Perawatan UPS APC : Management, Maintenance, dan Lifecycle

Fungsi dari UPS

UPS adalah perangkat keras (hardware) yang berfungsi sebagai media penyimpanan dan penyuplai daya aliran listrik. Secara sederhana, cara kerja dari UPS adalah dengan menyimpan daya yang masuk (input dari sumber listrik utama, misalnya PLN) sebagai cadangan daya di dalam battery dan secara otomatis akan mengalirkan daya cadangan tersebut ke perangkat yang terhubung ketika aliran listrik input terputus atau mati mendadak. Dengan penerapan penggunaan UPS, perangkat elektronik yang terhubung tidak akan mengalami mati mendadak akibat terjadinya berbagai gangguan kelistrikan.

UPS memiliki fungsi sangat penting bagi pengguna rumahan, termasuk untuk perusahaan hingga industri, terutama perangkat UPS telah menjadi salah satu bagian paling penting dalam membangun fasilitas Data Center. Fungsi pertama UPS adalah Backup, yaitu kemampuan untuk menjadi sumber listrik cadangan ketika terjadi kegagalan distribusi input dari sumber daya listrik utama (PLN). Dengan penerapan installasi UPS yang tepat, ia akan mampu memberikan kesempatan dan waktu yang cukup bagi pengguna untuk dapat segera menghidupkan genset sebagai pengganti sumber listrik utama.

Fungsi kedua UPS adalah Protection atau Perlindungan, dimana perangkat UPS memiliki kemampuan untuk mengatasi masalah kelistrikan lainnya seperti undervoltage, overvoltage, current fluctuative, distorsi harmonisa, electrical line noise, dan sebagainya, dimana fungsi ini akan sangat bermanfaat untuk melindungi dan bahkan memperpanjang masa guna (lifecycle) dari perangkat elektronik yang terhubung.

Fungsi ketiga adalah Safety atau Keamanan, dimana pada saat terjadinya kegagalan atau masalah dari sumber listrik utama, perangkat UPS yang beroperasional dengan normal akan memberikan waktu bagi pengguna perangkat IT untuk dapat segera melakukan backup data dan mengamankan sistem operasi dengan cara melakukan shutdown perangkat secara tepat dan benar. Fungsi ini sangat berguna untuk mengamankan sistem komputer dari gangguan kelistrikan yang tentunya dapat berdampak pada kerusakan software dan bahkan hingga kerusakan pada hardware.

Preventive Maintenance UPS

Untuk menjaga UPS Anda dapat beroperasi pada tingkat efisiensi maksimum, preventive maintenance (perawatan pencegahan) sederhana harus dilakukan secara teratur. Di masa lalu, sulit untuk menguji dan memonitor UPS. Namun, desain baru memberi kesederhanaan untuk pengguna, dengan cara yang lebih canggih untuk memonitor UPS mereka. Model UPS saat ini, misalnya, dirancang untuk memberikan update status secara otomatis dan teratur.

Meskipun terdapat penyertaan software self-monitoring dan fitur auto-notification pada banyak model UPS terbaru, inspeksi yang tepat waktu masih diperlukan untuk memastikan UPS beroperasi dengan benar. Perawatan yang tepat dan rutin akan membantu menghindari downtime yang tidak perlu, terutama menghemat waktu dan uang Anda.

Penjadwalan dan pelaksanaan preventive maintenance sangat penting untuk mendapatkan performa maksimal dari sistem UPS. Namun, melakukan inspeksi saja tidak cukup. Simpan catatan tentang jenis perawatan yang dilakukan dan kondisi perangkat. Menyimpan catatan rinci tentang pemeliharaan yang dilakukan dan area degradasi (misalnya, waktu kerja baterai yang berkurang, dll) akan membantu pengguna dalam memprediksi kemungkinan masalah serta mempermudah kerja tim support jika masalah memang terjadi di masa mendatang.

