Alimentazione diapparecchiature adalimentatore unico in un ambiente adoppio percorso dialimentazine A cura di Victor Avelar White Paper n. 62 Sintesi L'utilizzo dell'architettura a doppio percorso di alimentazione in combinazione con le apparecchiature IT con due sorgenti di alimentazione e due cavi di alimentazione è una prassi ottimale utilizzata nel settore. Negli impianti in cui si utilizza questo approccio vi sono però inevitabilmente anche dei dispositivi IT con un unico alimentatore. Esistono diverse opzioni per l'integrazione di dispositivi ad alimentatore unico in un data center a percorso doppio ad alta disponibilità. Questo documento illustra le differenze tra le varie opzioni esistenti e costituisce una guida alla scelta del metodo più appropriato. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 2 Introduzione Nella maggior parte dei data center ad alta disponibilità si utilizzano doppi percorsi di alimentazione per tutti i carichi critici, e la maggior parte delle apparecchiature IT della classe enterprise è dotata di alimentazioni e cavi di alimentazione ridondanti per mantenere i doppi percorsi di alimentazione fino al bus interno di alimentazione delle apparecchiature IT. In tal modo le apparecchiature possono continuare a funzionare in presenza di un guasto in un punto qualsiasi dell'uno o dell'altro percorso di alimentazione. Tuttavia le apparecchiature con un'alimentazione unica (un solo cavo di alimentazione) costituiscono un tallone d'Achille in un data center che altrimenti avrebbe un'elevata disponibilità. Spesso per aumentare la disponibilità delle apparecchiature con alimentatore unico si utilizzano commutatori di trasferimento, che assicurano i vantaggi della ridondanza dei percorsi dell'alimentazione di servizio. Se non si comprende bene questa prassi, essa può causare un'interruzione delle attività altrimenti evitabile. Vi sono tre approcci fondamentali all'alimentazione di apparecchiature ad alimentatore unico in un ambiente a doppio percorso, e precisamente: • alimentare l'apparecchiatura con una sola alimentazione – Fig. 1a • utilizzare un commutatore di trasferimento nel punto di utilizzo per selezionare l'alimentazione preferenziale e, quando tale sorgente di alimentazione viene meno, commutare sul secondo percorso di alimentazione – Fig. 1b • utilizzare un grande commutatore di trasferimento centralizzato alimentato dalle due sorgenti per generare un nuovo bus di alimentazione per un gruppo di numerosi carichi ad alimentatore unico – Fig. 1c Fig. 1a – Una sola alimentazione PDU Percorso di alimentazione primario UPS 1 Trasformatore 1 Percorso di alimentazione primario Sottopannello 1 Server Trasformatore 2 Sottopannello 2 Percorso di alimentazione di riserva X PDU Trasformatore 1 UPS 1 PDU Percorso di alimentazione di riserva UPS 2 Fig. 1b – Commutatore per il punto di utilizzo Trasformatore 2 UPS 2 Sottopannello 1 Commutatore di trasferimento montato su rack PDU Sottopannello 1 Fig. 1c – Commutazione centralizzata Percorso di alimentazione PDU con STS primario UPS 1 UPS 2 Commutatore di trasferimento statico Trasformatore riduttore Sottopannello Server Percorso di alimentazione di riserva 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 3 Server Funzioni del commutatore di trasferimento Il commutatore di trasferimento è un componente comune nei data center, utilizzato per svolgere le seguenti funzioni: 1. Commutazione dell'UPS e di altri carichi dall'alimentazione di servizio al generatore durante un black-out 2. Commutazione da un modulo UPS guasto all'alimentazione di servizio o a un altro UPS (a seconda dello schema di progettazione) 3. Commutazione dei carichi IT critici da un bus di uscita UPS all'altro in un sistema a doppio percorso di alimentazione In questo documento si discute unicamente della terza funzione. Se tutti i carichi IT fossero in grado di accettare una doppia alimentazione, questa applicazione non sarebbe necessaria. In effetti, la maggior parte delle apparecchiature che lavorano su Internet, dei dispositivi di archiviazione e dei server di fascia alta, sono dotate di sorgenti di alimentazione ridondanti e di due cavi di alimentazione. Tuttavia le apparecchiature ad alimentatore unico ammontano tuttora al 10 - 20 % di tutte le apparecchiature IT degli impianti missioncritical. Quando si collega un'apparecchiatura ad alimentatore unico a un percorso ad alimentazione di servizio singola di un ambiente a percorso ad alimentazione di servizio doppia, ciò può compromettere la disponibilità complessiva dei processi aziendali. Come viene spiegato nel White Paper APC n. 48, “Confronto della disponibilità di varie configurazioni con alimentazione ridondante dei rack”, un data center con il 100 % di apparecchiature a doppio alimentatore con percorsi dell' alimentazione di servizio ridondanti e indipendenti è in grado di assicurare un tempo di interruzione delle attività 10.000 volte inferiore a quello di un modello a percorso singolo. I commutatori di trasferimento aiutano a ridurre questo divario, avvicinando al carico i percorsi ridondanti dell'alimentazione di servizio. Tipi di commutatori di trasferimento I tipi di commutatori di trasferimento principali utilizzati come selettori ottimali dell'alimentazione sono due, e precisamente: commutatori statici e commutatori elettromeccanici. Entrambi si basano sul principio della commutazione tra un'alimentazione primaria e un'alimentazione alternativa. Sebbene il risultato sia lo stesso, il principio di funzionamento è diverso. Ciascuno dei due tipi di commutatore possiede delle caratteristiche uniche, con vantaggi diversi per diversi tipi di applicazioni. Segue una breve descrizione del funzionamento di ciascun tipo di commutatore. Una descrizione più dettagliata è contenuta nell'Appendice A. