เลือกขนาด UPS ให้ถูก: VA, Watt, Power Factor และเวลาสำรองไฟจริง

คำถามที่เราเจอจริง

"เราซื้อ UPS 3 kVA ไฟดับแค่ห้านาที เซิร์ฟเวอร์ก็ยังดับ ทำไม" เกือบทุกครั้งคำตอบคือหนึ่งในสามข้อนี้: เลือก UPS จาก VA แทนที่จะดู Watt แบตเก่าและร้อนจนเสื่อม หรือไม่มีใครตั้งค่าให้ปิดเครื่องอัตโนมัติ บทความนี้อธิบายวิธีคิดขนาด UPS แบบที่เราทำหน้างานจริง พร้อมตัวเลข

ทำไมเรื่องนี้สำคัญกว่าในลาว

ไฟตก ไฟกระพริบ และแรงดันขึ้นลงเป็นเรื่องปกติ หน้าฝนหนักกว่า ต่างแขวงหนักกว่านั้นอีก ในหลายพื้นที่เราวัดแรงดันได้ต่ำลงมากในช่วง 17:00–19:00 เมื่อทุกบ้านเปิดแอร์และหุงข้าว UPS ไม่ได้แค่สำรองไฟตอนไฟดับ แต่ปกป้อง power supply และฮาร์ดดิสก์จากแรงดันสูง-ต่ำที่ทำลายอุปกรณ์อย่างเงียบ ๆ ทุกวัน ฤดูฟ้าผ่ายังทำให้เกิดไฟกระชากบนสายที่เดินไกล และหลายไซต์พึ่งเครื่องปั่นไฟที่จ่ายไฟไม่สะอาด

VA กับ Watt

• VA (Volt-Ampere) คือกำลังไฟฟ้าปรากฏ (apparent power)
• W (Watt) คือกำลังไฟฟ้าจริงที่อุปกรณ์ใช้
• Power Factor (PF) = W ÷ VA

W = VA × PF

UPS แบบ online ขนาดเล็กรุ่นปัจจุบันส่วนใหญ่มีค่า PF 0.9 หรือ 1.0 เครื่อง 3,000 VA จึงจ่ายได้ 2,700 W หรือ 3,000 W ส่วน UPS แบบ line-interactive ราคาประหยัดมักมี PF ราว 0.6 หมายความว่า 3,000 VA เท่ากันจ่ายได้แค่ 1,800 W ดูทั้งสองค่าใน datasheet และอย่าให้โหลดเกินค่าใดค่าหนึ่ง เซิร์ฟเวอร์และสวิตช์รุ่นใหม่มี power supply ที่แก้ค่า PF แล้ว เวลาคำนวณจึงถือว่า Watt กับ VA ของอุปกรณ์เกือบเท่ากันได้ ตัวที่จำกัดจริงคือพิกัดของ UPS

UPS สามประเภท

มาตรฐานสากล IEC 62040-3 แบ่ง UPS ตามระดับการปกป้องโหลด:

ถ้าไฟไม่เสถียรหรือใช้เครื่องปั่นไฟ online UPS คือทางที่ปลอดภัยที่สุด แรงดันและความถี่ของเครื่องปั่นไฟมักแกว่งจน UPS แบบอื่นสลับไปมาและกินแบตโดยไม่จำเป็น

งานแบบไหนใช้ UPS แบบไหน

คิดขนาดทีละขั้น

1. ทำรายการอุปกรณ์ทุกตัว ที่จะต่อเข้า UPS จอภาพ เครื่องพิมพ์ และแอร์ไม่ควรต่อ
2. หา Watt ที่ใช้จริง วัดด้วย clamp meter หรือ PDU ที่มีมิเตอร์ หรือใช้ค่า typical ใน datasheet ค่าสูงสุดที่พิมพ์บนป้าย power supply มักสูงกว่าการใช้จริงมาก เซิร์ฟเวอร์ที่มี power supply 750 W สองตัวอาจใช้จริงแค่ 250 W
3. เผื่อ 20–30% สำหรับการขยายและไม่ให้ UPS วิ่งเต็มกำลัง
4. เทียบกับพิกัด Watt ของ UPS แล้วค่อยดูพิกัด VA ทั้งสองค่าต้องสูงกว่าโหลด
5. กำหนดเวลาสำรองที่ต้องการ: พอให้ผ่านไฟดับสั้น ๆ พอให้ปิดเครื่องได้เรียบร้อย หรือพอให้รอเครื่องปั่นไฟ
6. อ่านตาราง runtime ของผู้ผลิต ที่โหลดของคุณ และเพิ่มแบตภายนอกถ้าจำเป็น

