Как выбрать оптимальную конфигурацию ИБП для организации бесперебойного питания оборудования и бытовых приборов в доме
Ответить на вопрос о выборе конфигурации источника бесперебойного питания для обеспечения надёжного электропитания отопительных и инженерных систем, бытовых электроприборов достаточно сложно. По сути, это уравнение с многими неизвестными. Ведь, заранее неизвестно на сколько плохим будет сетевое электропитание, и какова будет продолжительность отключений электроэнергии.
На первом этапе необходимо определить общую мощность всех потребителей энергии, работу которых необходимо обеспечивать в случае отсутствия сетевого электропитания. Исходя из этого значения необходимо выбрать ИБП мощностью на 20% превышающей максимальное значение нагрузки. После этого нужно определится с ёмкостью внешних аккумуляторных батарей, исходя из необходимого времени резервирования.
Наиболее оптимальным решением бесперебойного питания будет разбить нагрузку на несколько более маленьких групп потребителей. И решать задачи обеспечения резерва раздельно для различных групп потребителей в зависимости от их важности. При выборе конфигурации источника бесперебойного питания и аккумуляторных батарей следует учитывать, что увеличение запаса мощности ИБП не приводит к линейному увеличению длительности резерва. Для обеспечения большой мощности нагрузки необходим более мощный ИБП, а для обеспечения большого времени резерва необходимо увеличивать ёмкость внешних аккумуляторных батарей.
Простой способ расчета времени резерва бесперебойника
Время резерва питания определяется прежде всего двумя параметрами: мощностью полезной нагрузки и общей ёмкостью всех аккумуляторных батарей.
Однако следует отметить, что зависимость времени резерва от этих параметров не линейная. Но для быстрой примерной оценки времени резерва можно использовать простую формулу.
T = E * U / P (часов),
где Е - ёмкость аккумуляторов, U - напряжение аккумуляторов, Р - мощность нагрузки всех подключаемых приборов .
Уточненный способ расчёта времени резерва бесперебойника
Для уточнения расчёта времени резерва дополнительно вводятся специальные коэффициенты: КПД инвертора, коэффициент разряда аккумулятора, коэффициент доступной ёмкости в зависимости от температуры окружающей среды.
С учётом этих коэффициентов формула расчета принимает следующий вид.
T = E * U / P * KPD * KRA * KDE (часов),
где KPD (коэффициент полезного действия инвертора) находится в диапазоне 0,7-0,8,
KRA (коэффициент разряда аккумуляторов) находится в диапазоне 0,7-0,9,
KDE (коэффициент доступной ёмкости) находится в диапазоне 0,7-1,0.
Коэффициент доступной ёмкости имеет сложную зависимость от значения температуры и скорости прикладывания нагрузки. Чем холоднее температура воздуха, тем ниже коэффициент доступной ёмкости. Чем медленнее расходуется энергия батарей, тем больше значения коэффициента доступной ёмкости.
