Uninteruptible Power Supply (UPS)

Latar Belakang

Pembuatan makalah yang berjudul Uninterruptible Power Supply (UPS) dilatar belakangi oleh tugas Elektronika Daya yang diberikan oleh dosen pembimbing. Makalah ini berisi tentang segala sesuatu yang berhubungan dengan Uninterruptible Power Supply (UPS) secara umum ,baik dari segi prinsip kerja maupun jenis-jenisnya.

Sebagaimana yang kita ketahui UPS ini berfungsi  untuk menyediakan suplai listrik sementara ke beban (PC) tanpa terputus pada saat main power nya tidak bekerja agar seluruh proses dapat dihentikan dengan benar, seluruh data dapat disimpan dengan aman, dan komputer dapat dimatikan dengan benar. Jadi fungsi UPS itu bukan agar user tetap dapat bekerja. Uninterruptible Power Supply (UPS) adalah perangkat yang biasanya menggunakan baterai backup sebagai catuan daya alternatif, untuk dapat memberikan suplai daya yang tidak terganggu untuk perangkat elektronik yang terpasang.

Uninterruptible Power Supply (UPS) merupakan sistem penyedia daya listrik yang sangat penting dan diperlukan sekaligus dijadikan sebagai benteng dari kegagalan daya serta kerusakan system dan hardware. UPS akan menjadi system yang sangat penting dan sangat diperlukan pada banyak perusahaan penyedia jasa telekomunikasi, jasa informasi, penyedia jasa internet dan banyak lagi. Dapat dibayangkan berapa besar kerugian yang timbul akibat kegagalan daya listrik jika sistem tersebut tidak dilindungi dengan UPS.

Pendahuluan

UPS (Uninterruptible Power Supplies) dapat melindungi peralatan Anda yang rentan terhadap gangguan kelistrikan seperti: komputer, instrument terkomputerisasi, PABX, faksimili, cash register dan peralatan elektronik lainnya.

UPS ini terdiri atas inverter, baterai, pengisi baterai, rangkaian pengendali, stabilisator, saklarpengalih dan indikator. Saat listrik jala-jala normal,UPS menyaring listrik masukan dan menyalurkannya pada keluaran UPS, pada saat yang sama baterai diiisi oleh pengisi baterai. Manakala terjadi gangguan listrik (padam, tegangan terlalu rendah), inverter seketika bekerja dengan waktu alih < 4ms sehingga pasokan listrik pada beban tidak terganggu/terputus. Dan bila listrik jala-jala pulih maka otomatis beban mendapat daya listrik jala-jala kembali.

UPS ini dilengkapi interface untuk berkomunikasi dengan komputer, dengan system operasi Windows 95, 98, ME, Unix/Linux maupun Windows NT4/2000. Informasi yang diberikan kepada komputer adalah listrik padam dan baterai hampir habis. UPS dilengkapi oleh beberapa sistem yaitu transformator, sirkuit komperatot, inverter, dan baterai.

Di dalam makalah ini akan dijelaskan pengertian UPS beserta prinsip kerja, komponen-komponen dan fungsi-fungsinya.

Uninterruptible Power Supply

Uninterruptible Power Supply (UPS) adalah perangkat yang biasanya menggunakan baterai backup sebagai catuan daya alternatif, untuk Dapat memberikan suplai daYa yang tidak terganggu untuk perangkat elektronik yang terpasang. UPS merupakan sistem penyedia daya listrik yang sangat penting dan diperlukan sekaligus dijadikan sebagai benteng dari kegagalan daya serta kerusakan system dan hardware. UPS akan menjadi system yang sangat penting dan sangat diperlukan pada banyak perusahaan penyedia jasa telekomunikasi, jasa informasi, penyedia jasa internet dan banyak lagi. Dapat dibayangkan berapa besar kerugian yang timbul akibat kegagalan daya listrik jika sistem tersebut tidak dilindungi dengan UPS.

Fungsi Utama dari UPS

Beberapa fungsi dari UPS antara lain adalah :

1. Dapat memberikan energi listrik sementara ketika terjadi kegagalan daya pada listrik utama.
2. Memberikan kesempatan waktu yang cukup untuk segera menghidupkan genset sebagai pengganti listrik utama.
3. Memberikan kesempatan waktu yang cukup untuk segera melakukan back up data dan mengamankan [[sistem operasi] (OS) dengan melakukan shutdown sesuai prosedur ketika listrik utama padam.
4. Mengamankan sistem komputer dari gangguan-gangguan listrik yang dapat mengganggu sistem komputer baik berupa kerusakan software, data maupun kerusakan hardware.
5. UPS secara otomatis dapat melakukan stabilisasi tegangan ketika terjadi perubahan tegangan pada input sehingga tegangan output yang digunakan oleh sistem komputer berupa tegangan Yang stabil.
6. UPS dapat melakukan diagnosa dan management terhadap dirinya sendiri sehingga memudahkan pengguna untuk mengantisipasi jika akan terjadi gangguan terhadap sistem.
7. User friendly dan mudah dalam installasi.
8. User dapat melakukan kontrol UPS melalui jaringan LAN dengan menambahkan beberapa accessories yang diperlukan.
9. Dapat diintegrasikan dengan jaringan internet.
10. Notifikasi jika terjadi kegagalan dengan melakukan setting software UPS management

