavia può essere superato senza problemi dalla maggior parte dei computer.
UPS line-interactive (classe 2 o VI)
Una migliore protezione rispetto ai sistemi offline è garantita dai dispositivi UPS line-interactive di classe 2. Oltre alla protezione in caso di black-out totale, tali sistemi offrono anche una stabilizzazione della tensione in grado di compensare i picchi e le oscillazioni nella rete elettrica. Se la tensione cala sotto un determinato livello, il sistema UPS fornisce tensione alternata ai dispositivi collegati con l’ausilio della corrente della batteria. Nemmeno questa tecnologia è, però, in grado di correggere le differenze di frequenza nell’alimentazione elettrica: occorre avvalersi di un UPS a doppia conversione.
UPS di classe 2 o VI
UPS a doppia conversione (classe 1 o VFI)
La tecnologia online è la soluzione di protezione della tensione più completa e sicura ed è quindi adatta alle applicazioni speciali. Grazie al passaggio dalla rete alla batteria, infatti, questo sistema garantisce la totale assenza di anomalie. Nemmeno le più minime, dato che durante il funzionamento normale l’UPS produce in modo costante e autonomo energia dalle batterie. Queste vengono ricaricate a loro volta costantemente da un raddrizzatore. Un sistema online pulisce e filtra la tensione, di modo che il sistema fornisca ai dispositivi elettrici collegati soltanto corrente pulita e uniforme. In tutti i settori in cui bisogna proteggere applicazioni di importanza strategica, i sistemi UPS online sono imprescindibili.
UPS di classe 1 o VFI
Prestazioni minime di un UPS
A seconda della sensibilità, della portata e dell’importanza dei sistemi da proteggere aumenta anche la necessità di tutelarsi da un numero crescente di problemi legati all’elettricità. In parte è la legge a stabilire esattamente quali applicazioni vanno protette con un UPS. Per le sale operatorie e le terapie intensive, ad esempio, sono previsti requisiti specifici. In queste fattispecie, l’UPS deve ovviare tra l’altro ai problemi di rete fino a quando non entra in funzione il generatore d’emergenza. Ma la decisione di avvalersi di gruppi di continuità è fortemente condizionata anche da aspetti finanziari. Gli utenti dovrebbero capire a quanto ammonterebbe un’eventuale perdita causata da un guasto di tutte le applicazioni. In altre parole, il primo passo nella pianificazione dell’utilizzo di UPS consiste nella definizione di settori chiave da proteggere da black-out od oscillazioni di tensione. Questa valutazione deve comprendere anche i monitor, le memorie esterne e altre periferiche essenziali, come ad esempio router e hub.
Nel processo di pianificazione è fondamentale stabilire con la maggiore tempestività e accuratezza possibile il carico del sistema UPS in modo da scegliere correttamente la tipologia, la configurazione, il tipo di funzionamento e la potenza nominale per una funzionalità ottimale. I partner industriali dell’aae sono lieti di assistervi nella progettazione e forniscono la soluzione giusta a qualsiasi esigenza grazie ai loro ampi assortimenti di sistemi UPS di diversi produttori.
Fonti: Eaton, Otto Fischer AG, Ufficio federale dell’energia, Reicheltpedia