เครื่องสํารองไฟบ้าน เมื่อไฟดับ

Posted: February 03, 2021

เป็นที่ทราบกันดีกว่า ไฟฟ้าที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ไม่มีอะไรแน่นอน ใช้งานอยู่ดีๆ บางทีก็ดับไปเฉยๆ ตกบ้าง กระตุกบ้าง และความเสียหายของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเครื่องใช้ไฟฟ้าจำนวนไม่น้อยไม่ว่าจะเป็นตู้เย็น ทีวีหรือว่าเครื่องคอมพิวเตอร์ ก็ล้วนแต่เป็นผลมาจากปัญหาความไม่แน่นอนของไฟฟ้าที่เราใช้อยู่ทั้งสิ้น ดังนั้น UPS หรือที่คนส่วนใหญ่เรียกกันทั่วไปว่า เครื่องสำรองไฟฟ้า จึงเป็นอุปกรณ์สำคัญที่เราทุกคนไม่ควรมองข้าม

                เหตุที่เป็นเช่นนั้นก็เพราะว่า UPS นั้นไม่ได้เพียงแต่ทำให้ชิ้นส่วนฮาร์ดแวร์ปลอดภัยจากความไม่แน่นอนของไฟฟ้าที่ใช้เท่านั้น แต่ในการใช้งานเครื่องคอมพิวเตอร์ มันยังช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการสูญเสียข้อมูลด้วย อย่างน้อยก็ช่วงเวลาหนึ่งหรือเมื่อมีปัญหาเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในระหว่างที่กำลังใช้งาน ซึ่งได้แก่

                ไฟดับ (Blackout) หรือบางครั้งก็อาจจะเรียกกันว่า “ไฟฟ้าขัดข้อง” ซึ่งปัญหานี้สามารถเกิดขึ้นได้ ไม่ว่าจะมาจากการที่หม้อแปลงไฟฟ้ามีปัญหาหรือว่าสายไฟขาด แต่ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาก็ได้มีการปรับปรุงซอฟต์แวร์เมื่อมีสถานการณ์เช่นนี้เกิดขึ้น ซึ่งถ้าใครเคยใช้ระบบปฏิบัติการ Windows 95 หรือ 98 อาจจะพอจำได้ว่า หากเกิดไฟดับและเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ใช้งานอีกครั้ง ระบบจะทำการทดสอบวินิจฉัย (diagnostic test) ก่อน และมีระบบที่คอยทำหน้าที่ป้องกันการสูญเสียข้อมูล (Journaling file system) รวมทั้งระบบก็จะพยายามกู้คืนข้อมูลจากเหตุการณ์ไฟดับให้กลับมาใช้งานได้อีกครั้ง

                ไฟตก (Brownout) เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าถูกใช้จนเกินพิกัด (Overload) จากการที่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าถูกใช้งานพร้อมกันเป็นจำนวนมากจนทำให้เกิดการสูญเสียกำลังไฟ เหตุการณ์นี้แม้ว่ามักเกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาสั้นๆ แต่มันก็ทำให้อุปกรณ์บางอย่างเสียหายได้เช่นกัน

                แรงดันกระชาก (Spikes) หรือการที่ไฟฟ้ามีแรงดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งโดยทั่วไปมักจะเป็นผลมาจากฟ้าผ่า และการปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมาตอนแรก หลังจากที่มีเหตุการณ์ไฟดับ ดังนั้นความปลอดภัยของอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ จึงควรปิดสวิตช์และถอดปลั๊กออกทุกครั้งหลังจากที่ไฟดับ และเมื่อมีการปล่อยไฟฟ้ากลับมาแล้ว ให้รอสักครู่เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าอยู่ในสภาพที่เป็นปกติก่อน

                ไฟเกินหรือไฟกระชาก (Power Surges) แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเนื่องจากเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน เช่น ตู้เย็น หรือ เครื่องปรับอากาศ แรงดันไฟฟ้าเกินเกิดขึ้นในช่วงสั้น ๆ แต่อาจทำให้ส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์เกิดความเสียหายหนักได้