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 4 Commutatori di trasferimento statico (STS) Applicazioni I commutatori di trasferimento statici (STS) attualmente reperibili in commercio hanno potenze variabili tra appena 5 kVA e ben 35 MVA. Gli STS sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, ad esempio in impianti di aziende elettriche, stabilimenti di case automobilistiche, impianti per la fabbricazione di semiconduttori, raffinerie e data center. La maggior parte di questi commutatori ha una potenza compresa nell'intervallo 100 - 300 kVA e un ingombro tipico corrispondente a due rack IT affiancati. In applicazioni tipo raffinerie, dove sia la griglia di alimentazione che l'architettura elettrica hanno un'affidabilità minore rispetto ai data center mission-critical, il beneficio dei commutatori statici è indubbio. Tuttavia, la griglia di alimentazione e l'architettura elettrica dei data center mission-critical sono molto più solide. In questi casi la diminuzione di affidabilità connessa con l'aggiunta degli STS controbilancia i vantaggi da essi offerti. Un esempio di STS da 200 kVA è illustrato nella Fig. 2. Interruttori statici di questa capacità sono l'ideale per notevoli carichi trifase ad alimentatore unico quali quelli delle macchine a controllo numerico computerizzato (CNC) e di altre apparecchiature critiche di produzione. Sebbene oggi siano disponibili apparecchiature IT trifase di grandi dimensioni quali i dispositivi di archiviazione, esse generalmente sono a doppio alimentatore con sorgenti di alimentazione ridondanti. Nel caso dei dispositivi a doppio alimentatore, l'affidabilità e la disponibilità dell'alimentazione vengono ottimizzate portando le due sorgenti di alimentazione di servizio direttamente a contatto con il carico. I commutatori statici con potenze nell'intervallo 5 - 10 kVA sono in genere progettati per essere montati in un armadio rack IT standard da 19 pollici (483 mm), come quello raffigurato nella Fig. 3. Commutatori statici di questo tipo vengono utilizzati in genere in ambienti IT quali armadi cablaggi e sale CED. L'utilizzo di commutatori più piccoli impedisce che un guasto dell'STS influisca su una parte notevole del data center, riducendo invece il tempo di interruzione delle attività dell'apparecchiatura ad alimentatore unico in un solo rack. A differenza degli STS aventi una capacità maggiore, i commutatori montati su rack assicurano scalabilità e agilità. La brevità dei tempi di consegna dei commutatori più piccoli consente ai responsabili informatici di acquistare il commutatore solo quando ciò diventa necessario. Inoltre questi commutatori possono essere installati e spostati facilmente quando viene aggiornata una funzione IT. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 5 Fig. 2 – STS da 200 kVA Fig. 3 – STS a montaggio su rack Fonte: www.spdtech.com Fonte: www.cyberex.com Funzionamento Come indicato dal nome, i commutatori statici sono privi di parti mobili. Tale risultato è stato reso possibile dal ricorso alla tecnologia dei semiconduttori. Il “commutatore” in un STS monofase è costituito essenzialmente da due interruttori a semiconduttore chiamati raddrizzatori controllati al silicio (SCR), o anche tiristori, che sono controllati da un circuito di rilevamento. Quando il circuito rileva che il percorso primario è uscito dai limiti di tolleranza, provvede ad aprire l'interruttore del percorso primario e chiudere quello del percorso alternativo. La commutazione ha di solito una durata di circa 4 millisecondi, ma può essere lievemente maggiore a seconda dello stato dei due alimentatori. Modalità di guasto In genere il numero di possibili modalità di guasto aumenta proporzionalmente alla complessità del sistema. Rispetto ai commutatori di trasferimento elettromeccanici, quegli statici sono molto più complessi data la velocità con cui devono rispondere durante la commutazione tra due sorgenti di alimentazione. ** Ad esempio, il controller deve effettuare il monitoraggio di diverse variabili su entrambi i versanti (angoli di fase, stati dell'SCR e stati degli interruttori automatici, tensioni e correnti). 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 6 • Guasto del comando dell'introduttore statico I comandi sono la componente più critica dei commutatori di trasferimento statici, a causa della loro complessità. Se i comandi dovessero cessare di inviare segnali agli SCR, gli SCR rimarrebbero aperti, ossia non condurrebbero l'elettricità, con conseguente disalimentazione del carico. Questo è il motivo per il quale tutti i commutatori statici sono dotati di controller e sorgenti di alimentazione ridondante. I commutatori a SCR sono controllati singolarmente, per cui il controller è soggetto a quattro modalità generali di guasto. 1) Il controller segnala che il commutatore preferenziale è chiuso mentre dovrebbe essere aperto. Ciò provoca la disalimentazione del carico nel caso che la sorgente di alimentazione preferita non sia in grado di sostenere il carico stesso. 2) Il controller segnala che il commutatore preferenziale è aperto mentre dovrebbe essere chiuso. Ciò provoca la disalimentazione del carico se il commutatore alternativo è aperto oppure la sorgente di alimentazione alternativa non è in grado di sostenere il carico. 3) Il controller segnala che il commutatore alternativo è chiuso mentre dovrebbe essere aperto. Ciò provoca la disalimentazione del carico se la sorgente di alimentazione alternativa non è in grado di sostenere il carico. 4) Il controller segnala che il commutatore alternativo è aperto mentre dovrebbe essere chiuso. Ciò provoca la disalimentazione del carico se il commutatore preferenziale è aperto oppure se la sorgente di alimentazione preferenziale non è in grado di sostenere il carico. • Guasto di componenti dell'SCR Gli SCR hanno una buona affidabilità ma quando si guastano sono in corto per il 98 % del tempo, la qualcosa provoca la disalimentazione del carico nel caso che venga meno l'alimentazione di rete per tale commutatore. Il rilevamento di un SCR in corto è difficoltoso perché la differenza di resistenza elettrica (caduta di tensione) tra un SCR in corto e uno funzionante correttamente è tipicamente inferiore a 0,5 volt. Ciò contribuisce a rendere complessi i comandi. • Guasto dell'interruttore in uscita Se l'interruttore in uscita si apre quando non è previsto che ciò accada, il carico viene disalimentato. In alcuni casi si utilizzano due interruttori in uscita per eliminare il singolo punto di guasto, ma ciò può rendere difficile il coordinamento dell'interruttore. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 7 • Guasto da errore umano Come accade generalmente nella maggior parte degli ambienti mission-critical, gli errori umani sono una modalità comune di guasto. Data la complessità del commutatore statico e delle sue interazioni con diverse sorgenti di alimentazione in entrata, l'errore umano può fare capolino in diversi modi. Ecco alcuni esempi comuni: - Una scelta non ottimale delle impostazioni del commutatore statico può provocare interazioni negative specifiche del sito - Anomalie di funzionamento degli interruttori di bypass dell'STS. Ad esempio, se una persona dovesse chiudere l'interruttore di bypass preferenziale mentre la sorgente di alimentazione preferenziale non è disponibile, ciò provocherebbe la disalimentazione del carico. - Procedure di manutenzione non corrette Infine è importante notare che, per qualsiasi modalità di guasto, i commutatori di trasferimento di maggiori dimensioni provocheranno in caso di guasto la disalimentazione di una parte più ampia dell'intero carico di un impianto rispetto a interruttori di dimensioni più contenute. Commutatori elettromeccanici o commutatori automatici (Automatic Transfer Switches, ATS) Applicazioni La maggior parte dei commutatori di trasferimento elettromeccanici (ATS) utilizzati in questa applicazione non sono in grado di commutare oltre 10 kVA di potenza a causa di limitazioni fisiche dei relè a tali potenze relativamente elevate. Per tale motivo, gli ATS montati su rack tendono ad avere un'altezza 1U, come si vede nella Fig. 4. Al pari degli STS montati su rack, gli ATS montati su rack confinano i guasti dei commutatori a un rack anziché a decine o centinaia di rack. Analogamente, gli ATS montati su rack hanno doti di scalabilità e agilità. Tuttavia l'installazione di ATS montati su rack è più agevole di quella di STS montati su rack, perché i primi sono più piccoli e pesano di meno. Fig. 4 – ATS montato su rack 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 8 Funzionamento Il funzionamento dei commutatori elettromeccanici dipende da una combinazione di proprietà elettriche e meccaniche. Analogamente agli STS, questi commutatori sono dotati di un controller di monitoraggio di entrambe le sorgenti di alimentazione in entrata. Il dispositivo utilizzato in questo caso per il trasferimento del carico è un relè, ossia un interruttore meccanico tenuto chiuso da una forza magnetica. Quando il controller rileva che la sorgente di alimentazione primaria è uscita dei limiti di tolleranza, esso provvede ad diseccitare il relè, mentre una molla provoca la commutazione sulla sorgente di alimentazione secondaria. Il tempo totale per questo tipo di trasferimento varia tra 8 e 16 millisecondi. Modalità di guasto I commutatori elettromeccanici sono molto più piccoli e meno complessi dei commutatori di trasferimento statici. Ciò è dovuto soprattutto al fatto che i commutatori elettromeccanici sono più facilmente controllabili e non richiedono la sincronizzazione tra le sorgenti di alimentazione di rete. A causa del movimento fisico di un relè, le modalità di guasto per i commutatori elettromeccanici tendono a essere di natura meccanica. • Guasto da saldatura del relè Una modalità di guasto possibile è quella derivante dalla saldatura con il contatto. Ciò può accadere nel caso del trasferimento di un'alta tensione, con generazione di un arco ad alta temperatura che a sua volta provoca la fusione delle superfici metalliche. In un relè trifase ciò può accadere a uno o più commutatori. • Guasto del controller Sebbene sia meno probabile con potenze inferiori, è possibile che il controller attivi la commutazione quando ciò non è opportuno. Ad esempio, se l'alimentazione sul lato primario esce dai limiti di tolleranza, il controller potrebbe attivare la commutazione sul lato secondario dove non c'è alcuna alimentazione. • Guasto alimentazione controller Anche un problema di alimentazione del controller può provocarne il malfunzionamento. Se la tensione di alimentazione diventa instabile, il controller può comportarsi in modo imprevedibile o non intervenire affatto. • Guasto dell'interruttore automatico Un importante modalità di guasto di cui tenere conto è quella dovuta a guasti degli interruttori automatici che proteggono l'uscita del commutatore di trasferimento. Spesso tali interruttori sono prodotti commerciali di scarsa affidabilità e costituiscono un singolo punto di guasto. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 9 Alimentatori di apparecchiature IT È importante rilevare che entrambi i tipi di commutatori suddetti sono caratterizzati da un breve tempo di trasferimento, durante il quale però il carico critico non riceve alcuna alimentazione. In che modo l'apparecchiatura IT può continuare a funzionare durante un'interruzione dell'alimentazione? Il White Paper n. 79, “Confronto tra le caratteristiche tecniche degli UPS on-line e di quelli line-interactive”, fornisce una risposta approfondita a questa domanda. Per comodità del lettore, tale discussione viene riportata nell'Appendice B. Sostanzialmente l'alimentatore a commutazione (Switch-Mode Power Supply, SMPS) dell'apparecchiatura IT deve subire brevi disturbi dell'alimentazione per essere in grado di assorbire potenza dalla tensione CA sinusoidale di entrata. Le specifiche dell'IEC 61000-4-11 (uno standard internazionale) definiscono i limiti di ampiezza e durata dei disturbi di tensione accettabili per un carico SMPS. Analogamente, l'Information Technology Industry Council (ITI, in precedenza noto come Computer & Business Equipment Manufacturers Association [CBEMA]) ha pubblicato una nota applicativa che descrive l'“inviluppo della tensione di ingresso c.a. tipicamente tollerabile (nessuna interruzione del funzionamento) dalla maggior parte delle apparecchiature IT.” La Fig. 5 mostra la curva ITIC e fa vedere che