Готовые таблицы значения времени резерва бесперебойников серии SKAT и TEPLOCOM
Необходим один внешний аккумулятор напряжением 12 Вольт
| Ёмкость, в Ач | Мощность нагрузки, ВА | ||||
| 100 | 150 | 200 | 250 | 270 | |
| 26 | 2ч 18мин | 1ч 22мин | 55мин | 44мин | 39мин |
| 40 | 3ч 37мин | 2ч 15мин | 1ч 36мин | 1ч 15мин | 1ч 09мин |
| 65 | 7ч 01мин | 4ч 00мин | 2ч 45мин | 2ч 12мин | 1ч 54мин |
| 100 | 12ч 00мин | 7ч 12мин | 5ч 00мин | 3ч 40мин | 3ч 26мин |
Таблица примерного времени резерва
Необходимо два внешних аккумулятора напряжением 12 Вольт
| Емкость АКБ, Ач | ||||||||||
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | |
| 2х40 | 9,37 | 4,06 | 2,31 | 1,51 | 1,36 | 1,22 | 1,07 | 0,53 | 0,39 | 0,34 |
| 2х65 | 16,15 | 7,12 | 4,40 | 3,02 | 2,29 | 1,56 | 1,44 | 1,36 | 1,28 | 1,11 |
| 2х100 | 27,11 | 11,55 | 7,33 | 5,23 | 4,12 | 3,05 | 2,44 | 2,22 | 2,01 | 1,49 |
| 2х120 | 32,37 | 14,52 | 9,44 | 6,10 | 5,11 | 4,12 | 3,14 | 2,51 | 2,33 | 2,15 |
| 2х150 | 40,47 | 17,40 | 11,24 | 8,19 | 5,57 | 5,07 | 4,17 | 3,28 | 2,57 | 2,42 |
| 2х200 | 54,23 | 24,48 | 15,47 | 11,27 | 9,09 | 6,50 | 5,45 | 5,08 | 4,31 | 3,54 |
Таблица примерного времени резерва
Необходимо 8 внешних аккумуляторов напряжением 12 Вольт
| Емкость АКБ, Ач | ||||||
| 500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | |
| 65 | 12ч 20мин | 5ч 10мин | 2ч 55мин | 2ч 15мин | 1ч 40мин | 1ч 25мин |
| 100 | 19ч 25мин | 8ч 40мин | 5ч 20мин | 3ч 40мин | 2ч 45мин | 2ч 15мин |
| 120 | 23ч 05мин | 11ч 35мин | 7ч 00мин | 4ч 45мин | 3ч 30мин | 2ч 45мин |
| 150 | 28ч 55мин | 14ч 20мин | 8ч 45мин | 6ч 30мин | 4ч 50мин | 3ч 40мин |
| 200 | 38ч 30мин | 19ч 10мин | 12ч 45мин | 8ч 45мин | 7ч 00мин | 5ч 20мин |
Линейка ИБП марок SKAT
и TEPLOCOM
обеспечивает возможность организации надёжного бесперебойного питания потребителей различной ёмкости и назначения. Бесперебойники дают возможность организовать бесперебойное питание от маленького котла отопления или циркуляционного насоса до питания всего дома или офиса. Специализированные ИБП дают возможность организации бесперебойного питания особо важных объектов, таких как системы связи, коммуникационное оборудование, системы безопасности и контроля.
Для увеличения времени резерва питания полезной нагрузки есть несколько путей. Все эти способы вытекают из формулы расчета времени резерва.
Для увеличения времени резерва можно увеличить ёмкость внешних АКБ, уменьшить полезную нагрузку, создать оптимальные условия эксплуатации ИБП и аккумуляторных батарей.
Первый вариант - самый простой, но затратный. Для увеличения ёмкости батарей придется покупать более дорогие аккумуляторы и ИБП, позволяющие производить их эффективный заряд. Кроме затрат на оборудование потребуется и выделение специального помещения, предназначенного для хранения и работы аккумуляторных батарей, снабженного хорошей системой вентиляции.
Второй метод - уменьшить нагрузку. Прежде всего нужно разбить нагрузку на группы в зависимости от необходимости обеспечения бесперебойного питания. Если электроэнергии не будет длительное время, то нужно будет выбирать между важностью обеспечения работы инженерных систем отопления, водоснабжения и необходимостью пользоваться холодильником или кондиционером. Так современный холодильник позволяет обеспечить приемлемую температуру около 20 часов, если его лишний раз не открывать. Еще одной группой потребителей является система освещения, для освещения можно использовать автономные источники бесперебойного питания или аварийные светильники со встроенной аккумуляторной батареей. В конечном счёте можно посидеть и при свете фонарика или старой доброй свечи, всё лучше, чем разморозить систему отопления.
