UPS (UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY) UPS (UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY)
CATU DAYA TAK TERPUTUS CATU DAYA TAK TERPUTUS
Pengertian UPS Pengertian UPS
UPS singkatan dari
UPS singkatan dari Uninteruptible Power SupplyUninteruptible Power Supply atauatau Catu Daya Tak Terputus,Catu Daya Tak Terputus, yaituyaitu suatu sistem yang dapat memberikan daya listrik ac yang memenuhi sayarat, tanpa suatu sistem yang dapat memberikan daya listrik ac yang memenuhi sayarat, tanpa penundaan, untuk jangka waktu tertentu, bila sumber daya ac utama menghilang atau tak penundaan, untuk jangka waktu tertentu, bila sumber daya ac utama menghilang atau tak layak memberikan daya sesuai kebutuhan. Keadaan sumber ac yang tidak layak antara lain : layak memberikan daya sesuai kebutuhan. Keadaan sumber ac yang tidak layak antara lain : -- tegangannya hilang (tidak ada atau mati) (tegangannya hilang (tidak ada atau mati) (outage atau blackout outage atau blackout ))
-- tegangannya turun sampai di bawah persyaratan (turun lebih dari 15%) (tegangannya turun sampai di bawah persyaratan (turun lebih dari 15%) (brownout brownout )) -- tegangannya naik melampaui batas yang diijinkantegangannya naik melampaui batas yang diijinkan
-- frekuensinya berubah sampai di luar batas yang diijinkanfrekuensinya berubah sampai di luar batas yang diijinkan UPS diperlukan bagi alat-alat listrik dan peralatan elektronik (
UPS diperlukan bagi alat-alat listrik dan peralatan elektronik (electronic equipment electronic equipment ) yang) yang operasinya tidak boleh terputus, yang d
operasinya tidak boleh terputus, yang disebutisebutbeban kritisbeban kritis..
Susunan UPS Susunan UPS
UPS terdiri atas
UPS terdiri atas penyearah/pengisi baterepenyearah/pengisi batere ((rectifier/battery charger rectifier/battery charger ),), baterebatere,, inverterinverter,, dan
dan saklar transfer dayasaklar transfer daya yang terrangkai seperti blok diagram pada gambar 1. Sepertiyang terrangkai seperti blok diagram pada gambar 1. Seperti biasanya blok diagram berupa
biasanya blok diagram berupa s single line diagramingle line diagram atauatau diagram jalur tunggaldiagram jalur tunggal. Arti. Arti diagram jalur tunggal adalah diagram yang dalam melukiskan rangkaian, kawat atau diagram jalur tunggal adalah diagram yang dalam melukiskan rangkaian, kawat atau penghantar listriknya yang harusnya terdiri atas dua kawat atau lebih, hanya digambarkan penghantar listriknya yang harusnya terdiri atas dua kawat atau lebih, hanya digambarkan
dengan sebuah garis yang mewakili dua kawat atau lebih tersebut. dengan sebuah garis yang mewakili dua kawat atau lebih tersebut.
Gambar 1. Diagram jalur tunggal (
Gambar 1. Diagram jalur tunggal ( s single line diagramingle line diagram) UPS) UPS Penyearah/pengisi batere
Penyearah/pengisi batere ((rectifier/charger rectifier/charger ))
Adalah rangkaian elektronis berfungsi untuk mengubah daya/tegangan ac dari sumber ac Adalah rangkaian elektronis berfungsi untuk mengubah daya/tegangan ac dari sumber ac utama (PLN) menjadi daya/tegangan dc (arus searah) untuk mengisi batere, pada waktu utama (PLN) menjadi daya/tegangan dc (arus searah) untuk mengisi batere, pada waktu daya ac ini ada. Tegangan dc yang dihasilkan oleh penyearah ini disesuaikan dengan daya ac ini ada. Tegangan dc yang dihasilkan oleh penyearah ini disesuaikan dengan tegangan batere. Penyearah/pengisi batere ini memiliki pengatur sehingga secara otomatis tegangan batere. Penyearah/pengisi batere ini memiliki pengatur sehingga secara otomatis menghentikan pengisian atau memperkecil arus pengisian sampai sekecil mungkin (sekedar menghentikan pengisian atau memperkecil arus pengisian sampai sekecil mungkin (sekedar mengimbangi kebocoran arus batere)
mengimbangi kebocoran arus batere) bila batere telah penuh.bila batere telah penuh.