ตัวอย่างที่ 1: ห้องเซิร์ฟเวอร์เล็ก

• เผื่อ 25%: 1,260 × 1.25 = 1,575 W
• UPS online 2 kVA ที่ PF 0.9 จ่ายได้ 1,800 W ครอบคลุม 1,575 W และยังเหลือนิดหน่อย ถ้ารู้ว่าจะเพิ่มเซิร์ฟเวอร์อีก ให้เลือก 3 kVA ตั้งแต่ตอนนี้ ถูกกว่าเปลี่ยน UPS ในอีกสองปี
• ที่ 1,260 W แบตภายในของ UPS online 2–3 kVA ทั่วไปอยู่ได้ราว 5 ถึง 15 นาที พอสำหรับไฟดับสั้น ๆ และปิดเครื่องอย่างเรียบร้อย แต่ไม่พอรอไฟดับนาน

ตัวอย่างที่ 2: ตู้เครือข่ายสาขา

เผื่อ 25% ได้ราว 190 W UPS line-interactive 1 kVA ที่พิกัด 600 W จะวิ่งราวหนึ่งในสามของกำลัง ซึ่งเป็นจุดที่เหมาะ เวลาสำรองจากแบต 12 V สองลูกในเครื่องที่โหลดนี้มักอยู่ราวครึ่งชั่วโมง แต่ต้องดูตารางของรุ่นนั้นอีกครั้ง

เวลาสำรอง: คิดอย่างไรไม่ให้หลอกตัวเอง

พลังงานแบตที่ต้องการ (Wh) ≈ โหลด (W) × เวลา (ชั่วโมง) ÷ ประสิทธิภาพ inverter

โหลด 1,260 W สำรอง 30 นาที ประสิทธิภาพ 0.9: 1,260 × 0.5 ÷ 0.9 ≈ 700 Wh ที่ต้องจ่ายออกมาได้จริง

ปัญหาคือแบตตะกั่วกรด (VRLA) จ่ายพลังงานได้น้อยกว่าค่าบนฉลากมากเมื่อคายประจุเร็ว ใน 30 นาทีอาจได้แค่ 50–60% ของค่าที่ระบุแบบ 20 ชั่วโมง การจ่ายได้จริง 700 Wh จึงต้องใช้แบตตามฉลากราว 1,200–1,400 Wh นอกจากนี้แบตยังเสื่อมตามอายุ และปกติจะเปลี่ยนเมื่อความจุเหลือราว 80% ให้คิดเผื่อว่าเวลาสำรองยังพอแม้แบตจะเก่า ตาราง runtime ของผู้ผลิตจึงเป็นตัวเลขที่ควรเชื่อ ไม่ใช่การคำนวณจากฉลาก อยากได้เวลานานต้องเลือกรุ่นที่ต่อแบตภายนอกได้ (long-backup model)

เครื่องมือคำนวณเวลาสำรอง UPS ในเมนู Tools ของเว็บไซต์นี้ช่วยประเมินเบื้องต้นได้ก่อนไปดู datasheet

วางแผนการปิดเครื่อง ไม่ใช่แค่เวลาสำรอง

เวลาสำรองมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อมีระบบที่ใช้มัน ติดตั้งซอฟต์แวร์สั่งปิดเครื่องของผู้ผลิต UPS หรือการ์ด network management แล้วเชื่อมกับ hypervisor และ NAS จากนั้นจับเวลาดู: ปิด virtual machine ทั้งหมด ตามด้วยโฮสต์ แล้ว storage ใช้เวลาเท่าไร ถ้าใช้ 8 นาที ให้ตั้งเริ่มปิดเครื่องตอนที่แบตยังเหลืออย่างน้อย 12–15 นาที ทดสอบปีละครั้งด้วยการตัดเบรกเกอร์ขาเข้าจริงนอกเวลางาน

UPS กับเครื่องปั่นไฟ

UPS ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อสำรองหลายชั่วโมงในราคาที่สมเหตุสมผล ถ้าต้องทำงานต่อเนื่อง: UPS 10–30 นาที + เครื่องปั่นไฟพร้อมสวิตช์สลับอัตโนมัติ (ATS) UPS จะรับช่วง 10–30 วินาทีที่เครื่องปั่นไฟใช้สตาร์ตและรับโหลด