Третий метод заключается в повышении качества обслуживания ИБП и батарей. Здесь наиболее важными моментами являются содержание оборудования в чистоте, обеспечение хорошего температурного режима. Отдельно стоит отметить необходимость проведения правильного заряда АКБ и проведения тренировок аккумуляторов. Часто бывает так, что проблем с электричеством нет, и аккумуляторы не подвергаются циклам разряда и заряда. В результате через несколько месяцев резко падает реальная ёмкость АКБ. Для тренировки АКБ необходимо использовать специальное оборудование или имитировать периодически отключение электроэнергии, давая возможность батареям работать.
По мере своего развития цивилизация начинает потреблять все больше энергии, в частности, электрической станки, заводы, электронасосы, фонари на улицах, лампы в квартирах… Появление радио, телевизоров, телефонов, компьютеров дало человечеству возможность ускорить обмен информацией, однако, еще сильнее привязало его к источникам электроэнергии, поскольку теперь, во многих случаях, пропадание электричества равносильно потере канала доставки информационного потока. Наиболее критична такая ситуация для ряда наиболее современных отраслей, в частности, там, где основным инструментом производства являются компьютерные сети.
Давно подсчитано, что через пару-тройку месяцев работы стоимость информации, хранящейся на компьютере, превышает стоимость самого ПК. Уже давно информация стала разновидностью товара ее создают, оценивают, продают, покупают, накапливают, преобразуют… и порой теряют по самым разнообразным причинам. Разумеется, до половины проблем, связанных с потерей информации, возникает из-за программных или аппаратных сбоев компьютерами. Во всех остальных случаях, как правило, проблемы связаны с некачественным электроснабжением компьютера.
Обеспечение качественного питания компонентов ПК залог стабильной работы любой компьютерной системы. От формы и качественных характеристик сетевого питания, от удачного выбора компонентов питания порой зависит судьба целых месяцев работы. Исходя из этих соображений, была разработана изложенная ниже методика исследования, призванная в дальнейшем стать основой тестирования качественных характеристик бесперебойных блоков питания.
- Положения ГОСТ
- Классификация ИБП (описание, схема)
- Оффлайновые
- Линейно-интерактивные
- Онлайновые
- Основные типы по мощностям
- Физика
- a. Виды мощности, формулы расчета:
- Мгновенная
- Активная
- Реактивная
- Полная
- a. Виды мощности, формулы расчета:
- Тестирование:
- Цель тестирования
- Общий план проведения
- Параметры для проверки
- Оборудование, использованное при тестировании
- Библиография
Все, что связано с электрическими сетями, в России регламентируется положениями ГОСТ 13109-97 (принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации взамен ГОСТ 13109-87). Нормативы этого документа полностью соответствуют международным стандартам МЭК 861, МЭК 1000-3-2, МЭК 1000-3-3, МЭК 1000-4-1 и публикациям МЭК 1000-2-1, МЭК 1000-2-2 в части уровней электромагнитной совместимости в системах электроснабжения и методов измерения электромагнитных помех.
Стандартными показателями для электросетей в России, установленными ГОСТ, являются следующие характеристики:
- напряжение питания 220 В±10%
- частота 50±1 Гц
- коэффициент нелинейных искажений формы напряжения менее 8% в течение длительного времени и 12% кратковременно
Оговорены в документе и типичные проблемы электроснабжения. Чаще всего нам приходится сталкиваться со следующими из них:
- Полное пропадание напряжения в сети (отсутствие напряжения в сети на время более 40 секунд из-за нарушений в линиях подачи электроэнергии)
- Проседания (кратковременное снижение напряжения в сети до величины менее 80% от номинального значения на время более 1 периода (1/50 секунды) являются следствием включения мощных нагрузок, внешне проявляется как мерцание ламп освещения) и всплески (кратковременные повышения напряжения в сети на величину более 110 % от номинального на время более 1 периода (1/50 секунды); появляются при отключении большой нагрузки, внешне проявляются как мерцание ламп освещения) напряжения разной продолжительности (характерно для больших городов)
- Высокочастотный шум радиочастотные помехи электромагнитного или другого происхождения, результат работы мощных высокочастотных устройств, коммуникационных устройств
- Отклонение частоты за пределы допустимых значений
- Высоковольтные выбросы кратковременные импульсы напряжения величиной до 6000В и длительностью до 10 мс; появляются при грозах, как результат статического электричества, из-за искрения переключателей, внешних проявлений не имеют
- Выбег частоты изменение частоты на 3 и более Гц от номинального (50 Гц), появляются при нестабильной работе источника электроэнергии, внешне могут и не проявляться.
