Maailmapraktika näitab, et 70-80% arvutivigadest on otseselt tingitud toitevõrgu elektrihäiretest. Parim kaitse voolupiikide, pingekõikumiste ja toitevõrgu katkestuste eest on UPS (Uninterruptable Power Supply) ehk katkematu toitepingeallikas.

UPS täidab vahelduvvooluvõrgust toidetava arvuti elektritoitesüsteemis kahte olulist ülesannet:

Kui vahelduvvooluvõrgus esinevad lühema- või pikemaajalised elektrikatkestused, siis tagab UPS tänu temas sisalduvale energiasalvestile (akupatareile) veel täiendavaks ajaks arvutile normaalse elektritoite. Selle aja jooksul saab sulgeda pooleliolevad tööd ning operatsioonisüsteemi.

UPS kaitseb arvuti elektronlülitusi vahelduvvooluvõrgus esinevate elektriliste häiringute kahjustava toime eest. Isegi kui võrguhäired ei kahjusta otseselt elektronlülitusi, võib arvutis nende toimel tekkida infomoonutusi või suuremahulist infokadu.

Kui vähemalt pikemaajalised elektrikatkestused on otseselt märgatavad, siis enamik teisi vahelduvvooluvõrgus esinevaid häiringuid jääb enamasti tähele panemata. Need avalduvad hiljem kaudsete, sageli mõistmatute, ebameeldivate ilmingutena. Teades arvuti elektritoitesüsteemi mõjutavate häirete tekkepõhjusi, olemust ja tekitatavate kahjustuste iseloomu, on hõlpsam leida meetmeid neist vabanemiseks, kui likvideerida tekkinud tagajärgi.

UPS seadmeid võib kasutada ka signalisatsiooni- ja häiresüsteemide, kassaaparaatide, avariivalgustuse, meditsiinitehnika, pideva töötsükliga tööstusseadmete vms toiteks.

Offline UPS

UPS, mis käivitub vaid elektrikatkestuse või kehva pinge ajaks, muidu on ooterežiimis. Reeglina on need odavamad UPSid.

Line-interactive UPS

Parem kui offline UPS, kuna ta tõstab ja langetab sissetulevat pinget. Kahjuks istub ka see ooterežiimis. Soodsad UPSid aga kallimad kui Offline UPSid.

Online UPS

Kui tavaline UPS jälgib sissetulevat pinget ja selle liiga suure kõikumise korral toite kiiresti patareidele ümber lülitab või üritab seda kümmekonna voldi võrra korrigeerida, siis online-UPS teeb alati sissetulevast toitest alalispinge ja sellest jälle 230V vahelduvpinge. Linnaoludes peaks tavaline UPS piisav olema, suurte pinge- ja sageduskõikumistega oludes peaks see aga liiga tihti akusid kasutama ning siis on vaja online-UPSi. Eriti maksab sellele mõelda siis, kui ehitusplatsil teeb elektrit kesine diiselgeneraator või on 230V toidet vaja näiteks mikrobussis.

Topeltmuundamine (Double Conversion)

Sidus-UPS’ide (Online UPS) puhul kasutatakse väljundpinge tekitamiseks kahekordset muundamist. Vooluvõrgust tulev vahelduvpinge alaldatakse. Tekkinud alalispingest kasutatakse mingit osa akude laadimiseks. Suurem enamus alaldatud energiast läheb aga edasi vaheldisse ehk inverterisse, kus see muundatakse taas vahelduvpingeks. Protsessi üheks eesmärgiks on saavutada sisendist sõltumatu väljundpinge. Kuna pinge vahepeal alaldatakse ja siis taas vaheldatakse, ei oma sisendpinges olevad sageduse ja pinge kõikumised väljundpingele mingit mõju. Protsess sarnaneb pisut vee destilleerimisele, kus sooladega vesi (analoogiline võrgutoitepingega) muundatakse teise olekusse ehk auruks (alalispingeks) ja seejärel muudetakse aurustunud vesi taas vedelaks, aga nüüd juba soolade (häiringute) vabaks vedelikuks.