ขนาดเครื่องปั่นไฟขึ้นกับวงจรขาเข้าของ UPS UPS online รุ่นใหม่ที่ใช้ rectifier แบบ IGBT (active) ดึงกระแสสะอาด เครื่องปั่นไฟ ราว 1.25–1.5 เท่า ของ kVA UPS มักพอ รุ่นเก่าที่ใช้ rectifier แบบ thyristor ดึงกระแสที่ผิดรูป ต้องใช้ ราว 2 เท่า อย่าลืมว่าหลังไฟดับ UPS ต้องชาร์จแบตด้วย ซึ่งเพิ่มโหลด ยืนยันอัตราส่วนกับผู้ผลิตทั้งสองฝั่งก่อนสั่ง และปิดโหมด ECO หรือ high-efficiency ของ UPS ที่รับไฟจากเครื่องปั่นไฟ

แบตกับความร้อน

แบต VRLA ออกแบบให้ทำงานที่ราว 25°C ทุก ๆ 8–10°C ที่สูงกว่านั้น อายุแบตจะลดลงราวครึ่งหนึ่ง แบตที่ขายว่า "design life 5 ปี" ในห้องเย็นมักอยู่ได้ 3–4 ปี และ UPS ที่วางในตู้ไฟร้อน 35°C อาจต้องเปลี่ยนแบตทุกสองปี แบต Lithium-ion ทนร้อนกว่าและมักอยู่ได้ 8–10 ปี แต่ราคาเริ่มต้นสูงกว่า ไม่ว่าแบบไหน ให้ตั้ง self-test เป็นประจำและจดผลไว้

รายละเอียดการติดตั้งที่สำคัญที่นี่

• ให้ UPS มีเบรกเกอร์ของตัวเอง ขนาดตามกระแสขาเข้าใน datasheet
• ต่อสายดินให้ถูกต้อง อาคารเก่าหลายแห่งมีสายดินอ่อนหรือไม่มีเลย ทำให้อุปกรณ์กันไฟกระชากไม่ได้ผล
• ตั้งแต่ 3 kVA ขึ้นไป ติดสวิตช์ maintenance bypass ภายนอก เพื่อซ่อม UPS ได้โดยไม่ต้องปิดทั้งแร็ก
• เว้นที่ว่างรอบ UPS ตามคู่มือ พัดลมดูดฝุ่นเข้า ทำความสะอาดฟิลเตอร์ช่วงหน้าแล้ง
• ติดป้ายวันที่ติดตั้งแบตไว้บนตัว UPS

สิ่งที่เราเจอบ่อย

1. ซื้อ UPS ตาม VA โดยไม่ดู Watt
2. โหลดเกิน 80% ตลอดเวลา
3. ไม่ได้ติดตั้งซอฟต์แวร์สั่งปิดเครื่อง หรือติดตั้งแล้วไม่เคยทดสอบ
4. ต่อเครื่องพิมพ์เลเซอร์หรือกาต้มน้ำเข้า UPS กระแสกระชากสูงจน UPS overload
5. UPS วางในห้องร้อนที่ไม่มีแอร์ แบตบวมภายในสองปี
6. ไม่เคยเปลี่ยนแบต UPS ที่วันแรกแสดง 20 นาที ตอนนี้เหลือ 2 นาที

คำแนะนำของเรา

เซิร์ฟเวอร์และอุปกรณ์เครือข่ายหลักใช้ online double-conversion ไม่ต้องคิดมาก สาขาและตู้เครือข่ายที่ไฟไม่แย่มาก line-interactive ที่มี AVR ก็พอ ออกแบบให้โหลดอยู่ระหว่าง 50–75% ของขนาด UPS เชื่อม UPS เข้าระบบ monitoring เพื่อรู้ทันทีเมื่อไฟดับหรือแบตอ่อน และสั่งแบตสำรองล่วงหน้า เพราะการนำเข้าจากไทยบางครั้งใช้เวลาหลายสัปดาห์

ส่งรายการอุปกรณ์ที่จะต่อเข้า UPS (หรือรูปถ่ายป้ายหลังเครื่อง) มาให้เราได้ เราจะคิดโหลดและบอกขนาด UPS พร้อมเวลาสำรองที่ได้จริง