Jenis-jenis UPS berdasarkan cara kerjanya

1)Line-interactive UPS

Pada UPS jenis ini diberi tambahan alat AVR (automatic voltage regulator) yang berfungsi mengatur tegangan dari suplai daya ke peralatan.

2) On-line UPS

Pada UPS jenis ini terdapat 1 rectifier dan 1 inverter yang terpisah. Hal ini lebih mahal apabila dibandingkan dengan dua jenis UPS lainnya. Dalam keadaan gangguan, suplai daya ke rectifier akan diblok sehingga akan ada arus DC dari baterai ke inverter yang kemudian diubah menjadi AC.

3)Off-line UPS

UPS jenis ini merupakan UPS paling murah diantara jenis UPS yang lain. Karena rectifier dan inverter berada dalam satu unit. Dalam keadaan gangguan, switch akan berpindah sehingga suplai daya dari suplai utama terblok. Akibatnya akan mengalir arus DC dari baterai menuju inverter.

Komponen-komponen UPS

1)Baterai

Jenis baterai yang digunakan UPS umumnya berjenis lead-acid atau jenis nikel-cadmium. Baterai ini umumnya mampu menjadi sumber tegangan cadangan maksimal selama 30 menit.

2) Rectifier- Charger

Bagian ini merupakan rangkaian yang dipakai untuk penyerahan dan pengisian baterai. Rangkaian blok rectifier-charger ini akan mensuplai daya yang dibutuhkan oleh inverter dalam kondisi beban penuh dan pada saat itu juga dapat mempertahankan muatan di dalam baterai. Selain itu blok ini harus mempunyai kemampuan mengalirkan daya output sebesar 125-130%.

Karakteristik baterai juga perlu diperhitungkan dalam disain rangkaian charger-nya karena jika sebuah baterai diisi ulang dengan arus yang melebihi batasan kemampuannya akan dapat memperpendek umur baterai tersebut. Biasanya untuk arus pengisian sebuah baterai pada UPS ini sebesar 80% dari kondisi arus yang dikeluarkan oleh baterai pada saat beban penuh. Batasan sebuah sistem UPS yang baik menurut standar NEMANational Electical Manufacturer Association adalah dapat memberikan daya 100% terus-menerus (continous load) dan 2 jam pada beban 125% tanpa terjadi penurunan kinerja (kerusakan). Baterai masih dapat  ikategorikan sebagai kondisi layak pakai apabila masih mampu memberikan daya 100% selama 1 jam jika lama pengisiannya selama 8 jam (ditentukan oleh manufaktur baterai).

3) Inverter

Kualitas inverter merupakan penentu dari kualitas daya yang dihasilkan oleh suatu sistem UPS. Inverter berfungsi merubah tegangan DC dari rangkaian rectifier-charger menjadi tegangan AC

yang berupa sinyal sinus setelah melalui pembentukan gelombang dan rangkaian filter. Tegangan output yang dihasilkan harus stabil baik amplitudo tegangan maupun frekuensinya, distorsi yang rendah, tidak terdapat tegangan transien.

Selain itu, sistem inverter perlu adanya rangkaian umpan-balik (feedback) dan rangkaian regulator untuk menjaga agar didapatkan tegangan konstan.

4) Sakelar Pemindah (Transfer switches)

Sakelar pemindah dibedakan menjadi dua jenis, yaitu elektromekanikal dan statik. Sakelar elektromekanikal menggunakan relay-relay yang salah satu terminal mendapatkan suplai tegangan dan yang lain dari sistem UPS. Sistem sakelar

statis menggunakan komponen semikonduktor, seperti SCR. Penggunaan SCR akan lebih baik karena operasi pemindahan yang dilakukan dengan SCR yang hanya membutuhkan waktu 3 sampai 4 ms, sedangkan pada sakelar elektromekanikal sekitar 50 sampai 100 ms.

Atribut Uninterruptible Power Supply (UPS)

1)Daya Maksimal UPS

Setiap peralatan pendukung sumber listrik memiliki kapasitas daya yang dapat digunakannya, jumlah ini tertera pada setiap UPS. Untuk keperluan pribadi 1 unit komputer, cukup dengan 500 watt.