Ülepinge (surge, overvoltage)

Ülepinge korral esineb lühiajaline, sekundi murdosa kestev, võrgu nimipinget ületav pingetõus. Ülepinget võib esile kutsuda arvutiga ühisel toiteliinil olevate võimsate elektritarvitite (sh ka mõnede majapidamisseadmete) väljalülitamine. Ülepinge korral võidakse üle koormata arvuti tundlikke elektroonikalülitusi ning kutsuda neis esile tõrkeid.

Impulsshäiring (spike, transient, impulse)

Impulsshäiringut iseloomustab väga lühiajaline, järsk, suure amplituudiga pingetõus (vahemikus 200 kuni 6000 V). Sageli on selle allikaks pikselöök toiteliini. Teatavasti kuulub Eesti kõrgendatud äikesesagedusega piirkonda (üle 40 äikesetunni aastas), sagedamini esineb äikest Ida-Eestis. Kuigi õhuliinides kasutatakse pikselaine mõju vähendamiseks äikesekaitseseadmeid, ei suuda need alati täielikult kõrvaldada kõiki häiringuid. Impulsshäired tekivad vooluvõrgus samuti siis, kui pärast vooluvõrgu väljalülitamist see uuesti sisse lülitatakse. Impulsshäiringute mõjul võivad osaliselt või täielikult kahjustuda arvuti elektroonikalülitused, aga samuti tekivad infokaod.

Pingelangus (sag, brownout)

Pingelanguse puhul langeb võrgupinge lühiajaliselt nimipingest allapoole (20 kuni 100% ulatuses). Eriti lühiajalist pingelangust (kuni mõnikümmend millisekundit) nimetatakse inglise keeles sag, pikemaajalist (kestusega minut ja enamgi) – brownout. Bell Labsi andmetel esineb vahelduvvooluvõrkudes kõige sagedamini just pingelangusi: kuni 87% kõigist häiringujuhtudest. Sageli tekivad need võimsate elektritarvitite (mootorid, kompressorid, liftid jms) sisselülitamisel. Arvutis põhjustab pingelangus “energianälga”, mille tulemusena võib töötamast lakata näiteks klaviatuur, rikutakse töödeldavaid andmeid või lüheneb elektroonikaaparatuuri eluiga.

Mürad (noise)

Mürad kujutavad endast keerulisi komplekshäiringuid, mis tekivad elektromagnetiliste väljade toimel. Kestuselt on need kas lühiajalised või püsivad. Mürade toimel moondub siinuselise vahelduvvoolu kuju mittesiinuseliseks, arvuti riist- ja tarkvara talitluses esinevad hetkhäiringud (glitch), töödeldavais programmides ja andmefailides tekib arusaamatu päritoluga vigu.

Väjundvõimsus

UPSi energeetilisi omadusi iseloomustatakse kas võimsuse või energiamahutavuse abil. Väljundvõimsus, mida mõõdetakse voltamprites (VA), määrab UPSi koormavate elektritarvitite summaarse võimsuse, mida sellega tohib ühendada. Kõrvuti voltampritega kasutatakse väljundvõimsuse iseloomustamisel vatte (W). Kui väljundvõimsus on antud voltamprites, siis määratletakse elektritarvitite näivvõimsus, vattide korral aga aktiivvõimsus. Ligikaudsetes arvutustes kasutatakse voltamprites (PVA) ja vattides (PW) väljendatud võimsuste vahelist seost: PVA=(1,35-1,43)PW

Patarei tööiga

UPS-ides kasutatakse erikonstruktsiooniga hermeetilisi pliiakumulaatoreid. Erinevalt näiteks sülearvutite patareidest, mida laetakse ja tühjendatakse tsükliliselt, on UPSide patareid suurema osa ajast laetud olekus. Nende tühejenemine toimub vaid siis, kui UPS lülitub toitele patareilt, st vahelduvvooluvõrgus esineb häiring. Selline töörežiim sobib pliiakumulaatoritele hästi, nende tööiga ulatub õige ekspluatatsiooni korral kolmest kuni kuue aastani. Kui UPSis on Ni-Cd akud, siis sellise patarei tööiga on veidi pikem – kuus kuni kaheksa aastat. Kui pikk on patarei tegelik tööaeg, see sõltub mitmest tegurist: patarei töörežiimist, patarei asukoha keskkonnatingimustest jms. Praktika näitab, et enamik patareide tõrkeid on põhjustatud kas ebapiisavast jahutusest või halvast hooldusest. UPSi kasutamisel tuleb jälgida, et selle patarei temperatuur ei ületaks lubatud piirnorme. Temperatuuri tõus üle normi vähendab tunduvalt patarei tööiga ja kiirendab isetühjenemist.