l'apparecchiatura IT continuerà a funzionare normalmente per un tempo di 20 millisecondi a 0 volt. La curva e questa nota applicativa sono contenute nel documento: www.itic.org/technical/iticurv.pdf Fig. 5 – Curva ITIC Curva ITI (CBEMA) (revisione 2000) Percentuale della tensione nominale (valore efficace o equivalente al picco) 500 Zona proibita 400 Inviluppo di tolleranza delle tensioni applicabile ad apparecchiature monofase a 120 V 300 200 Limiti continui 140 120 100 80 70 110 Zona di nessuna interruzione del funzionamento 90 Zona di nessun danno 40 0.01 c 1 ms 3 ms 20 ms 0.5 s 10 s Durata in cicli (c) e secondi (s) 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 10 Scelta dei commutatori di trasferimento appropriati I commutatori statici di dimensioni relativamente grandi hanno una capacità molto superiore rispetto ai commutatori montati su rack. La maggior parte delle apparecchiature IT di un data center richiedono meno di 6 kW di potenza, ma alcune apparecchiature quali i dispositivi di archiviazione montati su pavimento richiedono una potenza molto maggiore. In questi casi occorre utilizzare commutatori statici di dimensioni maggiori per assicurare un'alimentazione ridondante all'apparecchiatura. Tuttavia le apparecchiature IT critiche di queste dimensioni hanno sorgenti di alimentazione / cavi di alimentazione ridondanti, che non richiederebbero un commutatore statico. La Tabella 1 riporta le potenze per ciascun tipo di commutatore e può essere utilizzata come guida alla scelta del commutatore statico più opportuno. Viene anche indicato un'alternativa che non prevede l'uso di un commutatore di trasferimento. I sottoparagrafi seguenti contengono un approfondimento su ciascun fattore da considerare per tale scelta. TCO Il TCO comprende i costi di capitale connessi con l'acquisto e l'installazione del commutatore o dei commutatori di trasferimento e i costi di gestione connessi con il loro uso. Questo argomento viene anche discusso nel White Paper APC n. 37, “Ottimizzare gli investimenti per la realizzazione di infrastrutture per sale CED e apparati di rete”. Costi di capitale I commutatori statici con alta capacità che sono sovradimensionati, oltre a costare di più per ogni kVA utilizzato, generano ulteriori costi da perdita di opportunità commerciali. Gli interruttori statici più grandi (potenze superiori a 10 kVA) sono in genere collegati fisicamente all'infrastruttura elettrica dell'edificio. Gli ATS e i commutatori statici più piccoli sono semplicemente inseriti in una presa di corrente, per cui si risparmia, non essendo necessario rivolgersi a una ditta di lavori elettrici. Costi di gestione I costi di gestione comprendono: i costi dell'energia elettrica, i costi di manutenzione e quelli derivanti da implicazioni fiscali. I commutatori statici sono meno efficienti di quelli elettromeccanici a causa del maggior numero di componenti. L'efficienza diventa un problema più serio in presenza di un carico modesto dei commutatori statici ad alta capacità. I costi di manutenzione variano in base alle raccomandazioni del fornitore; tuttavia in generale essi sono più alti per i commutatori statici che non per gli ATS, a causa della maggiore complessità e del maggior numero di componenti. In genere non si tiene conto delle implicazioni fiscali quando si scelgono i commutatori di trasferimento; ma tale fattore può comportare risparmi significativi, variabili a seconda delle dimensioni del data center. Nel White Paper APC n. 115, “Contabilizzazione e benefici fiscali di un'infrastruttura di data center modulare e trasportabile” si spiega come i dispositivi elettrici modulari trasportabili possono essere classificati quali apparecchiature aziendali, con conseguenti risparmi fiscali (maggiore scudo fiscale). I commutatori di trasferimento che vengono semplicemente inseriti e possono essere facilmente spostati possono godere di queste facilitazioni. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 11 Gestibilità La gestibilità dell'infrastruttura elettrica è critica per l'integrità della rete IT e delle telecomunicazioni. Spesso le modalità critiche di guasto si manifestano solo quando il commutatore deve effettuare il trasferimento alla sorgente di alimentazione alternativa. Ciò assume un'importanza sempre maggiore nei commutatori statici, perché essi sono soggetti a molte più modalità di guasto dei commutatori elettromeccanici. La gestione remota dei commutatori di trasferimento consente ai responsabili informatici di monitorare gli stati del sistema, registrare eventi, configurare impostazioni, effettuare aggiornamenti del firmware e ricevere avvisi per posta elettronica e tramite SNMP. I commutatori devono consentire la “gestione basata su standard” mediante i protocolli HTTP (Web), SNMP, e Telnet. Tempo di trasferimento Il commutatore di trasferimento deve essere in grado di commutare tra due sorgenti di alimentazione in 20 millisecondi, o anche meno, quando supporta apparecchiature IT e di telecomunicazioni. Facilità di installazione Data l'alta frequenza di aggiornamento delle apparecchiature IT (mediamente una volta ogni 1 ½ - 2 anni), i commutatori il trasferimento devono essere riconfigurabili in tempi brevi. Ad esempio, quando si trasferiscono apparecchiature ad alimentatore unico, il commutatore deve essere facilmente riconfigurabile. Affidabilità In generale, quando aumenta la complessità di un sistema, aumenta anche la probabilità di inconvenienti riguardanti non solo i suoi componenti e comandi, ma anche possibili errori umani. I commutatori statici sono intrinsecamente più complessi dei commutatori elettromeccanici, per cui i tecnici addetti al loro servizio e alla loro riparazione devono essere più preparati. I commutatori elettromeccanici sono soggetti alle limitazioni derivanti dal numero massimo di commutazioni del relè. Tipicamente i relè utilizzati per questa applicazione prevedono una vita utile corrispondente a 100.000 azionamenti. Mediamente, i commutatori di trasferimento di un data center effettuano quattro trasferimenti all'anno. Dunque i relè hanno una vita utile lunga rispetto a quella dei data center. Qualità delle riparazioni Quando i sistemi si guastano, qualsiasi responsabile informatico o responsabile dell'impianto punterà alla sostituzione dell'intero modulo con uno riparato in fabbrica / rigenerato. I commutatori statici e i commutatori elettromeccanici montabili su rack possono essere completamente sostituiti, a differenza degli STS di dimensioni maggiori che vengono riparati sul posto con procedure solo parzialmente o per niente standardizzate. Tuttavia la maggior parte dei commutatori statici sono dotati di interruttori automatici di bypass che consentono la manutenzione e la riparazione mentre il carico continua a essere supportato. Con talune configurazioni è anche possibile sostituire i commutatori elettromeccanici più piccoli senza disalimentare il carico critico. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 12 Sincronizzazione delle sorgenti di alimentazione Quando viene effettuata la commutazione tra due sorgenti di alimentazione di servizio, c'è la possibilità che tali sorgenti non siano sincronizzate, la qual cosa può danneggiare le apparecchiature a valle del commutatore o far scattare gli interruttori automatici. La probabilità che ciò avvenga aumenta proporzionalmente alla velocità di commutazione e delle dimensioni del commutatore di trasferimento. Pertanto i commutatori statici di grandi dimensioni sono molto più sensibili a questo problema. La commutazione non sincronizzata con i commutatori elettromeccanici non rappresenta un problema per i carichi ma può provocare la saldatura dei contatti di un relè del commutatore. Pertanto alcuni tipi di commutatori sono dotati di un ulteriore relè avente lo scopo di impedire la formazione di archi elettrici. Scalabilità Le apparecchiature dei data center vengono aggiornate ogni due anni circa, ma un data center ha una vita utile prevista di oltre dieci anni. Durante gli aggiornamenti i responsabili devono affrontare problemi connessi con la varietà delle densità di potenza, dei livelli di ridondanza, delle tensioni e dei tipi di spine. La scalabilità consente un dimensionamento corretto, semplifica la pianificazione e riduce la spesa in conto capitale iniziale associata a queste variabili. Quanto più grande è il commutatore di trasferimento, tanto più difficile diventa il suo dimensionamento e adattamento a queste continue modifiche, specie quando occorre evitare l'interruzione delle attività. L'utilizzo di commutatori di trasferimento di dimensioni più piccole consente ai responsabili di soddisfare le nuove esigenze aziendali senza essere costretti ad arrestare dei sistemi critici. Apparecchiatura mista ad alimentatore unico e doppio Nella maggior parte dei data center le apparecchiature IT vengono organizzate per processo aziendale o dipartimento, ma mai esclusivamente per dispositivi ad alimentatore unico o doppio. Pertanto nella maggior parte dei rack dei data center c'è un misto di dispositivi dei due tipi. Nella maggior parte dei casi i dispositivi a doppio alimentatore richiedono due cavi di alimentazione separati e due morsettiere di uscita. Invece quelli ad alimentatore unico richiedono un unico cavo di alimentazione e un'unica morsettiera di uscita. Ciò costituisce un problema per i commutatori statici di grandi dimensioni montati sul pavimento, perché ora lo stesso rack deve contenere 3 cavi di alimentazione separati e tre morsettiere di uscita che occupano dello spazio altrimenti necessario per i cavi di rete e le apparecchiature. In alternativa, i commutatori di trasferimento di piccole dimensioni montati su rack vengono alimentati direttamente dai due cavi di alimentazione e dalle due morsettiere di uscita, mentre l'apparecchiatura ad alimentazione singola viene collegata direttamente alle uscite del commutatore. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 13 Tabella 1 – Caratteristiche dei tre tipi di commutatori di trasferimento Caratteristica TCO Nessun STS di grandi STS montato ATS montato commutatore dimensioni su rack su rack di 5 – 10 kVA 5 – 10 kVA trasferimento 20 kVA – 35 MVA €0 / kW €200 - €300 / kW €550 - €700 / kW €100 - €150 / kW Non occorre alcuna caratteristica di gestibilità I protocolli basati su standard non sono tipici I protocolli basati su standard non sono tipici Di solito c'è un protocollo basato su degli standard Tempo di trasferimento Nessun tempo di trasferimento 4 ms 4 ms 8 ms – 16 ms Facilità di installazione Non è richiesta alcuna installazione È necessario il collegamento elettrico fisico Montabile su rack / nessun cablaggio richiesto Montabile su rack / nessun cablaggio richiesto Affidabilità I vantaggi in termini di affidabilità dei percorsi di alimentazione 2N vengono perduti MTBF = 400.000 1.000.000 ore MTBF = 400.000 1.000.000 ore MTBF = 700.000 1.500.000 ore Gestibilità Modalità di guasto Non applicabile Facilità di riparazione La manutenzione simultanea dell'architettura elettrica non è possibile Aperto o corto linea-linea Deve essere riparato sul campo Aperto o corto linea-linea Sostituzione con unità riparata in fabbrica Commenti Il costo iniziale per un STS montato su rack è pari a sei volte circa il costo di un ATS montato su rack La maggior parte dei commutatori di trasferimento di solito è dotata di relè con contatti a vuoto ma può anche essere fornita su richiesta con gestione conforme agli standard Le apparecchiature IT richiedono tempi di trasferimento inferiori a 20 ms Occorrono degli elettricisti qualificati per il collegamento dei commutatori statici di grandi dimensioni I commutatori statici hanno più componenti e sono più complessi degli ATS, ma sono privi di parti in movimento. Valori di MTBF basati su stime di settore Vincolato a una sola alimentazione I guasti “circuito aperto” provocano la disalimentazione del carico. I corti linea-linea possono provocare l'apertura degli interruttori a monte Sostituzione con unità riparata in fabbrica I commutatori di trasferimento montati su rack vengono di solito sostituiti con un'unità nuova o rigenerata in caso di guasti 