Komponen UPS yang perlu diperhatikan

Mengingat dari pentingnya peralatan dan informasi yang UPS di desain untuk melindunginya, biasanya UPS cenderung dapat diandalkan dan tahan lama. Namun, masih ada kemungkinan bahwa UPS, terutama yang sudah tua, dapat mengalami kegagalan fungsi secara mekanis atau elektronik. Berikut ini adalah penyebab paling umum dari UPS yang mengalami masalah:

• Baterai
• Kipas
• Kapasitor Elektrolit
• Metal Oxide Varistors (MOVs)
• Relay

1. Baterai

Tidak ada baterai yang bisa digunakan selamanya, demikian pula baterai UPS. Namun, masa guna baterai dapat dimaksimalkan dengan mengoperasikan UPS dalam kondisi yang direkomendasikan. Untuk membantu pengguna memantau UPS mereka, unit yang lebih baru telah dilengkapi fitur peringatan pada saat baterai mendekati akhir masa pakainya melalui:

• • Prediksi tanggal penggantian baterai
  • Charging dengan kompensasi-suhu (temperatured-compensated)
  • Self-tests otomatis

Jenis baterai yang paling umum digunakan UPS adalah baterai Valve-Regulated Lead-Acid (VRLA). Perkiraan masa guna baterai ini biasanya 3 – 5 tahun dalam kondisi yang direkomendasikan pabrikan; namun, angka harapan hidup ini akan sangat berfluktuasi tergantung pada 5 faktor: penempatan, suhu sekitar, siklus, pemeliharaan, bahan kimia pada baterai, dan penyimpanan baterai. Bersikap proaktif dan memahami karakteristik serta kondisi ini akan membantu memaksimalkan umur UPS dan kesiapan dalam menghadapi kegagalan daya yang akan terjadi.

PENEMPATAN – Saat memasang UPS, pengguna harus menentukan lokasi terbaik di dalam ruangan. Direkomendasikan agar UPS dipasang di lingkungan dengan temperatur terkontrol. UPS tidak boleh ditempatkan di dekat jendela terbuka atau area yang sangat lembap, dan lingkungan harus bebas dari debu yang berlebihan serta asap yang korosif. Jangan mengoperasikan UPS dimana suhu dan kelembapan diluar batas yang ditentukan. Bukaan ventilasi di bagian depan, samping, atau belakang unit tidak boleh terhalang.

SUHU LINGKUNGAN – Semua baterai memiliki tingkat kapasitas yang ditentukan berdasarkan kondisi tertentu. Kapasitas baterai UPS yang terukur didasarkan pada suhu sekitar 25° C (77° F). Mengoperasikan UPS dalam kondisi ini akan memaksimalkan masa pakai battery dan menghasilkan kinerja yang optimal. Meskipun UPS terus beroperasi dalam suhu yang berbeda-beda, penting untuk diperhatikan bahwa hal ini kemungkinan besar akan mengakibatkan penurunan kinerja dan masa guna baterai Anda seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Aturan umum yang harus diingat adalah: untuk kira-kira setiap 10° C ( 18° F) di atas suhu ambien 25° C (77° F), umur baterai akan berkurang 50 persen. Oleh karena itu, menjaga UPS pada suhu yang nyaman sangat penting untuk memaksimalkan masa pakai dan kemampuan UPS.

SIKLUS – Ketika listrik mati, UPS akan secara otomatis beralih ke daya baterai untuk menyediakan energi bagi peralatan (beban) yang terpasang. Setelah aliran listrik pulih, baterai UPS akan secara otomatis mengisi ulang untuk mempersiapkan diri menghadapi pemadaman listrik berikutnya; suatu proses yang dikenal sebagai siklus pelepasan (discharge cycle). Sifat kimiawi baterai VRLA, seperti yang digunakan dalam UPS, menyatakan bahwa baterai hanya dapat menjalani sekian siklus pengosongan / pengisian ulang sebelum mencapai akhir masa pakainya, dan harus diganti.