2)Waktu maksimal UPS

Fungsi UPS bukanlah sebagai pengganti sumber listrik, dalam pegertian anda dapat menggunakan UPS untuk selamanya sebagai pengganti sumber listrik utama. Waktu maksimal yang diberikan tergantung dari jenis baterai yang dimilikinya. Umumnya waktu 15 – 30 menit sudah cukup baik.

Prinsip kerja UPS

UPS bekerja berdasar kepekaan tegangan. (RT)UPS akan menemukan penyimpangan jalur voltase (linevoltage) misalnya, kenaikan tajam, kerendahan, gelombang dan juga penyimpangan yang disebabkan oleh pemakaian dengan alat pembangkit tenaga listrik yang murah. Karena gagal, UPS akan berpindah ke operasi on-battery atau baterai hidup sebagai reaksi kepada penyimpangan untuk melindungi bebannya (load). Jika kualitas listrik kurang, UPS mungkin akan sering berubah ke operasi on-battery. Kalau beban bisa berfungsi dengan baik dalam kondisi tersebut, kapsitas dan umur baterai dapat bertahan lama melalui penurunan kepekaan UPS.

Ada dua jenis UPS, yaitu UPS non kotinyu dan UPS kontinyu. Pada UPS non kontinyu inverter hanya bekerja bila tidak ada AC input, sedangkan bila ada AC input, output UPS akan dihubungkan langsung dengan AC input tersebut. Pemindahan output UPS dari AC input ke inverter, menggunakan sakelar elektronik dengan waktu transfer sekitar 4 ms. Pada UPS kontinyu, inverter bekerja terus menerus baik ada atau tidak ada AC input, jadi pada output UPS tidak ada transfer pensakelaran atau dapat dikatakan waktu transfer adalah 0 detik.  UPS terdiri dari tiga komponen utama,  yaitu:

1) Rectifier- Charger

Bagian ini merupakan rangkaian yang dipakai untuk penyerahan dan pengisian baterai. Rangkaian blok rectifier-charger ini akan mensuplai daya yang dibutuhkan oleh inverter dalam kondisi beban penuh dan pada saat itu juga dapat mempertahankan muatan di dalam baterai. Selain itu blok ini harus mempunyai kemampuan mengalirkan daya output sebesar 125-130%. Karakteristik baterai juga perlu diperhitungkan dalam disain rangkaian charger-nya karena jika sebuah baterai diisi ulang dengan arus yang melebihi batasan kemampuannya akan dapat memperpendek umur baterai tersebut. Biasanya untuk arus pengisian sebuah baterai pada UPS ini sebesar 80%  dari kondisi arus yang dikeluarkan oleh baterai pada saat beban penuh.

Batasan sebuah sistem UPS yang baik menurut standar NEMA- National Electical Manufacturer Association adalah dapat memberikan daya 100% terus-menerus (continous load) dan 2 jampada beban 125% tanpa terjadi penurunan kinerja (kerusakan).

Baterai masih dapat dikategorikan sebagai kondisi layak pakai apabila masih mampu memberikan daya 100% selama 1 jam jika lama pengisiannya selama 8 jam (ditentukan oleh manufaktur baterai).

2) Inverter

Kualitas inverter merupakan penentu dari kualitas daya yang dihasilkan oleh suatu sistem UPS. Inverter berfungsi merubah tegangan DC dari rangkaian rectifier-charger menjadi tegangan AC yang berupa sinyal sinus setelah melalui pembentukan gelombang dan rangkaian filter. Tegangan output yang dihasilkan harus stabil baik amplitudo tegangan maupun frekuensinya, distorsi yang rendah, tidak terdapat tegangan transien.

Selain itu, sistem inverter perlu adanya rangkaian umpan-balik (feedback) dan rangkaian regulator untuk menjaga agar didapatkan tegangan konstan.

3) Sakelar Pemindah (Transfer switches)

Sakelar pemindah dibedakan menjadi dua jenis, yaitu elektromekanikal dan statik. Sakelar elektromekanikal menggunakan relay-relay yang salah satu terminal mendapatkan suplai tegangan dan yang lain dari sistem UPS.  Sistem sakelar statis menggunakan komponen semikonduktor, seperti SCR.

Penggunaan SCR akan lebih baik karena operasi pemindahan yang dilakukan dengan SCR yang hanya membutuhkan waktu 3 sampai  4 ms, sedangkan pada sakelar elektromekanikal sekitar 50 sampai 100 ms.

Penggunaan UPS dilakukan dengan cara menghubungkan AC input UPS ke sumber PLN dan output UPS ke beban. Kebanyakan UPS digunakan untuk menyuplai komputer, karena apabila sumber PLN tiba-tiba mati, maka data yang sedang diproses tidak hilang tetapi masih di back-up oleh UPS sehingga masih ada waktu untuk menyimpan data. Gambar dibawah menunjukkan blok diagram pemasangan

UPS.

Gambar :  Blok diagram pemasangan UPS