BAB III PRINSIP KERJA UPS dan PERMASALAHANNYA
3.1 Sejarah UPS UPS merupakan singkatan dari Uninterruptable Power Sistem atau sering juga disebut dengan Uninterruptable Power Supply, jika diterjemahkan ke dalam bahasa Indonesia akan berarti Sistem Daya Kebal Gangguan. Sesuai dengan namanya UPS (sistem daya kebal gangguan) dapat mengurangi gangguan-gangguan kelistrikan serta dapat memberikan daya listrik sementara pada saat listrik utama/PLN padam. UPS berfungsi sebagai buffer antara power suplai dengan peralatan elektronik yang kita gunakan seperti komputer, printer, monitor, modem, dan sebagainya. Bila ada gangguan, atau dengan kata lain suplai daya terputus, maka UPS akan segera bekerja dalam waktu sesingkat mungkin sehingga peralatan elektronik yang kita miliki tidak mengalami kerusakan. Dalam hal ini UPS berfungsi sebagai suplai daya baru (backup dari suplai daya utama).
3.2 Gangguan Listrik dan Penanggulangannya
3.2.1 Gangguan Listrik Banyak diantara kita tidak menyadari apa akibat dari gangguan listrik untuk komputer, jaringan network , peralatan telekomunikasi, atau peralatan lainnya. Sering kita menganggap bahwa gangguan listrik tersebut hanyalah padamnya aliran listrik
19
saja, tanpa mengetahui adanya gangguan listrik lainnya yang sering menyebabkan PC hang, kehilangan data, atau kerusakan pada software dan hardware tersebut. Menurut penelitian, 80% permasalahan pada komputer atau perangkat lainnya disebabkan oleh ketidak teraturan listrik. Listrik yang tersedia pada umumnya bukan listrik yang bersih dan aman untuk peralatan komputer karena elemen dalam peralatan itu sangat sensitif terhadap kondisi listrik. Anda dapat mengetahui apa permasalahan dan akibat dari adanya gangguan listrik untuk peralatan elektronik dibawah ini :
a. Blackouts Gambar 1. Blackouts Total hilangnya listrik AC untuk 1 cicle atau lebih lama biasa hilang lebih dari 20 milidetik. Akibatnya : Kerusakan pada perangkat keras dan lunak, kehilangan data dan ada kerusakan pada sebagian isi file anda.
b. Fluctuations
Gambar 2.Fluctuations
20
Tegangan naik lebih dari 220V atau tegangan turun dari 220V. Hal ini sering terjadi di daerah – daerah yang aliran listriknya tidak stabil yang di akibatkan suplai listrik terganggu. Akibatnya : Kerusakan pada drives, penyimpanan data, komputer hang.
c. Line noise
Gambar.3 Line noise Gangguan noise pada jaringan listrik. Hal ini sering terjadi pada gardu-gardu yang tersebar diseluruh kota dan desa. Akibatnya : Merusak logic circuit, data file, juga merusak ketepatan hasil cetak dan ketepatan pengukuran suatu proses. d. Sags
Gambar 4 .Sags
Penurunan tegangan listrik lebih dari separuh nominal tegangan selama beberapa detik. Penurunan dimaksud adalah hilangnya Akibatnya : Menyebabkan kerusakan atau hang pada workstation dan servers, interpretasi data yang salah dan kerusakan harddisk.
21
e. Surges
Gambar 5. Surges Biasanya disebabkan oleh perubahan beban yang cukup besar pada jaringan listrik. Akibatnya : Menyebabkan keausan komponen listrik, kerusakan peralatan dan kesalahan penulisan pada hard disk.
