وات و ولت‌آمپر: دو مفهوم سردرگم‌کننده [1]

مقدمه

در این مقاله تفاوت میان وات و ولت‌آمپر (Volt-ampere) را بیان می‌کنیم و توضیح می‌دهیم که در بیان مشخصات تجهیزات حفاظت برق چگونه این دو، به‌شکل درست یا نادرست، به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند. بسیاری فرق این دو یکا (واحد اندازه‌گیری) یعنی وات (W) و ولت‌آمپر (VA) را در برآورد مشخصات UPS نمی‌دانند و همین مسئله آنان را سردرگم می‌کند. بسیاری از سازندگانی که UPS و تجهیزات تامین برق مرکزداده را تامین می‌کنند نیز در تشخیص تفاوت این دو ناتوان هستند و بر این سردرگمی می‌افزایند.

پیشینه

مصرف برق تجهیزات کامپیوتری با وات یا ولت‌آمپر بیان می‌شود. مقدار وات در واقع همان «توان واقعی» مصرف‌شدهٔ تجهیزات است. مقدار ولت‌آمپر را «توان ظاهری» (Apparent Power) می‌نامند که برابر است با حاصل‌ضرب «اختلاف پتانسیل» و «جریان برق مصرفی تجهیزات».

وات و ولت‌آمپر هریک کاربرد و اهداف خودش را دارد. وات بیان‌کنندهٔ میزان برقی است که از نیروگاه خریداری می‌شود و بار حرارتی که تجهیزات تولید می‌کنند. ولت‌آمپر برای برآورد کابل‌کشی و کلید قدرت به‌کار می‌رود.

در بعضی از مصارف مانند لامپ‌های رشته‌ای این دو مقدار یکسان هستند؛ ولی برای تجهیزات کامپیوتری ممکن است آشکارا متفاوت باشند. بدین معنی که مقدار ولت‌آمپر همواره برابر یا بیشتر از مقدار وات است. نسبت وات به ولت‌آمپر را «ضریب توان» (Power Factor) می‌نامند و با عدد (مانند ۰٫۷) یا درصد (مانند ۷۰ درصد) بیان می‌کنند. [مطالعهٔ بیشتر]

مقدار وات (W) و ولت‌آمپر (VA) ممکن است برابر نباشد

تمامی تجهیزات فاوا از جمله کامپیوترها از منبع تغذیهٔ با سوئیچینگ الکترونیکی استفاده می‌کنند. دو نوع اصلی از این منابع تغذیهٔ فاوا عبارت‌اند از «منبع با ضریب توان اصلاح‌شده» (PFC ـ Power Factor Corrected) و «منبع با خازن ورودی» (Capacitor Input Supplie). اغلب نمی‌شود با بررسی تجهیزات تشخیص داد که در آن‌ها از کدام نوع منبع تغذیه استفاده شده است. چنین اطلاعاتی معمولا در مشخصات تجهیزات نیز درج نمی‌شود. در منبع تغذیهٔ نوع PFC که در اواسط دههٔ ۱۹۹۰ رایج شده است، مقدار وات (توان واقعی) و ولت‌آمپر (توان ظاهری) با هم مساوی است (ضریب توان ۰٫۹۹ تا ۱٫۰). در منبع تغذیهٔ نوع خازن ورودی، مقدار وات ۰٫۵۵ تا ۰٫۷۵ برابر مقدار ولت‌آمپر است (ضریب توان ۰٫۵۵ تا ۰٫۷۵).

تجهیزات بزرگ کامپیوتری که پس از ۱۹۹۶ ساخته شده‌اند (همچون روترها، سوئیچ‌ها، تجهیزات ذخیرهٔ اطلاعات، سرورها) همگی از منبع PFC استفاده می‌کنند و ازاین‌رو ضریب توان در این تجهیزات ۱ است.