                สัญญาณรบกวน (Noise) โดยทั่วไปปัญหานี้เกิดจากเหตุการณ์ฟ้าผ่า หรือมีสัญญาณรบกวนจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) ทำให้สัญญาณไฟฟ้าที่ส่งมายังอุปกรณ์ไม่สะอาดพอ ซึ่งผลที่ตามมาก็คือ การทำงานต่างๆ ของเครื่อง รวมทั้งไฟล์ข้อมูลต่างๆ อาจเกิดความเสียหายได้

หลักการทำงานและประเภทของ UPS

                ปัญหาต่างๆ ข้างต้น ล้วนแต่ทำให้เกิดความเสียหายได้ทั้งนั้น ไม่ว่าจะเป็นข้อมูลหรือว่าชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์ อย่างเช่นพาวเวอร์ซัพพลาย เมนบอร์ด และฮาร์ดดิสก์ ดังนั้นเมื่อใช้เครื่องคอมพิวเตอร์จึงต้องมี UPS ที่เหมาะสมไว้ใช้งานด้วยเสมอ โดยมีให้เลือก 3 ประเภทตามลักษณะการทำงานดังนี้คือ

Offline (Standby): UPS ประเภทนี้ เมื่ออยู่ในสภาวะปกติ (Standby mode/Normal Mode) พลังงานไฟฟ้าขาเข้าจากปลั๊กไฟที่ UPS เชื่อมต่ออยู่จะไหลผ่านไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์ใช้ไฟฟ้าโดยตรง โดยมีเพียงวงจร RFI Filtering คอยทำหน้าที่ช่วยกรองสัญญาณรบกวน และเมื่อเกิดเหตุไฟดับ ไฟตกหรือเกินจากค่าที่กำหนดเช่น +/-15% จาก 220 โวลต์ วงจรควบคุมภายใน UPS จะตรวจพบและสั่งให้วงจร DC/AC Inverter ทำงานเพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่ให้กลายเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ สำหรับจ่ายให้กับอุปกรณ์ต่อไป โดยรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับจากวงจรนี้อาจจะเป็นแบบ Step wave หรือเป็นแบบ Sine wave ก็ได้ หลังจากนั้นเมื่อไฟฟ้ากลับมาสู่สภาวะปกติ วงจรควบคุมภายใน UPS ก็จะสั่งให้กลับมาเชื่อมต่อโดยตรงกับแหล่งไฟฟ้าตามเดิม อย่างไรก็ดีในระหว่างการสลับการเชื่อมต่อนี้ก็จะมี Transfer Time ซึ่งรูปคลื่นไฟฟ้าขาดหายไปด้วยประมาณ 2 มิลลิวินาทีเกิดขึ้นด้วย

                ข้อดีของ UPS ชนิดนี้ก็คือ มีราคาค่อนข้างประหยัด ขนาดเล็ก และเมื่ออยู่ในสภาวะสแตนบายด์ ก็จำทำงานได้ค่อนข้างเงียบ แต่ก็มีข้อเสียเช่นกันคือ ป้องกันไฟกระชากหรือไฟเกินได้จำกัด การควบคุมแรงดันไฟที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ก็อยู่ในช่วงประมาณ +/- 10-15 เปอร์เซ็นต์ รวมทั้งไม่สามารถรับแรงดันไฟฟ้าด้านขาเข้าได้กว้างมากนัก (ประมาณ +/-10-15 เปอร์เซ็นต์) นอกจากนั้นอายุการใช้งานแบตเตอรี่ก็ยังค่อนข้างสั้นด้วย