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 14 Caratteristica Origine Sincronizzazione Scalabilità Apparecchiatura mista ad alimentatore unico e doppio Nessun STS di grandi STS montato ATS montato commutatore dimensioni su rack su rack di 5 – 10 kVA 5 – 10 kVA trasferimento 20 kVA – 35 MVA La sincronizzazione delle sorgenti non è necessaria Indispensabile per un trasferimento sicuro Il trasferimento non sincronizzato è relativamente meno critico La sincronizzazione delle sorgenti non è necessaria Non applicabile Assenza di scalabilità Scalabile Scalabile Richiede solo due 2 alimentazioni per rack Richiede solo due 2 alimentazioni per rack Richiede solo due 2 alimentazioni per rack - nessun vantaggio per i carichi ad alimentatore unico Occorrono 3 alimentazioni per rack Commenti Vi sono tuttora effetti indesiderabili nella commutazione con sfasamento con STS montati su rack, ma essi interessano una parte più piccola del data center I commutatori di trasferimento montati su rete sono flessibili e possono star dietro all'espansione del data center La distribuzione dell'alimentazione con commutatori statici di grandi dimensioni complica il cablaggio nel rack e provoca lo spreco di spazio prezioso Nota: le celle azzurre corrispondono a prestazioni ottimali per la caratteristica 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 15 Conclusioni Con il passare del tempo, i dati diventano sempre più preziosi per le aziende, per cui non sorprende il fatto che la maggior parte delle apparecchiature mission-critical siano a doppia alimentazione. Tuttavia, i responsabili informatici e i responsabili degli impianti si stanno ancora dibattendo con il problema del modo migliore per fornire alimentazioni di servizio ridondanti alle restanti apparecchiature ad alimentatore unico presenti nel rack e non sono nemmeno certi che sia opportuno fornirla. La disponibilità dell'alimentazione per le apparecchiature ad alimentatore unico con potenza inferiore a 10 kVA viene ottimizzata portando la ridondanza dell'alimentazione direttamente al rack. Ciò può essere realizzato utilizzando un commutatore statico montato su rack o un ATS montato su rack. Tuttavia, sulla base dei criteri esposti in questo documento, si può affermare che la soluzione ottimale è rappresentata da un ATS montato su rack. Informazioni sull'autore Victor Avelar è un Availability Engineer di APC. Fornisce consulenza sulle soluzioni di disponibilità ed esegue per i clienti le analisi necessarie per le architetture elettriche e la progettazione dei data center. Victor Avelar ha conseguito una laurea in ingegneria meccanica presso il Politecnico di Rensselaer nel 1995 ed è membro di ASHRAE e dell'American Society for Quality. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 16 Appendice A Commutatore di trasferimento statico: teoria di funzionamento I commutatori di trasferimento statici, detti anche relè allo stato solido (SSR), sono dispositivi elettronici utilizzati per commutare tra due sorgenti di alimentazione. Questi commutatori vengono chiamati “solidi” e “statici” a causa delle proprietà dei componenti elettronici responsabili della commutazione. Tali componenti vengono chiamati raddrizzatori controllati al silicio (SCR), o anche tiristori. Per comprendere il funzionamento di un SCR occorre prima comprendere le caratteristiche del materiale di cui è costituito. Come indicato dal nome, tutti gli SCR sono costituiti da materiale semiconduttore (silicio; il principale elemento chimico contenuto nella sabbia e nel quarzo). I semiconduttori hanno un comportamento intermedio tra gli isolanti e i conduttori dell'elettricità. Gli isolanti si oppongono al passaggio della corrente elettrica, mentre i conduttori non oppongono alcuna resistenza. Nel loro stato naturale i semiconduttori possono comportarsi sia da isolanti che da conduttori; ciò dipende dalla loro temperatura. Tuttavia per ottenere un controllo migliore delle loro proprietà conduttive essi vengono “drogati” mediante aggiunta di impurezze. È sufficiente iniettare una piccola tensione nell'SCR perché il materiale drogato con tali impurezze divenga conduttivo. La Fig. A1 mostra uno SCR e il suo simbolo. Fig. A1 - Raddrizzatore controllato al silicio Simbolo dell'SCR SCR “a disco” Gate Gate Catodo Anodo Catodo Anodo L'SCR si comporta essenzialmente come una valvola che consente alla corrente di passare in un'unica direzione. Da tale punto di vista si comporta come una valvola cardiaca, che lascia passare il sangue in una sola direzione. Per attivare (“chiudere”) un SCR, si applica una piccola tensione al suo gate, il che attiva il passaggio della corrente dall'anodo al catodo. Tuttavia la “valvola” viene disattivata (aperta) automaticamente quando la corrente alternata sinusoidale interseca l'asse dei tempi, come si vede nella Fig. A2. A questo punto l'SCR cessa di condurre e si comporta come un'isolante fintanto che non viene inviato un altro segnale al suo gate. In nessun momento l'SCR consente il passaggio della corrente in senso inverso, ossia dal catodo all'anodo. Com'è dunque possibile “elaborare” tutte e due le semionde, la diretta e l'inversa (positiva e negativa), dell'onda sinusoidale della corrente alternata? 