کامپیوترهای شخصی و هاب‌های (Hub) کوچک و لوازم جانبی آن‌ها معمولا از منبع تغذیهٔ نوع خازن ورودی استفاده می‌کنند. ضریب توان این تجهیزات کمتر از ۱ است (معمولا در حدود ۰٫۶۵). تجهیزات کامپیوتری بزرگ‌تری که پیش از سال ۱۹۹۶ ساخته شده‌اند نیز معمولا از این نوع منبع تغذیه استفاده می‌کنند و ضریب توان کمتر از ۱ دارند.

مقدار برق UPS

سیستم UPS دارای بیشترین مقدار وات و ولت‌آمپر است. هیچ‌یک از این دو مقدار در UPS نباید از دیگری بیشتر شود.

استانداردی کاربردی در صنعت وجود دارد که مطابق آن در سیستم‌های UPS کوچک، توان واقعی (W) تقریبا ۶۰ درصد توان ظاهری (VA) است؛ یعنی با ضریب توان معمول در مصارف کامپیوترهای شخصی برابر است. در بعضی موارد سازندگان UPS تنها دربارهٔ مقدار ولت‌آمپر سیستم اطلاعات ارائه می‌دهند. دربارهٔ UPSهای کوچک که برای کامپیوترهای شخصی طراحی شده‌اند و تنها یک مقدار ولت‌آمپر دارند، از روی دوراندیشی بهتر است توان واقعی را ۶۰ درصد از آن مقدار توان ظاهری بگیریم که خود سازنده می‌گوید.

در UPSهای بزرگ‌تر که بار مصرف آن‌ها بیشتر و کمابیش یکنواخت است، توان ظاهری و واقعی دستگاه فاصلهٔ رقمی کمتری دارند. برای دریافت اطلاعات بیشتر دربارهٔ ضریب توان سیستم‌های بزرگ‌تر و مراکزداده به مقالهٔ «پژوهشی دربارهٔ جریان‌های هارمونیک مرکزداده» [2] مراجعه کنید.

چند نمونه از مشکلات ناشی از برآورد مشخصات

نمونهٔ ۱: UPS معمول را با توان ظاهری ۱٬۰۰۰ ولت‌آمپر در نظر بگیرید. کاربر می‌خواهد یک هیتر ۹۰۰ واتی را با این سیستم تغذیه کند. چنین هیتری به ۹۰۰ وات و ۹۰۰ ولت‌آمپر نیاز دارد که یعنی ضریب توان آن ۱ است. گرچه مقدار ولت‌آمپر هیتر در محدودهٔ ولت‌آمپر UPS قرار دارد، احتمالا سیستم نمی‌تواند از آن پشتیبانی کند. به این دلیل که ۹۰۰ وات نیاز مصرف هیتر از توان واقعی UPS که ۶۰ درصد از ۱٬۰۰۰ ولت‌آمپر باشد (تقریبا ۶۰۰ وات) بیشتر است.

نمونهٔ ۲: یک UPS را در نظر بگیرید که ۱٬۰۰۰ ولت‌آمپری باشد. کاربر می‌خواهد سرور اتوماسیون اداری ۹۰۰ ولت‌آمپری را با این سیستم تغذیه کند. این سرور منبع برق PFC و در نتیجه توان واقعی ۹۰۰ واتی و توان ظاهری ۹۰۰ ولت‌آمپری دارد. در اینجا گرچه توان ظاهری مصرف نیز ۹۰۰ ولت‌آمپر است و در محدودهٔ توان ظاهری UPS قرار دارد، سیستم نمی‌تواند از آن پشتیبانی کند. به این دلیل که توان واقعی ۹۰۰ وات این مصرف از توان واقعی UPS که ۶۰ درصد از ۱٬۰۰۰ ولت‌آمپر باشد (یا ۶۰۰ وات) بیشتر است.