Batere Batere
Digunakan sebagai penyimpan tenaga listrik, untuk digunakan pada waktu daya ac utama Digunakan sebagai penyimpan tenaga listrik, untuk digunakan pada waktu daya ac utama (PLN) tidak ada atau mati atau tidak layak. Tinggi tegangan batere misalnya 12V, 24V, (PLN) tidak ada atau mati atau tidak layak. Tinggi tegangan batere misalnya 12V, 24V, pada UPS yang dayanya ratusan VA (VA=volt ampere), pada UPS yang dayanya ribuan pada UPS yang dayanya ratusan VA (VA=volt ampere), pada UPS yang dayanya ribuan VA tegangan batere lebih dari lebih dari 100V. Kapasitas batere atau C, yang dinyatakan VA tegangan batere lebih dari lebih dari 100V. Kapasitas batere atau C, yang dinyatakan dengan AH (AH =
dengan AH (AH = ampere hour ampere hour s s = ampere jam = ampere dikali jam) menentukan waktu= ampere jam = ampere dikali jam) menentukan waktu atau lamanya UPS ini mampu memberikan daya ac kepada beban bila sumber utama mati. atau lamanya UPS ini mampu memberikan daya ac kepada beban bila sumber utama mati. Waktu ini dinamakan
Waktu ini dinamakan waktu otonomiwaktu otonomi UPS. Waktu otonomi (Tot) dapat dihitung berdasar UPS. Waktu otonomi (Tot) dapat dihitung berdasar rumus berikut ini:
v x C x k v x C x k BBxx LLII T Totot== P P b b Dengan : Dengan : C
C = = kapasitas kapasitas batere batere (AH (AH = = ampere ampere x x hours hours = = ampere ampere x x jamjam)) k
k BB = = faktor pemfaktor pemanfaatan kapasitas anfaatan kapasitas batere (karena batere (karena tenaga litenaga listrik yang strik yang tersimpan tersimpan didi
dalam batere y
dalam batere yang sebesar ang sebesar v x v x C = C = volt x volt x ampere x jampere x jam, tidak bam, tidak boleholeh dimanfaatkan atau digunakan sampai benar-benar habis. Yang dapat dimanfaatkan atau digunakan sampai benar-benar habis. Yang dapat dimanfaatkan hanya sekitar 80 % kapasitas batere, yang berarti k
dimanfaatkan hanya sekitar 80 % kapasitas batere, yang berarti k BB = 0,8= 0,8
L
LII = efisiensi= efisiensiIInverter yang tergantung pada sifat atau spesifikasi inverter, sebagainverter yang tergantung pada sifat atau spesifikasi inverter, sebagai
misal = 0,8 misal = 0,8 P
P b b = = daya beban daya beban dengan satuan watt dengan satuan watt (ampere j(ampere jam)am)
Contoh Contoh
Batere : dua buah diseri, masing-masing bertegangan 12V, berarti v = 2 x 12V = 24V Batere : dua buah diseri, masing-masing bertegangan 12V, berarti v = 2 x 12V = 24V
Jika kapasitas masing-masing batere 7AH, berarti C = 7
Jika kapasitas masing-masing batere 7AH, berarti C = 7 AH (= 7 ampere jam)AH (= 7 ampere jam) Jika daya beban sebesar 400
Jika daya beban sebesar 400 watt, berarti Pwatt, berarti P b b= 400 watt = 400 VA= 400 watt = 400 VA
Maka:
Maka: v x v x C C x x k k BB xxLLII 24 x 7 x 0,8 x 0,8 (VAH)24 x 7 x 0,8 x 0,8 (VAH)
T
Totot= = = = = = 0,2688 0,2688 HH
P
P b b 400 (VA)400 (VA)
T
Totot = 0,2688H atau 0,2688 jam = 16 menit= 0,2688H atau 0,2688 jam = 16 menit
Untuk
Untuk beban beban 600W, 600W, TTotot = 400W / 600W x menit = 10,6 menit= 400W / 600W x menit = 10,6 menit
Inverter Inverter
Adalah rangkaian elektronik pengubah daya/tegangan dc menjadi daya/tegangan ac. Adalah rangkaian elektronik pengubah daya/tegangan dc menjadi daya/tegangan ac. Daya/tegangan dc ini berasal dari batere.