f. Spike / lightning Gambar 6.Spike
Tegangan kejut yang tinggi biasanya disebabkan induksi dari sumber listrik / tegangan yang sangat tinggi > 200KV seperti petir misalnya. Akibatnya : Menyebabkan keausan komponen elektronik, kerusakan dan kesalahan penulisan data pada hard disk. Selain dari gangguan-gangguan listrik diatas, gangguan terhadap sumber listrik lainnya dapat berasal dari : 1. Internal Yang dimaksud dengan gangguan internal dari sumber listrik adalah gangguan listrik yang diakibatkan oleh sumber listrik itu sendiri. Seperti
22
kita ketahui sumber listrik utama PLN yang kita gunakan sebelumnya melalui sebuah proses yang panjang mulai dari Pembangkit Listrik, Transmisi tegangan tinggi, Gardu Induk, Gardu Distribusi hingga baru ke rumah atau kantor. Selama proses pengiriman energi listrik dari pembangkit hingga ke konsumen tidak selamanya baik, bahkan sering terjadi gangguan seperti terjadinya perubahan tegangan, frekwensi dan lain sebagainya. 2. External Gangguan listrik secara external adalah gangguan terhadap energi listrik yang disebabkan oleh penggunaan peralatan listrik yang lain misalnya di dalam sebuah gedung gangguan listrik dapat timbul karena hidup/mati atau saat starting dan mematikan AC, lift atau alat werder, motor listrik, atau peralatan lain yang dalam waktu yang sangat pendek (sesaat) menarik arus listrik yang besar, atau tiba – tiba pembebanan terhadap sumber listrik dari besar ke beban yang jauh lebih kecil. Hal ini akan menimbulkan gangguan berupa terjadinya perubahan bentuk gelombang, besarnya tegangan. 3.2.2
Pencegah kerusakan dalam sistem Sering terjadi suplai daya PLN terputus secara tiba-tiba atau kualitas suplai
daya tidak normal akibat tegangan lebih, tegangan kurang dan tegangan kedip yang disebabkan karena gangguan petir dsb. Alangkah ruginya kita, apabila data-data
23
berharga hasil pekerjaan yang telah kita kerjakan di komputer hilang akibat suplai daya ke komputer tiba-tiba putus. UPS bertindak untuk mencegah hal tersebut terjadi. Apabila telah terjadi kerusakan pada alat elektronik akibat terputusnya supply daya atau data-data yang kita miliki hilang, maka UPS tidak dapat mengatasinya. UPS hanya bertanggung jawab agar peralatan elektronik tersebut tidak rusak atau sebelum data hilang. 3.2.3 Penyebab utama menurunnya kualitas suplai daya Menurunnya
kualitas
suplai
daya
sangat
berpengaruh
terhadap
kelangsungan hidup peralatan elektronik yang disuplainya. Beberapa hal utama yang menyebabkan menurunnya kualitas suplai daya : 1. Tegangan lebih (Surges) impuls akibat petir. Tegangan lebih akibat petir biasanya terjadi dalam waktu beberapa mikro detik. Tegangan lebih ini biasanya dapat merusak perangkat keras (hardware) dari peralatan elektronik yang dikenainya seperti microchips, harddisk, monitor dsb. 2. Tegangan lebih akibat switch. Biasanya terjadi akibat mesin listrik yang diputus dari suplai. Bila kejadian ini berlangsung lama dapat mengakibatkan kerusakan pada perangkat keras.
24
3. Tegangan kedip sesaat akibat peralatan listrik berdaya besar baru dinyalakan. Tegangan kedip ini dapat menyebabkan komputer hang, salah pembacaan pada harddisk atau kerusakan fisik pada harddisk tersebut. 4. Tegangan kurang, akibat PLN tidak mampu melayani beban puncak. Hal ini mengakibatkan peralatan kita dicatu dengan tegangan lebih rendah dari ratingnya. Hal ini sangat berbahaya bagi peralatan kita sangat sensitif terhadap perubahan tegangan.
3.3 Komponen Utama UPS Komponen utama dari sebuah UPS adalah : •
Baterei Jenis baterei yang digunakan adalah jenis lead-acid (tegangan nominal 2,0 V per sel) dan jenis nikel-cadmium (tegangan nominal 1,2 V per sel). Baterei ini mampu menjadi sumber tegangan cadangan selama 15-30 menit.
•
Rectifier (penyearah) Berfungsi untuk mengubah arus AC menjadi arus DC dari suplai daya untuk mengisi baterei.