Все эти факторы могут привести к выходу из строя достаточно «тонкой» электроники, и, как это часто бывает, к потере данных. Впрочем, люди давно научились защищаться: фильтры сетевого напряжения, «гасящие» скачки, дизель-генераторы, обеспечивающие подачу электроэнергии системам при пропадании напряжения в «глобальном масштабе», наконец, источники бесперебойного питания основной инструмент защиты персональных ПК, серверов, мини-АТС и др. Как раз о последней категории устройств и пойдет речь.
Классификация ИБП
«Разделять» ИБП можно по разным признакам, в частности, по мощности (или сфере применения) и по типу действия (архитектуре/устройству). Оба этих метода тесно связаны друг с другом. По мощности ИБП делятся на
- Источники бесперебойного питания малой мощности (с полной мощностью 300, 450, 700, 1000, 1500 ВА, до 3000 ВА включая и on-line)
- Малой и средней мощности (c полной мощностью 3–5 кВА)
- Средней мощности (с полной мощностью 5–10 кВА)
- Большой мощности (с полной мощностью 10–1000 кВА)
Исходя из принципа действия устройств, в литературе в настоящее время используется два типа классификации источников бесперебойного питания. Согласно первому типу, ИБП делятся на две категории: on-line и off-line , которые, в свою очередь, делятся на резервные и линейно-интерактивные .
Согласно второму типу, ИБП делятся на три категории: резервные (off-line или standby), линейно-интерактивные (line-interactive) и ИБП с двойным преобразованием напряжения (on-line).
Мы будем пользоваться вторым типом классификации.
Рассмотрим для начала разницу типов ИБП. Источники резервного типа выполнены по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей сети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей. Достоинством ИБП такого типа можно считать его простоту, недостатком ненулевое время переключения на питание от аккумуляторов (около 4 мс).
Линейно-интерактивные ИБП выполнены по схеме с коммутирующим устройством, дополненной стабилизатором входного напряжения на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Основное преимущество таких устройств защита нагрузки от повышенного или пониженного напряжения без перехода в аварийный режим. Недостатком таких устройств также является ненулевое (около 4 мс) время переключения на аккумуляторы.
ИБП с двойным преобразованием напряжения отличается тем, что в нем поступающее на вход переменное напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает его в аварийном режиме. Таким образом, достигается достаточно высокая стабильность выходного напряжения независимо от колебаний напряжения на входе. Кроме того, эффективно подавляются помехи и возмущения, которыми изобилует питающая сеть.
Практически, ИБП данного класса при подключении к сети переменного тока ведут себя как линейная нагрузка. Плюсом данной конструкции можно считать нулевое время переключения на питание от аккумуляторов, минусом снижение КПД за счет потерь при двукратном преобразовании напряжения.
Физика
Во всех справочниках по электротехнике различаются четыре вида мощности: мгновенная , активная , реактивная и полная . Мгновенная мощность вычисляется как произведение мгновенного значения напряжения и мгновенного значения тока для произвольно выбранного момента времени, то есть
Так как в цепи с сопротивлением r u=ir, то
Средняя за период мощность P рассматриваемой цепи равна постоянной слагающей мгновенной мощности
Среднюю за период мощность переменного тока называют активной . Единица активной мощности вольт-ампер называется ватт (Вт).
Соответственно и сопротивление r называют активным. Так как U=Ir, то
Обычно именно активную мощность понимают под потребляемой мощностью устройства.
Реактивная мощность величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока и напряжения на синус угла сдвига фазы между ними.