Saat pemasangan, baterai berada pada 100 persen dari kapasitas pengenalnya; namun setiap pengosongan dan pengisian ulang berikutnya akan sedikit menurunkan kapasitas relatif baterai. Panjang siklus pengosongan akan menentukan seberapa banyak kapasitas baterai berkurang seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Meskipun siklus adalah bagian penting dari operasi UPS, kesadaran terhadap frekuensi siklus akan membantu Anda melihat siklus yang tidak normal / terlalu sering dan memprediksi masa pakai dari UPS. Banyak model UPS juga dapat disesuaikan, memungkinkan pengguna untuk mengatur kepekaan terhadap penurunan tegangan dan transien lainnya untuk mengurangi ‘gangguan trip’ yang bisa menghabiskan kapasitas baterai secara tidak perlu.

Tabel 1 – Kapasitas vs Jumlah Siklus

PEMELIHARAAN – Sebagian besar baterai UPS diklasifikasikan sebagai “bebas perawatan” yang menyebabkan banyak pengguna salah berasumsi bahwa memantau dan memelihara baterai UPS itu sudah tidak diperlukan. Baterai bebas perawatan hanya mengacu pada fakta bahwa baterai ini tidak memerlukan cairan pengganti, oleh karena itu memahami cara merawat dan memantau baterai dengan benar sangatlah penting.

Inspeksi perawatan secara berkala harus dilakukan untuk menilai kesehatan baterai UPS. Baterai harus diperiksa secara visual untuk: kebersihan, kebocoran, dan pembengkakan yang berlebihan. Debu atau kotoran yang ditemukan selama inspeksi harus dihilangkan untuk menghindari korsleting atau gangguan grounding. Jika baterai ditemukan mengalami pembengkakan atau kebocoran yang berlebihan, baterai harus segera diganti dan dibuang dengan benar.

BAHAN KIMIA BATERAI – Sifat kimiawi baterai timbal-asam (lead-acid) yang digunakan di UPS menentukan kemampuan baterai untuk menyimpan dan mengirimkan daya. Kemampuan ini pasti akan menurun seiring berjalannya waktu. Sekalipun semua pedoman perawatan telah diikuti, baterai tetap memiliki masa pakai yang terbatas, dan pada akhirnya perlu diganti.

Baterai VRLA ditentukan untuk memerlukan penggantian ketika telah mencapai akhir masa pakainya, yang didefinisikan oleh Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), yaitu: ketika baterai tidak dapat lagi memasok 80% dari kapasitas pengenalnya. Hilangnya kapasitas ini mencerminkan kerusakan komponen baterai internal. Ketika baterai mencapai titik ini, proses degradasi berjalan semakin cepat, dan diperlukan baterai pengganti. Sekalipun baterai UPS mampu memberikan waktu kerja yang memadai, penggantian harus dilakukan. Komponen baterai internal yang rusak meningkatkan kemungkinan terjadinya downtime yang tidak direncanakan dan kebocoran baterai.

PENYIMPANAN BATERAI – Pemilik UPS yang proaktif dapat mencari atau membeli baterai pengganti sebelum diperlukan untuk menghindari konsekuensi potensial dari downtime. Meskipun ini adalah praktik yang dapat diterima dan bahkan direkomendasikan, ada beberapa faktor penting yang perlu dipertimbangkan saat menyimpan baterai UPS Anda.

Tak pelak, baterai yang tidak terpakai akan mengalami penurunan siklus hidup. Baterai timbal-asam seperti yang digunakan pada unit UPS mengalami proses self-discharge otomatis, oleh karena itu disarankan agar baterai dalam penyimpanan dapat selalu diisi setiap 6 bulan. Terlepas dari frekuensi pengisian ulang baterai, waktu penyimpanan kumulatif tidak boleh lebih dari satu tahun. Kegagalan mengikuti rekomendasi ini akan mengakibatkan hilangnya kapasitas secara permanen dalam waktu 18 hingga 30 bulan.