Daya/tegangan dc ini berasal dari batere. IInverter pada UPS menghasilkan tegangan acnverter pada UPS menghasilkan tegangan ac dengan tegangan efektif atau tegangan rms (
dengan tegangan efektif atau tegangan rms (root meanroot mean s squarequare) setinggi 220V, dan) setinggi 220V, dan frekuensinya 50 Hz.
frekuensinya 50 Hz.
Saklar
Saklar trantran s s fer fer dayadaya
Saklar ini berfungsi untuk mengalihkan atau memindah hubungan sehingga dimungkinkan Saklar ini berfungsi untuk mengalihkan atau memindah hubungan sehingga dimungkinkan dua pilihan :
dua pilihan : i)
i) beban terhubung ke-sumber ac utama (PLN) beban terhubung ke-sumber ac utama (PLN) ii)
ii) beban terhubung ke-inverter beban terhubung ke-inverter Saklar pengalih atau
Saklar pengalih atautrantran s s fer fer s switchwitch ini dapat berupa rele (ini dapat berupa rele (relayrelay), atau berupa ), atau berupa saklar statissaklar statis (( s statictatic sw switchitch), yang berupa sepasang), yang berupa sepasang thyrithyri s stor tor ((SCR SCR == s silicon controlled rectifier ilicon controlled rectifier ) paralel) paralel berlawana arah. Waktu pengalihan saklar stat
berlawana arah. Waktu pengalihan saklar stat is jauh lebih cepat dibanding rele.is jauh lebih cepat dibanding rele.
Pengoperasian saklar Pengoperasian saklar
IIni tergantung pada tipe UPS berdasar mode operasi. Ada dua tipe UPS berdasar modeni tergantung pada tipe UPS berdasar mode operasi. Ada dua tipe UPS berdasar mode operasi, yaitu
operasi, yaituUPS UPS s standbytandby atauatauofflineoffline dandanUPS onlineUPS online..
UPS
Dalam keadaan darurat (daya ac utama mati atau tidak layak) (perhatikan gambar 3),Dalam keadaan darurat (daya ac utama mati atau tidak layak) (perhatikan gambar 3), beban terhubung ke-inverter.
beban terhubung ke-inverter.IInverter mendapat daya dc dari batere, hanya untuk nverter mendapat daya dc dari batere, hanya untuk jangka waktu tertentu, yaitu waktu otonomi UPS. Operasi UPS dalam keadaan darurat jangka waktu tertentu, yaitu waktu otonomi UPS. Operasi UPS dalam keadaan darurat ini diikuti adanya bunyi alarm putus-putus. Setelah isi (tenaga listrik) batere mendekati ini diikuti adanya bunyi alarm putus-putus. Setelah isi (tenaga listrik) batere mendekati habis yang ditandai dengan tegangan batere yang mendekati tagangan batas bawah, habis yang ditandai dengan tegangan batere yang mendekati tagangan batas bawah, maka alarm b
maka alarm berubah menjadi erubah menjadi alarm panjang (tialarm panjang (tidak terputus-putus).dak terputus-putus).
Apabila tercapai keadaan ini, maka UPS harus dimatikan atau secara otomatis matiApabila tercapai keadaan ini, maka UPS harus dimatikan atau secara otomatis mati sendiri.
sendiri.
Gambar 2. UPS
Gambar 2. UPS s standby ((offlinetandby offline) dalam keadaan sumber ac utama (PLN) ada dan layak.) dalam keadaan sumber ac utama (PLN) ada dan layak. Daya ac dari sumber ac
Daya ac dari sumber ac utama (PLN) langsung menuju beban (garutama (PLN) langsung menuju beban (gar is tebal).is tebal). Batere diisi oleh
Batere diisi oleh rectifier/charger rectifier/charger sampai penuhsampai penuh
IInverter dalam keadaan siaga (standby), tetapi belum terhubung ke-bebannverter dalam keadaan siaga (standby), tetapi belum terhubung ke-beban
Gambar 3. UPS
Gambar 3. UPS s standbytandby ((offlineoffline) dalam ) dalam keadaan sumber ac keadaan sumber ac utama (PLN) utama (PLN) tidak ada tidak ada atauatau tidak layak.
tidak layak.