Полная мощность потребляемая нагрузкой суммарная мощность (учитываются как активная, так и реактивная ее составляющие). Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения ВА (вольт-ампер). Для синусоидального тока равна
Практически на любом электрическом приборе находится этикетка с указанием либо полной мощности устройства, либо активной мощности.
Тестирование
Основная цель тестирования продемонстрировать поведение тестируемых ИБП в реальных условиях, дать представление о дополнительных характеристиках, которые не находят отражения в общей документации на устройства, на практике определить влияние различных факторов на работу ИБП и, возможно, помочь определиться с выбором того или иного источника бесперебойного питания.
Несмотря на то, что рекомендаций по выбору ИБП в настоящее время существует великое множество, в ходе тестирования мы рассчитываем, во-первых, рассмотреть ряд дополнительных параметров, которыми стоит поинтересоваться перед покупкой оборудования, во-вторых, по необходимости скорректировать набор выбранных методов и параметров тестирования и выработать базу для будущего анализа всего тракта питания систем.
Общий план проведения тестирования выглядит следующим образом:
- Указание класса устройства
- Указание заявленных производителем характеристик
- Описание комплектности поставки (наличие руководства, дополнительных шнуров, ПО)
- Краткое описание внешнего вида ИБП (функции, вынесенные на контрольную панель и перечень разъемов)
- Тип аккумуляторов (с указанием емкости аккумуляторов, обслуживаемые/необслуживаемые, наименование, возможно взаимозаменяемость, возможность подключения дополнительных аккумуляторных блоков)
- «Энергетическая» составляющая тестов
В процессе тестирования планируется проверить следующие параметры:
- Диапазон входного напряжения, при котором ИБП работает от сети, не переключаясь на аккумуляторы. Больший диапазон входного напряжения уменьшает количество переходов ИБП на батарею и увеличивает срок ее службы
- Время переключения на питание от аккумулятора. Чем меньше время переключения, тем меньше риск выхода из строя нагрузки (устройства, подключенного через ИБП). Длительность и характер процесса переключения во многом определяют возможность нормального продолжения работы оборудования. Для компьютерной нагрузки допустимое время прерывания питания 20-40 мс.
- Осциллограмма переключения на аккумулятор
- Время переключения с аккумулятора на внешнее питание
- Осциллограмма переключения с аккумулятора на внешнее питание
- Время работы в автономном режиме. Этот параметр определяется исключительно емкостью батарей, установленных в ИБП, которая, в свою очередь, увеличивается при росте максимальной выходной мощности ИБП. Для обеспечения автономным питанием двух современных компьютеров SOHO типичной конфигурации в течение 15-20 мин, максимальная выходная мощность ИБП должна быть порядка 600-700 ВА.
- Параметры выходного напряжения при работе от батарей
- Форма импульса в начале разряда аккумулятора
- Форма импульса в конце разряда аккумулятора
- Диапазон выходного напряжения ИБП при изменении входного напряжения. Чем этот диапазон уже, тем меньше влияние изменения входного напряжения на питаемую нагрузку
- Стабилизация выходного напряжения
- Фильтрация выходного напряжения (если она есть)
- Поведение ИБП при перегрузке на выходе
- Поведение ИБП при пропадании нагрузки
- Вычисление КПД ИБП. Определяется как отношение выходной мощности устройства к потребляемой мощности от источника питания
- Коэффициент нелинейных искажений, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от синусоидальной
- 0% синусоида
- 3% искажения не заметны на глаз
- 5% искажения заметны глазом
- до 21% трапецеидальная или ступенчатая форма сигнала
- 43% сигнал имеет прямоугольную форму
При тестировании мы будем пользоваться не реальными рабочими станциями и серверами, а эквивалентными нагрузками, которые имеют стабильный характер потребления и коэффициент использования мощности, близкий к 1. В качестве основного оборудования, которое будет использоваться при проведении тестирований, в настоящее время рассматривается следующий комплект:
Библиография
- ГОСТ 721-77 Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В
- ГОСТ 19431-84 Энергетика и электрификация. Термины и определения
- ГОСТ 21128-83 Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В
- ГОСТ 30372-95 Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения
- Теоретическая электротехника, изд. 9-е, исправленное, М.-Л., издательство "Энергия", 1965
- Рекламные материалы компании
- Интернет-ресурс
Источник бесперебойного питания для компьютера нужен для корректного завершения программ и сохранения важных данных пользователем при аварийном отключении питания. ИБП не рассчитан на долговременное питание компьютера. Время работы составляет в среднем 15 минут, чего вполне хватает, чтобы все закрыть и сохранить. Для более долгой работы нужны мощные аккумуляторы, что делает устройство очень громоздким и дорогим.