2. Kipas

Seperti yang telah dibahas di bagian sebelumnya, suhu dapat berdampak signifikan pada harapan hidup komponen UPS. Untuk mengurangi efek panas, sebagian besar UPS dilengkapi dengan kipas untuk membantu mendinginkan unit, dan menjaga suhu lingkungan dalam kisaran suhu yang disarankan. Dalam kondisi yang direkomendasikan, kipas dalam unit UPS memiliki harapan hidup hingga 10 tahun. Harapan hidup kipas sangat tergantung pada lingkungan tempat UPS ditempatkan. Pada UPS biasa, kipas akan menyala atau bertambah cepat dalam keadaan berikut:

• Listrik utilitas tidak tersedia, dan UPS terpaksa menggunakan baterai
• Suhu di dalam unit melebihi level yang telah ditentukan – biasanya ~ 38° C (100° F)
• Beban yang dipasang pada unit melebihi ambang batas yang telah ditentukan – biasanya antara 70% dan 80% dari kapasitas operasi

Satu-satunya cara untuk memperpanjang umur kipas di UPS adalah dengan membatasi skenario saat dipaksa untuk beroperasi. Oleh karena itu, menjaga suhu lingkungan dalam kisaran yang ditentukan, memantau UPS untuk siklus yang tidak biasa atau sering terjadi, dan memilih UPS dengan ukuran yang tepat (yang dapat menopang beban terpasang dengan nyaman) akan bisa memaksimalkan masa guna kipas.

3. Kapasitor Elektrolit

Kapasitor elektrolit berfungsi untuk menghaluskan dan menyaring fluktuasi tegangan. Dalam kondisi normal, harapan hidup komponen ini bisa hingga 10 tahun. Mirip dengan baterai, faktor terbesar yang mempengaruhi proyeksi masa pakai kapasitor elektrolitik adalah suhu dan kelembapan. Aturan umumnya adalah: untuk setiap penurunan suhu 10° C (18° F), masa pakai kapasitor menjadi dua kali lipat, yang dikenal sebagai Hukum Aktivitas Kimia Arrhenius.

Seperti halnya baterai timbal-asam dalam UPS, memantau suhu lingkungan, dan memastikannya tetap dalam kisaran suhu lingkungan yang ditentukan, akan sangat membantu meningkatkan harapan hidup kapasitor elektrolitik.

4. Metal Oxide Varistors (MOVs)

Umur MOV jauh lebih sulit untuk diprediksi daripada komponen yang disebutkan sebelumnya. Alasan utamanya adalah bahwa MOV biasanya tidak berfungsi setelah terkena lonjakan tegangan yang sering dan atau ekstrim.

UPS dirancang untuk memberikan perlindungan lonjakan ke semua peralatan yang terhubung. UPS menyelesaikan ini dengan memanfaatkan MOV untuk menyerap tegangan berlebih. Kadang-kadang tegangan transien mungkin terlalu parah untuk bisa diatur oleh MOV, dan MOV dihancurkan. Meskipun ada sedikit hal yang dapat dilakukan pengguna untuk mencegah efek lonjakan voltase ekstrem, menyadari skenario yang dapat menyebabkan kegagalan MOV akan membantu pengguna bersiap, dan mengidentifikasi masalah jika memang terjadi.

5. Relay

Mirip dengan MOV, harapan hidup relay dalam UPS sulit untuk diprediksi. Relay adalah sakelar yang dioperasikan secara elektrik yang memungkinkan UPS untuk beroperasi dan beralih antara baterai on dan off. Dalam keadaan normal, sepertinya UPS tidak akan melakukan siklus cukup lama yang menyebabkan kegagalan relay, namun pengaturan firmware yang salah atau tidak berfungsi dapat menyebabkan penggunaan relay yang berlebihan, hingga akhirnya rusak.

Siklus tinggi yang tidak biasa dapat menunjukkan bahwa UPS tidak beroperasi dengan benar. Relay, serta baterai mungkin akan rusak. Memiliki kesadaran untuk memperhatikan ketika masalah ini terjadi memungkinkan pengguna untuk proaktif, dan menyesuaikan pengaturan firmware untuk mencegah kerusakan substansial sebelum terjadi.

Tabel 2 merangkum harapan hidup dan faktor-faktor yang mempengaruhi umur lima komponen yang dibahas di atas.

Tabel 2 – Ringkasan Komponen UPS Yang Paling Mungkin Mengalami Kerusakan

Pertimbangan Topologi UPS

Umumnya usia harapan hidup yang dibahas dalam artikel ini dapat berlaku untuk semua UPS single-phase, namun, topologi spesifik UPS Anda akan mempengaruhi problem apa yang paling rentan dialami UPS Anda.