اجتناب از خطای برآورد

از آنجا که مقدار توان مصرف بر اساس مشخصات تجهیزات تعیین می‌شود، می‌توان با استفاده از ابزار انتخاب UPS اشنایدر الکتریک از چنین مشکلاتی دوری کرد. همچنین با این ابزار می‌توان اطمینان یافت که مقدار توان واقعی (وات) یا توان ظاهری (ولت‌آمپر) هیچ‌کدام از دیگری بیشتر نخواهد شد.

مقادیری که بر روی برچسب تجهیزات درج می‌شوند معمولا به ولت‌آمپر هستند و همین مسئله دانستن مقدار وات را مشکل می‌سازد. گرچه شما می‌توانید با برآوردهایی که از اطلاعات روی این برچسب‌ها به دست می‌آورید، کاربری سیستم را چنان‌که درست و مطابق مقدار ولت‌آمپر به‌نظر برسد پیکربندی کنید؛ اما ممکن است بعدا بیش از مقدار توان واقعی UPS از کار درآید.

اگر توان ظاهری بار (Load) را کمتر از ۶۰ درصد از ولت‌آمپر UPS نگه دارید، توان واقعی آن از UPS بیشتر نمی‌شود و جای نگرانی نخواهد بود. بدین ترتیب به‌جز در هنگامی که دربارهٔ اندازهٔ مصرف به‌خوبی اطمینان دارید، مطمئن‌ترین کار آن است که مجموع مقادیر توان همگی تجهیزات را (که بر روی برچسب‌ها درج شده) کمتر از ۶۰ درصد توان ظاهری UPS نگه دارید.

توجه داشته باشید که اگر برآورد را با چنین روش محتاطانه‌ای انجام بدهید، معمولا سیستم UPS شما می‌باید توان بیشتر از نیاز داشته باشد و زمان پشتیبانی (UPS Run Time) نیز طولانی‌تر از آنچه انتظار دارید خواهد بود. هرگاه به بهینه‌سازی سیستم و زمان پشتیبانی دقیق نیاز داشتید، بهتر است از ابزار انتخاب UPS اشنایدر الکتریک استفاده کنید.

نتیجه‌گیری

در بیشتر مواقع نمی‌توان با اطلاعات میزان مصرف برق که بر روی تجهیزات کامپیوتری ارائه می‌شود، برآورد سرراستی از مشخصات UPS به‌دست آورد. چنین برآوردی در بسیاری از سیستم‌ها ممکن است درست به‌نظر بیاید، ولی در عمل UPS را به اضافه‌بار دچار می‌کند. اگر مقدار برآورد UPS را از مقدار توان ارائه‌شده بر روی برچسب تجهیزات اندکی بیشتر بگیرید، می‌توانید مطمئن باشید که سیستم عملکرد مناسب را خواهد داشت. برآورد با چنین روشی مزایای دیگری نیز دارد. برای نمونه اینکه زمان پشتیبانی UPS افزایش می‌یابد.

پانویس

[1] این مطلب بخشی از کتاب «آئین‌نامهٔ مهندسی مرکزداده» و ترجمهٔ فارسی مقالهٔ زیر است:

APC White Paper 15: “Watts and Volt-Amps: Powerful Confusion” (Revision 1)

نویسنده نیل راسموسن (Neil Rasmussen) [آشنایی با نویسنده و مطالعهٔ مقالات فارسی او]، مترجم نازلی مجیدی، بازنویسی و ویراستاری پرهام غدیری‌پور، به‌کوشش دکتر بابک نیکفام، تهیه‌شده در باشگاه مراکزداده

[2] این مقالهٔ فارسی را باشگاه مراکزداده از یکی‌کردن دو مقالهٔ انگلیسی زیر تهیه شده است:

– APC White Paper 26: “Hazards of Harmonics and Neutral Overloads” (Revision 1)

– APC White Paper 38: “Harmonic Currents in the Data Center: A Case Study” (Revision 1)