Beban mendapat daya ac dari invereter (garis tebal). Beban mendapat daya ac dari invereter (garis tebal).
IInverter mendapat daya dc dari batere (garis tebal) selama jangka waktunverter mendapat daya dc dari batere (garis tebal) selama jangka waktu tertentu yang disebut waktu otonomi
UPS
UPSOnlineOnline
Cara operasi
Cara operasiUPS OnlineUPS Online sebagai berikutsebagai berikut
Apapun keadaannya, normal (daya ac utama atau PLN ada dan layak), atau keadaan darurat Apapun keadaannya, normal (daya ac utama atau PLN ada dan layak), atau keadaan darurat (daya ac utama mati atau tidak layak), beban selalu terhubung ke-inverter, kecuali bila (daya ac utama mati atau tidak layak), beban selalu terhubung ke-inverter, kecuali bila terjadi baban lebih (arus ke-beban melampaui batas kemampuan invereter).
terjadi baban lebih (arus ke-beban melampaui batas kemampuan invereter).
Gambar 4. UPS
Gambar 4. UPS onlineonline dalam keadaan sumber dalam keadaan sumber ac utama (PLN) ac utama (PLN) ada ada dan layak.dan layak. Beban mendapat daya ac dari invereter.
Beban mendapat daya ac dari invereter.
IInverter mendapat daya dc darinverter mendapat daya dc dari rectifier/charger rectifier/charger Batere diisi oleh
Batere diisi oleh rectifier/charger rectifier/charger sampai penuhsampai penuh R
Rectifier/charger ectifier/charger mendapat daya ac dari sumber ac utama (PLN)mendapat daya ac dari sumber ac utama (PLN)
Dalam keadaan normal (daya ac utama atau PLN ada dan layak), beban terhubung keDalam keadaan normal (daya ac utama atau PLN ada dan layak), beban terhubung ke invereter (Perhatikan gambar 4.). Dalam keadaan ini inverter mendapat daya dc dari invereter (Perhatikan gambar 4.). Dalam keadaan ini inverter mendapat daya dc dari rectifier/charger
rectifier/charger yang mendapat daya ac dari sumber ac utama. Walaupun batereyang mendapat daya ac dari sumber ac utama. Walaupun batere terhubung ke
terhubung ke rectifier/charger,rectifier/charger, rectifier/charger rectifier/charger inilah yang memberikan arus dcinilah yang memberikan arus dc kepada inverter, karena tegangannya lebih tinggi dibanding tegangan batere.
kepada inverter, karena tegangannya lebih tinggi dibanding tegangan batere.
Dalam keadaan darurat (daya ac utama mati atau tidak layak), beban tentu sajaDalam keadaan darurat (daya ac utama mati atau tidak layak), beban tentu saja terhubung ke-inverter (perhatikan gambar 5). Dalam keadaan ini inverter mendapat terhubung ke-inverter (perhatikan gambar 5). Dalam keadaan ini inverter mendapat daya dc dari batere, hanya untuk jangka waktu tertentu, yaitu waktu otonomi UPS. daya dc dari batere, hanya untuk jangka waktu tertentu, yaitu waktu otonomi UPS. Bandingkan
Bandingkan gambar B.5. gambar B.5. dengan gambar dengan gambar B.3., yang B.3., yang ternyata sama; ternyata sama; dalam keadaandalam keadaan darurat ini; yaitu sumber ac utama atau PLN mati, kerja UPS
darurat ini; yaitu sumber ac utama atau PLN mati, kerja UPS offlineoffline sama saja dengansama saja dengan kerja UPS
Dalam keadaan arus beban melampaui arus batas yang telah ditetapkan (melampauiDalam keadaan arus beban melampaui arus batas yang telah ditetapkan (melampaui arus maksimum yang dapat diberikan oleh inverter), barulah beban dialihkan ke arus maksimum yang dapat diberikan oleh inverter), barulah beban dialihkan ke sumber ac utama (Perhatikan gambar 6). Sumber ac utama atau PLN langsung sumber ac utama (Perhatikan gambar 6). Sumber ac utama atau PLN langsung memberikan daya kepada beban (sumber ac utama di by-pass ke-beban); dan hal ini memberikan daya kepada beban (sumber ac utama di by-pass ke-beban); dan hal ini sama saja dengan kerja UPS
sama saja dengan kerja UPS offlineoffline pada waktu sumber ac utama atau PLN ada danpada waktu sumber ac utama atau PLN ada dan layak. Jadi gambar 6. sama saja dengan gambar 2.
layak. Jadi gambar 6. sama saja dengan gambar 2.