Secara singkat, kita akan membahas keuntungan dan kerugian dari dua topologi yang paling umum: line-interactive dan double-conversion on-line.

1. UPS Line-Interactive

UPS line-interactive mengkondisikan dan mengatur daya AC dari utilitas, umumnya hanya menggunakan satu konverter daya utama. Jika ada masukan AC, blok “power interface” akan menyaring daya AC, menekan lonjakan tegangan, dan menyediakan pengaturan tegangan yang memadai. Konverter daya utama (blok “inverter”) mengalihkan beberapa daya input AC untuk menjaga baterai tetap terisi penuh saat tegangan saluran AC ada. Ini biasanya membutuhkan kurang dari 10% dari nilai daya UPS, sehingga komponen tetap dingin selama dalam mode operasi ini, mengurangi kemungkinan melewati rekomendasi suhu sekitar.

2. UPS Double-Conversion On-Line

Sesuai dengan namanya, UPS double-conversion on-line mengubah daya dua kali. Pertama, input AC, dengan semua lonjakan tegangan, distorsi, dan anomali lainnya, diubah menjadi DC. UPS double-conversion on-line kemudian menggunakan kapasitor untuk menstabilkan tegangan DC tersebut dan menyimpan energi yang diambil dari input AC. Kedua, DC diubah kembali menjadi AC yang diatur secara ketat oleh UPS. Output AC ini bahkan dapat memiliki frekuensi yang berbeda dari input AC – sesuatu yang tidak mungkin dilakukan dengan UPS line-interactive. Semua daya yang disediakan untuk peralatan beban melewati proses double-conversion bila ada masukan AC.

Karena diperlukannya beberapa tahapan daya, UPS double-conversion on-line biasanya akan memiliki lebih banyak komponen (biasanya tiga kali lebih banyak) daripada UPS line-interactive biasa. Karena komponen ini terus memproses semua daya yang ditarik oleh peralatan (beban), suhunya biasanya akan lebih tinggi daripada komponen di dalam UPS line-interactive bila ada masukan AC. Secara teoritis, operasi yang konstan / terus menerus dan suhu yang lebih tinggi akan mengurangi kehandalan komponen di UPS. Namun, dalam praktiknya, kehandalan sering kali ditentukan oleh faktor lain, seperti yang dijelaskan di bawah ini, pada bab Pertimbangan Kehandalan.

Pertimbangan Kehandalan UPS

Dalam kedua topologi di atas, aspek tertentu dari desain secara teoritis menambah atau mengurangi masa pakai dan kehandalan pengoperasian. Untuk line-interactive, komponen yang tidak banyak serta pengoperasian yang dingin pada tingkat daya utama, keduanya cenderung akan meningkatkan masa pakai dan kehandalan pengoperasian. Untuk double-conversion on-line, operasional yang konstan serta temperatur operasional yang lebih tinggi, keduanya cenderung akan menurunkan masa pakai dan kehandalan unit.

Namun, dalam praktiknya, kehandalan umumnya ditentukan oleh seberapa baik pabrikan merancang dan membangun UPS serta kualitas komponen yang digunakan, apa pun topologinya. Karena kualitas yang bergantung pada vendor, mungkin saja terjadi ada desain double-conversion on-line berkualitas tinggi dan desain line-interactive berkualitas buruk, demikian juga sebaliknya.

Pentingnya Manajemen UPS

Meskipun menyediakan perawatan pencegahan sangat penting untuk memaksimalkan umur yang diharapkan, memberikan manajemen yang tepat akan mengoptimalkan kinerja dan kemampuan UPS. Banyak pabrikan sekarang menawarkan software yang dirancang untuk memberikan perlindungan, pengelolaan, kompatibilitas, dan kenyamanan.

Software manajemen tingkat lanjut harus menawarkan konfigurasi & kontrol UPS, sistem shutdown yang aman, dan kemampuan pelaporan energi. Biaya penggunaan energi dan pelaporan CO2 membantu memberikan pemahaman yang lebih baik tentang energi yang dikonsumsi oleh peralatan IT yang memungkinkan penggunaan energi yang optimal. Fitur analisis lanjutan dapat membantu mengidentifikasi penyebab masalah terkait daya potensial sebelum terjadi; memastikan kesehatan peralatan yang dilindungi.