Line Interactive: UPS แบบนี้จะมีลักษณะคล้ายๆ กับแบบ Offline (Standby) แต่จะมีการเพิ่มวงจรปรับแรงดันอัตโนมัติเข้ามา เพื่อทำให้สามารถรับแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์ด้านขาเข้าได้กว้างขึ้นเป็น +/- 20-25 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเมื่ออยู่ในสภาวะปกติอุปกรณ์จะได้รับพลังไฟฟ้าโดยตรงผ่านวงจรปรับแรงดันอัตโนมัติ (Stabilizer/AVR) และวงจรกรองสัญญาณรบกวน (RFI Filtering) โดยในระหว่างนี้เครื่องประจุกระแสไฟฟ้า (Charger) จะทำหน้าที่ชาร์จแบตเตอรี่ไปพร้อมๆ กันด้วย เพื่อให้เต็มอยู่ตลอดเวลา ซึ่งเมื่อเกิดไฟดับ ไฟตกหรือไฟเกินจากที่กำหนด UPS จะตรวจพบและสั่งการให้วงจร DC/AC Inverter ทำงานเหมือนกับ UPS แบบ Offline (Standby) รวมทั้งสลับกลับมาทำงานตามเดิมเมื่อไฟฟ้าอยู่ในสภาวะปกติ และในระหว่างการสลับการทำงานนี้ก็จะมีรูปคลื่นไฟฟ้าขาดหายไปประมาณ 2 มิลลิวินาทีเกิดขึ้นเช่นกัน

                UPS ประเภทนี้จะมีประสิทธิภาพสูงและสามารถป้องกันปัญหาทางด้านไฟฟ้าได้ดีกว่าแบบ Offline (Standby) โดยมีราคาที่ไม่แพงเกินไป รวมทั้งมีขนาดเล็กและทำงานเงียบด้วย แต่การควบคุมแรงดันไฟที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ก็ยังมีข้อจำกัดอยู่ รวมทั้งการสลับวงจรก็ยังมีรูปคลื่นไฟฟ้าหายไปประมาณ 2 มิลลิวินาทีอยู่

True Online Double Conversion: UPS ประเภทนี้จะช่วยป้องกันปัญหาทางด้านไฟฟ้าได้ดีที่สุด เนื่องจากในสภาวะปกติ UPS จะแปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงด้วยวงจร AC/DC Rectifier จากนั้นไฟฟ้ากระแสตรงดังกล่าวจะถูกแปลงกลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่มีขนาด และความถี่คงที่ โดยมีรูปคลื่นเป็น Sine Wave ที่สมบูรณ์และปราศจากสัญญาณรบกวน (Noise) จริงๆ ด้วยวงจร DC/AC Inverter ก่อนที่จะจ่ายไปให้กับโหลดหรืออุปกรณ์ใช้งาน ในขณะเดียวกันแบตเตอรี่ก็จะถูกชาร์จประจุให้เต็มอยู่ตลอดเวลาด้วย

                กระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์นี้ UPS ประเภทนี้สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ (+/- 1 เปอร์เซ็นต์) และทำได้อย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้เมื่อเกิดไฟดับ ไฟตกหรือไฟเกินจากค่าที่กำหนด ก็ไม่มีรูปคลื่นไฟฟ้าหายไปเนื่องจากพลังงานไฟฟ้าที่เก็บอยู่ในแบตเตอรี่จะถูกนำไปผ่านวงจร DC/DC Booster เพื่อปรับแรงดันของแบตเตอรี่ให้มีค่าสูงขึ้นก่อน แล้วจึงแปลผันให้เป็นกระแสไฟฟ้าสลับด้วยวงจร DC/AC Inverter

                UPS ประเภทนี้สามารถปกป้องอุปกรณ์จากปัญหาเกี่ยวกับไฟฟ้าได้ทุกกรณี และสัญญาณรบกวนต่างๆ ก็จะถูกกำจัดออกไปอย่างสิ้นเชิง นอกจากนี้ ยังมีการตรวจสอบตัวเอง ซึ่งหากตรวจพบว่ามีวงจรใดชำรุดเสียหาย หรือมีการใช้ไฟฟ้าเกินกำลัง ระบบจะโอนย้ายการจ่ายไฟฟ้าไปยังต้นทางด้วย Automatic Bypass Mode เพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าโดยตรง แต่อย่างไรก็ดี UPS ประเภทนี้ก็จะมีราคาค่อนข้างแพงหากเทียบกับประเภทอื่นๆ