Gambar
Gambar 6. 6. UPSUPS onlineonline dalam keadaan terjadi beban lebih (arus bebadalam keadaan terjadi beban lebih (arus beban melampaui batasn melampaui batas maksimum arus inverter) sumber ac utama atau
maksimum arus inverter) sumber ac utama atau PLN ada dan layak.PLN ada dan layak. Saklar transfer mengalihkan hubungan beban ke-sumber ac utama Saklar transfer mengalihkan hubungan beban ke-sumber ac utama Daya ac dari sumber ac
Daya ac dari sumber ac utama (PLN) langsung menuju beban (garutama (PLN) langsung menuju beban (gar is tebal)is tebal) (Sumber ac utama di by-pass ke-beban)
(Sumber ac utama di by-pass ke-beban) Batere diisi oleh
Batere diisi oleh rectifier/charger rectifier/charger sampai penuhsampai penuh IInverter dalam keadaan siaga (nverter dalam keadaan siaga ( s standbytandby))
Bandingkan gambar 6. dengan gambar 2. (Ternyata sama, yaitu pada waktu Bandingkan gambar 6. dengan gambar 2. (Ternyata sama, yaitu pada waktu sumber ac utama atau PLN ada dan layak kerja UPS
sumber ac utama atau PLN ada dan layak kerja UPS offlineoffline sama dengan kerjasama dengan kerja UPS
UPS onlineonline yang mengalami beban lebih)yang mengalami beban lebih)
Untuk mendapatkan gambaran mengenai perbedaan operasi UPS
Untuk mendapatkan gambaran mengenai perbedaan operasi UPS s standbytandby ((offlineoffline) dengan) dengan UPS
UPS onlineonline, berikut ini diberikan tabel mengenai perbandingan , berikut ini diberikan tabel mengenai perbandingan operasinya. (Tabel 1).operasinya. (Tabel 1). Tabel 1. Perbedaan (perbandingan) o
Tabel 1. Perbedaan (perbandingan) o perasi UPSperasi UPS s standbytandby ((offlineoffline) dan UPS) dan UPS onlineonline
Keadaan UPS
Keadaan UPS s standbytandby ((offlineoffline) ) UPSUPS onlineonline
Daya ac utama Daya ac utama (PLN) ada dan (PLN) ada dan layak (normal) layak (normal)
bebanbeban mendapat daya ac darimendapat daya ac dari sumber ac utama (PLN) sumber ac utama (PLN)
Rectifier/chargeRectifier/charger r mengisi bateremengisi batere sampai penuh
sampai penuh, setelah penuh arus, setelah penuh arus
pengisian dihentikan atau diperkecil pengisian dihentikan atau diperkecil
sekedar mengimbangi kebocoran sekedar mengimbangi kebocoran arus pada batere
arus pada batere
Akan lebih baik jika inverter telahAkan lebih baik jika inverter telah bekerja, walaupun belum terhubung bekerja, walaupun belum terhubung
ke-beban, agar telah siap untuk ke-beban, agar telah siap untuk disambung ke-beban apabila
disambung ke-beban apabila sumber sumber
ac utama (PLN) padam ac utama (PLN) padam
bebanbeban mendapat daya ac darimendapat daya ac dari invereterinvereter,, asalkan arus beban tidak melampaui asalkan arus beban tidak melampaui batas maksi- mum kemampuan arus batas maksi- mum kemampuan arus
inverter inverter
Bila terjadi beban lebihBila terjadi beban lebih, (arus beban, (arus beban melampaui batas maksimum arus melampaui batas maksimum arus inverter, beban dialihkan ke-sumber ac inverter, beban dialihkan ke-sumber ac utama (PLN) (
utama (PLN) (bypassbypass dari sumber acdari sumber ac
utama atau PLN ke-beban) utama atau PLN ke-beban)
Rectifier/chargerRectifier/charger memberikan daya dcmemberikan daya dc kepada
kepada inverterinverter dan sambildan sambil
mempertahankan kondisi batere berisi mempertahankan kondisi batere berisi penuh
penuh
IInverter bekerja, memberikan daya acnverter bekerja, memberikan daya ac kepada beban.