UPS-i tööaeg patareilt

Tööaeg patareilt iseloomustab, kui pika aja jooksul suudab UPS varustada energiaga maksimumvõimsust tarbivat arvutit oma patareisse salvestunud energia arvel. See aga kõigub erinevate UPSide korral küllaltki laiades piirides, alates viiest minutist kuni mitme tunnini. Enamikul keskmise väljundvõimsusega UPSidest ei ületa tööaeg patareilt 20-30 minutit (näiteks Windows 95 sulgemiseks kulub vaid 2-3 minutit, kui töös on korraga mitu tegumit, siis veidi kauem). Tööaeg pikeneb märgatavalt, kui UPSi ei koormata maksimaalselt. Tööaja kestuse hindamisel võib lähtuda järgmisest “rusikareeglist”: 66% võimsustarbe korral pikeneb tööaeg võrreldes 100%-ga ligikaudu 2 korda, 50% korral 3 korda ja 33% korral 4 korda.

Bypass ehk ümberviik

Sidus- ehk online-UPS-i puhul läbib elektrienergia normaalolekus enne tarbijani jõudmist UPS-i alaldi ja inverteri. Nagu kõigil elektroonilistel lülitustel, nii on ka inverteril omad jõudluse piirid. Teatud koormusest alates kuumenevad inverteri töösõlmed üle ja inverter rikneb. Seetõttu määrataksegi igale UPS-ile kindel nominaalkoormus, millest allapoole jääv koormus inverterit ei kahjusta, suurema koormusega koormamine võib aga mõjuda seadmele fataalselt. Kuna seadmed tarbivad sisselülitamise hetkel märkimisväärselt rohkem voolu kui normaaltöös ning UPS-i kasutaja võib ka kogemata koormata seadet nominaalkoormusest suurema koormusega, siis on enamikel moodsatel UPS-idel sisse ehitatud spetsiaalsed lülitused, mis aitavad inverterit kaitsta. Neid lülitusi nimetatakse ümberviiguks ehk inglise keeles bypassiks. Sisuliselt juhivad need lülitused ülekoormuse korral energia UPS-i peamistest lülitusest mööda, et liiga suur vool ei kahjustaks tundlikke komponente. Vool läbib ümberviigu olekus põhimõtteliselt ainult filtreid ja elektrijuhti, mis taluvad paremini suuremat koormust kui keerulised elektroonikalülitused.

Lisaks ülekoormusele on ümberviigust abi ka juhul, kui seadmel esineb mõni tõrge. Turvalisuse tõstmiseks on võimsamatel UPS-idel ühe sisendtoite asemel kaks toidet. Ühe toitega varustatakse energiaga alaldit, selle kaudu inverterit ja selle kaudu omakorda väljundis olevaid seadmeid. Teine toide on tavaolekus praktiliselt kasutamata. Samas jälgib UPS pidevalt selle teise toite parameetreid, eriti aga sagedust. Sidus-UPS-i inverter töötab pidevalt ja tekitab alalispingest vahelduvpinget. Seda tehes võtab ta arvesse UPS-i teise toite parameetreid ja nihutab väljundpinget vastavalt samasse faasi. Erinevas faasis olevaid pingeid ei tohi kokku lülitada, sest erinevas faasis on pingel ka erinev suurus ning nende kokkulülitamisel võidakse seadmeid kahjustada. Kui aga inverter hoiab väljundpinget teise sisendpingega pidevalt enam-vähem samas faasis, siis võib ta vajaduse korral suvalisel hetkel need kaks toidet kokku lülitada. Seega on võimalik näiteks alaldi või inverteri tõrke korral lülitada koormused viivitamatult otse linnavõrguga kokku ehk UPS-i teise toite taha ning tähtsad seadmed ei jää toiteta.