แนวทางการเลือก UPS ที่เหมาะสม

                แม้ว่า UPS จะเป็นอุปกรณ์ที่ช่วยปัองกันความเสียหายอันเนื่องมาจากการใช้ไฟฟ้าของอุปกรณ์ได้ แต่ก็จำเป็นต้องเลือกใช้อย่างเหมาะสมตามการใช้งานของแต่ละคน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วนอกจากความสามารถในการป้องกันไฟกระชาก ไฟตกไฟเกินและมีระบบกรองแรงดันไฟฟ้าที่น่าเชื่อถือแล้ว การเลือก UPS ก็มีหลักเกณฑ์ที่ต้องพิจารณาดังนี้คือ

                1.ความอ่อนไหวและความสำคัญของอุปกรณ์ อย่างเช่นถ้าเป็นเครื่องมือวัดหรืออุปกรณ์การแพทย์ หรือเครื่องเซิร์ฟเวอร์ควรเลือกใช้ UPS ประเภท True Online แต่ถ้าเป็นเครื่องพีซีทั่วไป การเลือกใช้ UPS ประเภท Line Interactive ก็น่าจะเพียงพอแล้ว

                2.คุณภาพของกระแสไฟฟ้า สำหรับการใช้งานในที่ที่กระแสไฟฟ้ามีความไม่แน่นอนหรือมีความแปรปรวนมากๆ  ควรเลือกใช้ UPS ประเภท True Online แต่ถ้าไม่มีปัญหาอะไรก็สามารถใช้งาน UPS ประเภท Line Interactive แทนได้

                3.กำลังไฟฟ้าที่เหมาะสม เนื่องจากกำลังไฟฟ้าที่อุปกรณ์ใช้จะต้องไม่สูงกว่ากำลังไฟฟ้าที่ UPS จ่ายได้ ดังนั้นจึงต้องคำนวณการใช้พลังงานของอุปกรณ์ให้ถูกต้อง โดยใช้สูตร VA = Voltage (RMS) x Current (RMS) หรือ VA = Watt x 1.4 ซึ่งถ้ามีการใช้อุปกรณ์มากกว่า 1 ชนิดหรือใช้งานหลายอุปกรณ์ ก็ให้นำค่า VA ของแต่ละอุปกรณ์มารวมกัน แล้วเลือกใช้ UPS ที่จ่ายไฟได้มากกว่าอย่างน้อย 20 เปอร์เซ็นต์

                4.มีช่องต่อปลั๊กไฟอย่างเพียงพอ โดยเฉพาะช่องต่อที่มีการสำรองไฟฟ้าจากแบตเตอรี่

                5.ระยะเวลาการสำรองไฟฟ้า โดยทั่วไประยะเวลาการสำรองไฟฟ้าของ UPS จะขึ้นอยู่กับกำลังไฟฟ้าที่อุปกรณ์ใช้งานและแบตเตอรี่ ซึ่งถ้าจะให้ดี UPS ควรสำรองไฟได้ 15-30 นาทีเมื่อเกิดไฟดับ

                6.มีซอฟท์แวร์ควบคุมหรือช่วยบริหารจัดการ เพื่อช่วยอำนวยความสะดวกในการใช้งาน ยกตัวอย่างเช่น การบันทึกข้อมูลและปิดเครื่องโดยอัตโนมัติ ก่อนที่แบตเตอรี่จะหมด

                7.มีระยะเวลาการรับประกันที่นานพอ รวมทั้งเปลี่ยนแบตเตอรี่ได้ง่ายและมีราคาไม่แพง

                การเลือกใช้ UPS ที่เหมาะสมสักเครื่อง ถือเป็นการลงทุนที่คุ้มค่า และเป็นสิ่งที่มีความสำคัญซึ่งคุณไม่ควรมองข้าม เพราะมันเป็นสิ่งที่จะทำให้เราใช้งานเครื่องคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่างๆ ได้อย่างมั่นใจ และปลอดภัยกว่า เพราะเราไม่รู้หรอกว่า กระแสฟ้าไฟที่ใช้อยู่นั้นจะสร้างปัญหากับเราเมื่อไร