kepada beban.IInverter ini mendapatnverter ini mendapat daya dc dari r
daya dc dari r ectifier/cectifier/charger yangharger yang output-nya juga tersambung ke batere output-nya juga tersambung ke batere Daya ac utama
Daya ac utama (PLN) tidak ada (PLN) tidak ada atau
atau tidak tidak layak layak (tidak normal) (tidak normal)
beban mendapat daya ac dari beban mendapat daya ac dari inverter
inverter
IInverter mendapat daya dc darinverter mendapat daya dc dari batere untuk jangka waktu selama batere untuk jangka waktu selama
waktu otonomi waktu otonomi
Beban mendapat daya ac dari inverter Beban mendapat daya ac dari inverter
IInverter mendapat daya dc dari baterenverter mendapat daya dc dari batere untuk jangka waktu selama waktu untuk jangka waktu selama waktu otonomi
Inverter pada UPS Inverter pada UPS
IInverter yaitu rangkaian elektronik yang berfungsi mengubah daya/tegangan dc menjadinverter yaitu rangkaian elektronik yang berfungsi mengubah daya/tegangan dc menjadi daya/tegangan ac. Jenis inverter dapat dibagi berdasar bentuk gelombang tegangan ac yang daya/tegangan ac. Jenis inverter dapat dibagi berdasar bentuk gelombang tegangan ac yang dihasilkan, dan berdasar jumlah fase tegangan
dihasilkan, dan berdasar jumlah fase tegangan ac yang dihasilkan.ac yang dihasilkan. Jenis inverter berdasar bentuk gelombang antara
Jenis inverter berdasar bentuk gelombang antara lainlain -- inverter gelombang kotak (inverter gelombang kotak ( s squarequarewwaveave))
-- inverter gelombang serupa kotak (inverter gelombang serupa kotak (quaqua s sii s squarequarewwaveave) atau modulasi lebar pulsa tunggal) atau modulasi lebar pulsa tunggal (( s single pul ingle pul s se-PWM =e-PWM = s single pul ingle pul s se-pul e-pul s seewwave modulationave modulation))
-- inverter gelombang tangga (inverter gelombang tangga (multimulti s steptep wwaveave))
-- inverter modulasi lebar pulsa atau inverter modulasi lebar pulsa atau PWM (=PWM (= pul pul s seewwidth modulationidth modulation) atau PPWM (=) atau PPWM (= pul
pul s se poe po s sition and ition and wwidth modulationidth modulation)) -- inverter gelombang sinusinverter gelombang sinus
Bentuk-bentuk gelombang tersebut terlihat pada
Bentuk-bentuk gelombang tersebut terlihat pada gambar 7 sampai 11gambar 7 sampai 11
Gambar 7 Gelombang kotak (
Gambar 7 Gelombang kotak ( s squarequarewwaveave))
Gambar 8 Gelombang serupa kotak (
Gambar 8 Gelombang serupa kotak (quaqua s sii s squarequarewwaveave) atau ) atau modulasi lebar pulsamodulasi lebar pulsa tunggal (
tunggal ( s single pul ingle pul s se-PWM e-PWM ))
Gambar 9 Gelombang tangga naik turun (
Gambar 10. Gelombang
Gambar 10. Gelombang modulasi lebar pulsa atau PWM (=modulasi lebar pulsa atau PWM (= pul pul s see wwidth modulationidth modulation).). Ada juga yang menamakan Gelombang PPWM (=
Ada juga yang menamakan Gelombang PPWM (= pul pul s se poe po s sition and ition and w
width modulationidth modulation), karena sisi depan pulsa mengalami perubahan posisi), karena sisi depan pulsa mengalami perubahan posisi atau bergeser.
atau bergeser.
Gambar 11. Gelombang sinus (