25
Gambar rectifier •
Inverter Berfungsi untuk mengubah arus DC dari bateri menjadi arus AC ke peralatan yang dilindungi oleh UPS.
Gambar inverter
26
3.3.1 Macam UPS berdasarkan cara kerjanya : 1. On-Line UPS Dimana listrik PLN yang bentuknya arus bolak-balik (AC) dirubah menjadi arus searah (DC), Arus DC ini digunakan untuk mengisi baterei (jika belum penuh) dan disalurkan ke inverter (converter DC ke AC). Arus AC dari inverter inilah yang digunakan untuk mensuplai komputer + monitor dan sebagainya, secara terus menerus selama UPS beroperasi. Karena mengalami dua kali proses konversi (AC ke DC kemudian DC ke AC) UPS ini memiliki efisiensi yang paling rendah. Namun keuntungannya suplai listrik sama sekali tidak terputus pada waktu listrik padam, tidak seperti offline dan line interactive yang memiliki transfer time, waktu yang diperlukan UPS untuk merespon padamnya listrik dan mengalihkan outputnya ke inverter. Transfer time yang terlalu besar akan menyebabkan komputer restart.
(Rectifier)
27
Rancangan Dasar Kerja UPS
input
2
Batterei
komputer
Listrik PLN (arus AC) masuk kedalam UPS melewati rectifier, rectifier mengubah arus AC menjadi DC dan masuk ke batterei untuk mengisi cadangan daya. Arus DC pada batterei menuju ke inverter dan inverter mengkonversi arus tersebut menjadi arus AC dan dikirimkan ke peralatan computer.
28
Pada saat listrik PLN mati, switch otomatis langsung terhubung ke batterei dengan transfer waktu 0 detik.
Keuntungan dari UPS ini adalah gangguan yg ada di PLN disaring dengan baik, sehingga terbebas dari gangguan. Selain itu tidak ada perpindahan waktu antara PLN padam ke sistim battere (nol detik). 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 baterei ke inverter yang kemudian diubah menjadi AC. Jika pada aplikasi perangkat Audio UPS di Switch pada mode Stand By maka tidak akan ada manfaat apapun yang bisa diperoleh dari penggunaan UPS, karena beban tetap terhubung langsung ke PLN, sehingga kualitas listrik yang diterima oleh beban adalah tetap kualitas tegangan listrik PLN tanpa stabilisasi, filtrasi, dan lain sebagainya. Manfaat dari penggunaan UPS baru dapat dirasakan kalau UPS dioperasikan pada mode On-line, karena mode ini proses stabilisasi baru
29
terjadi. Namun ketika perangkat Audio mengkonsumsi listrik dari UPS yang sedang dalam Mode Stand By maka ada beberapa masalah yang timbul yaitu :
1. Penggunaan gelombang persegi sebagai gelombang penggerak. Umumnya UPS menggunakan gelombang persegi dan variannya sebagai gelombang penggerak. Setidaknya ada dua jenis gelombang yang umumnya digunakan oleh pembuat UPS yaitu : a. Gelombang Persegi / Square Wave / Step Ware
atau b. Modified Sine Wave / Sinusoidal
30
Pada dasarnya Modified Sine Wave adalah juga merupakan turunan dari gelombang persegi. Alasan utama digunakannya gelombang persegi sebagai gelombang penggerak pada UPS adalah agar dapat dilakukan proses switching pada proses konversi dari DC ke AC. Penggunaan metoda switching terutama bertujuan agar dapat diperoleh efisiensi yang tinggi dari rangkaian DC to AC converter pada UPS. Gelombang persegi sesungguhnya terdiri dari sebuah gelombang sinus dengan sebuah frekuensi atau disebut pula frekuensi fundamental ditambah dengan sekian banyak gelombang sinus lainnya yang berfrekuensi lebih tinggi sebagai harmoninya. Bagi peralatan Audio masalah akan timbul karena harmoni harmoni dari gelombang persegi tersebut akan dapat mengotori tegangan catu daya yagn ada di peralatan audio untuk kemudian membuat peralatan audio menampilkan suara yang berdesah dan juga kasar, dimana Audiophile sering menyebut karakter ini dengan sebutan grainy, harsh, dan sebagainya. 2. Frekuensi keluaran yang tidak bias di adjust UPS hanya mampu mengeluarkan frekuensi output 50 Hz atau 60 Hz saja, sehingga kemungkinan untuk mengubah ubah frekuensi keluaran sesuai dengan yang diinginkan oleh Audiophile tidak dimungkinkan.