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 17 Fig. A2 – Onda sinusoidale Inviato segnale a gate SCR 1 Intersez. asse dei tempi Inviato segnale a gate SCR 2 L'unico modo per far passare l'intera onda sinusoidale consiste nell'utilizzare due SCR con configurazione “back-to-back”, come mostrato nella Fig. A3. A questo punto è possibile inviare un segnale di gate all'SCR 2 in modo che lasci passare la parte inferiore (negativa) dell'onda sinusoidale della Fig. A2. Ciò significa che per far passare le due onde sinusoidali complete della Fig. A2, l'SCR 1 deve ricevere un segnale di gate in corrispondenza della prima e della terza intersezione con l'asse dei tempi, mentre l'SCR 2 deve ricevere tale segnale in corrispondenza della seconda e della quarta intersezione. Si pensi ora che il controller del commutatore statico deve inviare questi segnali di gate con estrema velocità e affidabilità per tutto il tempo in cui il percorso di alimentazione primario è accettabile. Ne consegue che se l'alimentazione di servizio eroga una corrente alternata a 50 Hz (50 sinusoidi al secondo), il controller deve inviare 100 segnali di gate ogni secondo; e questo in un solo commutatore statico monofase. I commutatori di trasferimento statici sono quasi sempre trifase, il che significa che il controller deve inviare 100 segnali al secondo al gate, per ciascuna fase, per un totale di 300 segnali al secondo. La Fig. A3 rappresenta una sola fase di un commutatore di trasferimento statico. Ciò significa che il lato preferenziale e quello alternativo del commutatore di trasferimento statico trifase saranno costituiti ognuno da tre coppie di SCR con configurazione “back-to-back” (6 SCR per ciascun lato, 12 in totale). Nota: nei commutatori di trasferimento ad alta capacità si utilizzano delle “pile” della configurazione appena descritta, per cui è possibile avere centinaia di SCR nello stesso commutatore. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 18 Fig. A3 – Commutatore statico monofase K Bypass di manutenzione Aliment. 1 K SCR collegati “back-to-back” Uscita PARTE LOGICA K K SCR collegati “back-to-back” Aliment. 2 K K Bypass di manutenzione Dispositivo di blocco di Kirk Ora che lo SCR e il suo meccanismo di controllo sono stati descritti, ci si può chiedere: in che modo un commutatore di trasferimento statico trasferisce energia elettrica da una sorgente di alimentazione all'altra? La risposta sta nel comportamento dell'SCR. Si rammenti che quando un SCR riceve un segnale di gate esso continua a condurre elettricità fino al momento in cui l'onda sinusoidale interseca l'asse dei tempi (tensione nulla). A questo punto, i comandi del commutatore di trasferimento possono inviare un segnale di gate allo stesso SCR o all'SCR sul lato alternativo se la sorgente di alimentazione primaria è inaccettabile. Queste decisioni devono essere prese in un tempo dell'ordine dei microsecondi, per impedire che il carico critico venga disalimentato. A differenza dei commutatori di trasferimento montati su rack, i commutatori di trasferimento statici di dimensioni maggiori sono messi ancora di più in crisi da queste decisioni. I commutatori grandi supportano molti più carichi e sono più suscettibili ai cortocircuiti a valle. Il trasferimento delle sorgenti di alimentazione durante un corto a valle può avere effetti devastanti, perché la perturbazione si propaga lungo un percorso stabile. Pertanto, oltre a intervenire opportunamente in tutte queste altre situazioni, i commutatori di grandi dimensioni devono innanzitutto verificare se è presente un cortocircuito e in tal caso impedire la commutazione. Commutatori elettromeccanici o Automatic Transfer Switch (ATS): teoria di funzionamento Mentre nei commutatori statici si utilizzano gli SCR, nei commutatori elettromeccanici si utilizzano dei componenti chiamati relè per commutare tra sorgente di alimentazione preferenziale e sorgente alternativa. I relè sono dispositivi semplici ed economici, costituiti essenzialmente da un elettromagnete. Il tipo più semplice di elettromagnete può essere realizzato avvolgendo un filo attorno a un supporto cilindrico metallico (ad es. un 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 19 chiodo) e collegando le estremità del filo a una batteria, come si vede nella Fig. A4. Quando la batteria è collegata al filo, nella bobina circola una corrente che genera un campo magnetico. Questo campo magnetico magnetizza il chiodo, che ora può essere utilizzato per attrarre altri oggetti metallici (ad esempio un fermaglio). Questo è esattamente lo stesso principio che consente alle gru elettromagnetiche di sollevare le auto rottamate in un impianto di demolizione (a parte il fatto che le gru richiedono molta più energia di quella fornita da una piccola batteria). Fig. A4 – Un semplice elettromagnete In che modo l'elettromagnete di un relè consente di effettuare la commutazione fra due sorgenti di alimentazione? La Fig. A5 fornisce alcune risposte intuitive. Un relè contiene due circuiti: il circuito di eccitazione e il circuito dei contatti. L'elettromagnete si trova sul lato di eccitazione, mentre i contatti del relè (C1 e C2) si trovano sull'altro lato. Poiché l'elettromagnete attrae i corpi metallici quando viene eccitato, esso è posizionato vicino all'armatura. L'armatura, in un relè, è il dispositivo metallico deviabile tra due contatti elettrici. Quando l'elettromagnete viene eccitato, la sua forza magnetica attrae l'armatura spingendola contro il contatto C1, con conseguente chiusura del circuito. Quando però l'elettromagnete viene diseccitato, l'armatura deve poter commutare sul contatto C2. Ciò è reso possibile dalla presenza di una molla collegata all'altra estremità dell'armatura. In questo modo in qualunque situazione l'armatura è a contatto con C1 oppure con C2. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 20 Fig. A5 – Schema di un relè meccanico TERMINALE COMUNE CAMPO MAGNETICO CREATO CONTATTI ARMATURA PERNO MOLLA BOBINA TERMINALI BOBINA RELÈ Analogamente al commutatore statico, anche l'ATS richiede la presenza di un controller per il monitoraggio dell'alimentazione in entrata fornita dalla sorgente primaria o da quella alternativa. Tuttavia il dispositivo di controllo è molto più semplice, dato che non è necessario che vengano inviati segnali di gate centinaia di volte al secondo. In questo caso il controller si limita a monitorare lo stato dell'alimentazione primaria e di quella alternativa e decidere quando eccitare o diseccitare il relè. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 21 Appendice B Apparecchiature IT e alimentazione CA: Come funziona l'alimentatore a commutazione (Switch-Mode Power Supply; SMPS)? In che modo un'apparecchiatura IT può continuare a funzionare anche durante l'interruzione dell'alimentazione? Occorre per prima cosa considerare in che modo viene prodotta l'energia elettrica. In genere l'energia elettrica viene distribuita come corrente alternata (c.a.) dalle aziende elettriche e dai gruppi elettrogeni di riserva. Una tensione CA assume alternativamente valori positivi e negativi, comportandosi nel caso ideale come una perfetta onda sinusoidale e passando due volte per lo zero durante ciascun ciclo. Per quanto l'occhio umano non sia in grado di percepirlo, una lampadina a incandescenza in realtà “ammicca” con una frequenza di 100 o 120 volte al secondo (a seconda che la frequenza di rete sia di 50 o di 60 Hz) mentre la tensione assume un valore zero prima di cambiare segno. Deve anch'essa “spegnersi” 100 volte o più al secondo quando la tensione di linea cambia polarità? È evidente che c'è un problema da risolvere riguardante l'apparecchiatura IT. Il problema viene risolto praticamente in tutte le moderne apparecchiature IT utilizzando un Switch-Mode Power Supply (SMPS).1 Tale dispositivo converte per prima cosa la tensione c.a. con tutte le sue anomalie (picchi di tensione, distorsioni, oscillazioni della frequenza, ecc.) in una corrente continua. Questo processo alimenta un elemento di accumulo di cariche elettriche, chiamato condensatore e interposto tra l'alimentazione c.a. in entrata e il resto dell'alimentatore. Questo condensatore è caricato a impulsi dall'ingresso c.a. due volte per ciclo, quando l'onda sinusoidale è prossima ai picchi (positivo o negativo) o coincide con essi, e si scarica alla velocità richiesta dai circuiti di elaborazione IT posti a valle. Il condensatore è progettato per assorbire questi normali impulsi c.a., oltre ai picchi anomali di tensione, per l'intera durata del suo ciclo di vita. Pertanto, a differenza della lampada a incandescenza, l'apparecchiatura IT funziona con una corrente continua stabile e costante, anziché con la corrente alternata pulsante dell'alimentazione di servizio. Ma c'è dell'altro. I circuiti microelettronici richiedono tensioni continue molto basse (3,3 V, 5 V, 12 V, ecc.), mentre la differenza di potenziale ai capi del condensatore suddetto può raggiungere i 400 V. Per questo l'alimentatore SMPS converte la c.c. ad alta tensione in uscite c.c. a bassa tensione strettamente regolate. Mentre esegue questa riduzione di tensione, l'alimentatore SMPS svolge un'altra importante funzione: fornisce l'isolamento galvanico. L'isolamento galvanico è una separazione fisica nei circuiti che serve a due scopi. Il primo è la sicurezza, ovvero la protezione dalle scosse elettriche. Il secondo scopo è la protezione dell'apparecchiatura dai danni o da problemi di funzionamento causati dai disturbi di modo asimmetrico (potenziale di terra). Per un approfondimento degli argomenti della messa a terra e dei disturbi di modo asimmetrico si rimanda ai White Paper APC n. 9, “Suscettibilità dei computer ai disturbi di modo asimmetrico” e n. 21, “Fatti e mitologia sui fili neutri”. 1 “Switch-mode” (modalità di commutazione) si riferisce a una funzionalità dei circuiti interni dell'alimentazione che non ha nulla a che vedere con questa discussione. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 22 Negli intervalli tra due picchi dell'onda sinusoidale di ingresso c.a. l'alimentatore SMPS riesce anche a gestire altre anomalie e brevi interruzioni dell'alimentazione c.a. Questa funzione è importante per i produttori di apparecchiature IT, poiché di solito vogliono che il loro prodotto funzioni anche nei casi in cui non è presente un UPS. Nessun costruttore vorrebbe mettere in gioco la reputazione dei suoi prodotti in termini di qualità e prestazioni commercializzando un alimentatore che non riesce a gestire neppure la più piccola anomalia sulla linea c.a. Ciò vale in particolare per le reti e per le apparecchiature di elaborazione di fascia alta, le quali vengono normalmente costruite con alimentatori di qualità superiore. Per dimostrare sperimentalmente questa immunità alle anomalie, l'alimentatore di un tipico computer è stato collegato a un carico pesante e quindi è stata tolta l'alimentazione c.a. L'uscita dell'alimentatore è stata monitorata per determinare per quanto tempo continuava ad essere erogata una tensione di uscita accettabile dopo la perdita dell'ingresso c.a. I risultati sono mostrati nella Fig. B1. Le forme d'onda visualizzate sono: la tensione di ingresso dell'alimentatore, la corrente di ingresso e la tensione di uscita c.c. Fig. B1 – Continuità dell'alimentazione Tensione di ingresso Corrente di ingresso Collasso uscita c.c. 18 ms Traccia superiore: Uscita c.c. bassa tensione alimentazione Interruz. alimentaz. c.a. in ingresso Tracce intermedie: Tensione e corrente in entrata Quando la c.a. viene tolta, l'uscita dell'alimentatore di un PC sottoposto a carico pesante crolla, ma lo fa con un notevole ritardo. Prima che venga tolta, la tensione di ingresso è l'onda sinusoidale visibile nella parte sinistra della Fig. B1. La corrente d'ingresso (la traccia discontinua sotto la curva ad andamento regolare della tensione) è costituita da un breve impulso in corrispondenza del picco positivo della tensione d'ingresso e da un altro breve impulso in corrispondenza del picco negativo. Il condensatore dell'alimentatore SMPS è caricato solo durante questi impulsi di corrente. Per il resto del tempo, l'energia per alimentare i circuiti di elaborazione viene ricavata dal condensatore. La tensione continua all'uscita dell'alimentatore SMPS è la traccia superiore della Fig. B1. Si osservi che la tensione di uscita resta strettamente regolata per 18 millisecondi dopo il distacco dell'ingresso c.a. APC ha testato diversi alimentatori di diverse marche di computer e di altre apparecchiature IT; i risultati sono stati simili. Se il carico degli alimentatori è modesto, il tempo di continuità è molto più lungo, poiché il condensatore si scarica più lentamente. 2004 American Power Conversion. Tutti i diritti riservati. È vietato utilizzare, riprodurre, fotocopiare, trasmettere o memorizzare in qualsiasi sistema di recupero di qualsiasi natura ogni parte della presente pubblicazione in assenza di autorizzazione scritta concessa dal proprietario del copyright. www.apc.com Rev 2004-0 23