Selain software manajemen, produsen tertentu juga menawarkan kartu manajemen (management card) untuk kemampuan proaktif, manajemen 24×7, dan pemantauan dari sentral satu aplikasi software.

Kartu ini biasanya menyediakan fitur notifikasi yang memberi tahu pengguna tentang masalah yang terjadi. Gambar 2 menunjukkan contoh kartu manajemen.

Gambar 2 – Contoh Management Card dari APC Schneider Electric

Akhir Masa Pakai / End of Life (EOL)

Tak pelak, setiap UPS pada akhirnya akan mencapai akhir masa pakainya, namun pengawasan dan pemeliharaan yang tepat akan memastikan Anda memaksimalkan masa pakai UPS Anda. Tergantung pada faktor-faktor yang dibahas dalam artikel ini, UPS yang dioperasikan dengan kondisi yang direkomendasikan memiliki harapan hidup hingga 10 tahun dengan setidaknya satu kali penggantian baterai; akan tetapi mungkin bijaksana untuk mengupayakan penggantian unit sebelum UPS mengalami kegagalan. Meskipun UPS dapat terus beroperasi hingga atau bahkan lebih dari 10 tahun, efisiensi UPS Anda kemungkinan besar akan mulai menurun sebelumnya.

Selain pertimbangan penurunan efisiensi, pada saat UPS Anda berusia lebih dari 5 tahun, kemungkinan besar peningkatan dan fitur yang ekstensif telah diterapkan, beberapa di antaranya mungkin diperlukan untuk aplikasi baru Anda. Seiring dengan kemajuan teknologi, kebutuhan daya untuk peralatan berkembang pesat. Teknologi UPS yang lebih lama dikombinasikan dengan penurunan efisiensi kemungkinan besar membuatnya bermanfaat untuk mengejar penggantian unit jauh sebelum UPS mengalami kegagalan.

Oleh karena itu, untuk aplikasi bersifat mission-critical yang tidak memungkinkan adanya waktu henti, unit pengganti harus digunakan ketika efisiensi UPS mulai menurun. Kapan pertimbangan akhir masa pakai ini harus dibuat, sangat bergantung pada faktor-faktor yang telah dibahas sebelumnya. Oleh karena itu, hanya pengawasan dan pemeliharaan yang tepat yang dapat memberikan gambaran akurat tentang kapan Anda dapat mengharapkan unit spesifik Anda mencapai akhir masa pakainya.

Kesimpulan

UPS dirancang agar tahan lama dan dapat diandalkan; namun, memaksimalkan potensi UPS Anda membutuhkan perawatan yang tepat dari pengguna. Sebagian besar pengguna menyadari bahwa baterai pada akhirnya perlu diganti, namun banyak yang mengabaikan pentingnya pemantauan dan pemeliharaan. Ini menjadi lebih mudah karena masa pakai baterai dan masa pakai UPS sering kali dipengaruhi oleh faktor serupa yang biasanya dapat dikurangi oleh pengguna.

Suhu dan frekuensi penggunaan adalah dua karakteristik yang harus dipantau paling dekat, tetapi pentingnya inspeksi berkala, penempatan unit, dan penyimpanan unit tidak dapat diabaikan. Memahami besarnya efek ini, dan menyediakan perawatan yang tepat memainkan peran penting dalam menetapkan rencana pemeliharaan yang sesuai dengan kebutuhan Anda dan bisnis Anda.

Sama seperti baterai, UPS memiliki siklus hidup, dan tidak akan bertahan selamanya. Namun, UPS yang bertahan paling lama, dan memberikan kinerja terbaik adalah unit yang diberikan manajemen dan perawatan terbaik. Memberikan pengawasan optimal ke UPS Anda harus sederhana; cukup pastikan Anda memanfaatkan fitur manajemen yang tersedia dan bahwa rencana Anda sederhana, konsisten, dan bersifat proaktif.