Continuïteit is niet voldoende

De veranderende rol van UPS-systemen

Jarenlang werd de rol van een UPS of back-upvoeding bepaald door één vraag: blijft een systeem operationeel wanneer de netspanning wegvalt? Hoewel die vraag nog steeds relevant is, blijkt deze in de praktijk steeds minder toereikend.

Veel storingen ontstaan niet door een stroomuitval, maar door problemen die zich al eerder hebben ontwikkeld. Denk aan verouderde batterijen, te weinig onderhoud, defecte verbindingen of componenten waarvan de conditie ongemerkt achteruitgaat. De uitdaging verschuift daardoor van het beschikbaar hebben van noodstroom naar het kunnen beoordelen van de betrouwbaarheid van die noodstroom. 

Toenemende beschikbaarheidseisen

Beveiligingssystemen, toegangscontrole, industriële automatisering en IoT-infrastructuren worden steeds vaker ingezet op locaties waar permanente technische ondersteuning ontbreekt en soms zelfs moeilijk bereikbaar zijn. Tegelijkertijd groeit de afhankelijkheid van deze systemen.

Een storing heeft daardoor vaak grotere gevolgen dan voorheen. Niet alleen kan functionaliteit verloren gaan, ook diagnose en herstel duren langer wanneer de oorzaak van het probleem niet direct zichtbaar is.

Voor installateurs, systeemintegratoren en eindgebruikers ontstaat hierdoor een nieuwe behoefte: inzicht in de gezondheid van de voedingsinfrastructuur, zonder daarvoor fysiek aanwezig te hoeven zijn.

Van redundantie naar back-up

In kritische installaties kan één voeding soms niet voldoende zijn. Ook een hoogwaardige industriële voeding kan uiteindelijk defect raken. Om extra zekerheid in te bouwen, worden voedingen daarom soms redundant uitgevoerd. In normale bedrijfstoestand kunnen beide voedingen de belasting delen. Valt voeding 1 uit, dan neemt voeding 2 de volledige belasting over.

Daarmee is de continuïteit bij een defecte voeding afgedekt, maar nog niet bij een algemene stroomuitval. Wanneer bijvoorbeeld bij graafwerken een voedingskabel wordt beschadigd en de netspanning wegvalt, verliezen beide redundante voedingen tegelijk hun energiebron.

Hoe zo’n stroomonderbreking wordt overbrugd, hangt af van de benodigde autonomie. Voor zeer korte onderbrekingen kan een buffermodule volstaan. Buffermodules worden bijvoorbeeld toegepast om korte dips of onderbrekingen in de netspanning te overbruggen of om tijdelijk een piekbelasting op te vangen.

Is langere autonomie vereist, bijvoorbeeld een half uur of langer, dan komt een DC-UPS met batterij in beeld. Die lokale energieopslag houdt de kritische 24 V_DC-belasting gedurende een langere stroomonderbreking actief.

Het onderschatte risico van batterijbeheer

In veel installaties vormt de batterij het meest kritische onderdeel van de back-upvoorziening. Tijdens normaal bedrijf wordt de belasting vanuit de voeding gevoed en wordt de batterij volgens een laadprofiel dat past bij het gebruikte batterijtype geladen en op niveau gehouden. Valt de netspanning weg, dan neemt de batterij de DC-belasting over. Zodra de netspanning terugkeert, wordt de batterij opnieuw geladen. Moderne DC-UPS-systemen bewaken daarbij niet alleen de laadstatus, maar ook de conditie van de batterij (State of Health), zodat veroudering of een defect tijdig kan worden gesignaleerd.

Toch blijft de conditie van batterijen vaak buiten beeld totdat een spanningsuitval plaatsvindt. Problemen zoals capaciteitsverlies, sulfatering, losgeraakte bekabeling of veroudering worden niet altijd tijdig gedetecteerd.

Naarmate installaties groter en meer verspreid raken, neemt het belang van continue monitoring van batterijstatus en voedingscondities verder toe.

Door de State of Health van de batterij te monitoren, kan bovendien worden voorkomen dat een batterij preventief wordt vervangen terwijl deze nog niet aan het einde van haar levensduur is.

Intelligente UPS-systemen

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, worden voedingssystemen steeds vaker uitgerust met (Ethernet) communicatiemogelijkheden en diagnostische functies. Hierdoor ontstaat de mogelijkheid om parameters zoals voedingsstatus, belasting, batterijconditie (State of Health) en storingsmeldingen op afstand te monitoren. Geen aannames, maar een werkelijke afspiegeling van de betrouwbaarheid van het back-up systeem in de praktijk. Deze informatie kan worden geïntegreerd in bestaande beheerplatformen, SCADA-systemen of netwerkmonitoringomgevingen en daarmee op afstand worden gemonitord.

Voor onderhoudsorganisaties biedt dit een verschuiving van reactief naar voorspelbaar beheer en preventief onderhoud, wanneer het werkelijk noodzakelijk is. Problemen kunnen worden gesignaleerd voordat zij leiden tot uitval, terwijl fysieke inspecties kunnen worden beperkt tot situaties waarin daadwerkelijk actie nodig is.

Voeding onderdeel van het netwerk

Een logische volgende stap in deze ontwikkeling is de integratie van Ethernet-connectiviteit binnen DC-UPS-systemen. Door de DC-voeding, het batterijbeheer en netwerkcommunicatie te combineren ontstaat een infrastructuur waarin niet alleen de up-time wordt bewaakt, maar ook de kwaliteit en betrouwbaarheid ervan.

Via protocollen zoals MODBUS TCP/IP, SNMPv3 en HTTPS kunnen statusinformatie, alarmen en diagnostische gegevens centraal beschikbaar worden gemaakt vanaf iedere plek, op ieder moment. Dit maakt het mogelijk om verspreide installaties efficiënter te beheren en sneller te reageren op afwijkingen.

Een praktijkvoorbeeld

Een voorbeeld van deze evolutie is de CBI-Ethernet serie van Adel System (afbeelding 1). Deze DC-UPS-oplossingen combineren DC-voeding, batterijlader, back-upfunctionaliteit en Ethernet-connectiviteit in één compacte DIN-rail module.

Naast het waarborgen van een ononderbroken voeding bieden deze systemen real-time inzicht in voedingsstatus, batterijconditie en alarmmeldingen. Via protocollen zoals MODBUS TCP/IP, SNMPv3 en HTTPS kunnen deze gegevens eenvoudig worden geïntegreerd in bestaande monitorings- en beheersystemen.

De systemen ondersteunen verschillende batterijtechnologieën, waaronder loodzuur-, AGM-, GEL-, NiMH-, Lithium- en LiFePO₄-batterijen. Hierdoor kunnen installateurs en systeemontwerpers de batterijtechnologie kiezen die het beste aansluit bij de gewenste autonomie, levensduur en toepassing. Hiermee sluit de CBI-Ethernet serie aan op de groeiende behoefte aan voorspelbaar onderhoud, centraal beheer en hogere beschikbaarheid van kritische installaties.