31
Begitu pula dengan tujuan meningkatkan efisiensi dari rangkaian catu daya dan trafo untuk meningkatkan efisiensi dari rangkaian catu daya dan trafo dari perangkat Audio.
3. Bunyi bising dari Cooling Fan UPS menggunakan cooling fan sebagai alat untuk mendinginkan output transistornya sehingga menimbulkan sura bising ketika UPS beroperasi. Para pembuat UPS lebih memilih menggunakan cooling fan ketimbang heat sink sebagai alat pendingin dikarenakan penggunaan cooling fan lebih menghemat tempat daripada heat sink, namun untuk aplikasi perangkat audio bunyi bising dari cooling fan sangat mengganggu kenikmatan mendengar musik, terutama kalau UPS tersebut ditempatkan dalam ruang khusus untuk mendengar musik. 2. Off-Line UPS Dimana bila ada PLN maka PLN di teruskan ke beban, dengan dilewatkan saringan & stabilizer. Bila PLN padam, maka switch akan segera pindah dan inverter bekerja memberikan listrik ke beban/perangkat (ada waktu pindah 3 s/d 4 mili detik = 0,004 detik).
32
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 baterei menuju inverter.
Untuk tipe offline UPS pada saat listrik PLN tersedia listrik akan disalurkan melalui trafo sebelum dikeluarkan ke output. Trafo ini sendiri memiliki efisiensi. Trafo standar memiliki efisiensi 80-90%, trafo berbentuk toroid efisiensinya lebih tinggi yaitu diatas 90%. Jadi daya yang diambil oleh UPS memang lebih besar dari daya yang dikeluarkannya, selain karena UPS memerlukan daya untuk menghidupkan rangkaian di dalamnya, juga karena ada efisiensi trafo. 3.3.2 Bagian Umum Pada UPS
33
Pada UPS baik line interaktif maupun on line terdapat beberapa blok atau komponen dasar seperti dibawah ini :
• Filter Yang dimaksud dengan filter disini adalah blok atau bagian yang berfungsi untuk mengeliminir gangguan kelistrikan. Untuk jenis UPS line interaktif filter ini disebut dengan Automatic Voltage Stabilizer yang system proteksi terhadap gangguan listriknya terbatas. Sedangkan pada UPS jenis Online atau continous filter ini biasanya disebut dengan EMI/RFI.
• Power supply dan charger Bagian ini berfungsi untuk merubah tegangan AC yang berasal dari PLN atau generator menjadi tegangan searah DC. Tegangan DC ini digunakan untuk menggerakkan
komponen
Aktif
agar
dapat
bekerja
sesuai
dengan
yang
diinginkan,selain itu sebagian dari tegangan tersebut digunakan untuk mengisi (Charge) Battery.
• Battery
34
Fungsi utama dari battery pada UPS adalah sebagai media penyimpan energi listrik yang akan digunakan apabila sumber listrik utama/PLN padam.Energi listrik yang disimpan pada battery akan digunakan oleh Iventer untuk kemudian oleh Inverter dirubah menjadi listrik AC.
• Inverter Fungsi dari Inverter adalah merubah tegangan DC yang berasal dari battery menjadi tegangan AC yang akan digunakan oleh beban seperti komputer dan lain sebagainya
• Transfer Switch Sesuai dengan namanya Transfer Switch berfungsi untuk menghubungkan beban ke output INVERTER atau menghubungkan langsung beban ke sumber listrik/bypass proses ini hanya terjadi pada UPS ONLINE. Sedangkan pada UPS line interaktif transfer switch akan menghubungkan beban ke output inverter apabila sumber listrik utama padam
35