В зависимости от принципа работы ИБП делятся на три типа:
Резервные ИБП;
- линейно-интерактивные ИБП;
- ИБП с двойным преобразованием.
При покупке такого устройства следует помнить, что мощность ИБП обозначается в вольт-амперах – ВА, а мощность подключаемых устройств в ваттах – Вт. Для перевода одной величины в другую нужно количество ВА умножить на коэффициент 0,7 и получатся ватты. Например мощность ИБП 1000 ВА умножить на 0,7 - получится 700 Вт. Следовательно, учитывая необходимый запас по мощности, к такому ИБП можно подключать нагрузку до 500 Вт.
При выборе ИБП также стоит обратить внимание на время автономной работы при полной нагрузке, наличие защиты от короткого замыкания в сети и подключенном устройстве, возможность замены батарей, наличие дисплея и какая информация на нем отображается.
Резервные ИБП
При пропадании напряжения в сети или сильном падении напряжения резервный ИБП переключается на аккумуляторы. Время переключения составляет менее 10 миллисекунд, что вполне достаточно для бесперебойной работы компьютера. Из-за возможности переключения ИБП на питание от аккумуляторов при скачках напряжения, перед ним желательно включать сетевой стабилизатор, это существенно продлит срок службы аккумуляторов.
Резервные источники питания являются самым распространенным типом ИБП, т.к. относительно дешевы, имеют высокий КПД и низкий уровень шума. Время автономной работы составляет от 5 до 10-15 минут и зависит от мощности подключаемого устройства. Поэтому приобретать устройство необходимо с 20–30 % запасом по мощности.
Линейно-интерактивные ИБП
Источники бесперебойного питания этого типа имеют в своем составе стабилизатор напряжения, поэтому имеют преимущество перед предыдущими, но также и стоят существенно дороже.
Такие устройства переключаются на питание от батарей только при полном отключении электричества, поэтому батареи служат гораздо дольше. Также они более экономичны, имеют большее время автономной работы – до 20 минут, более высокую защиту подключаемых устройств. Недостатки – высокая цена и шум от вентилятора охлаждения стабилизатора.
ИБП с двойным преобразованием напряжения
Это самые сложные и дорогие устройства. Принцип работы заключается в преобразовании переменного тока в постоянный и затем снова в переменный. На выходе получается идеальная синусоида и напряжение ровно 220 вольт. Аккумуляторы подключены постоянно, поэтому эти ИБП имеют нулевое время переключения.
Предназначены для питания дорогостоящей техники, серверных станций и компьютерных сетей, не допускающих даже кратковременной остановки работы. Недостатки – очень высокая стоимость, низкий КПД, большое тепловыделение, повышенный шум.
Были времена, когда источниками бесперебойного питания и правилами их выбора интересовались исключительно владельцы компьютеров. Но сегодня сфера использования UPS’ов вышла далеко за пределы одесских офисов с внушительным количеством оргтехники. Теперь все чаще источники бесперебойного питания покупают для дома.
Что это: дань моде или все же необходимость? Ответ на этот вопрос знают специалисты интернет-магазина QwertyShop .
ИБП: прихоть или необходимость?
Многих интересует: нужны ли ИБП на самом деле? Для начала давайте вспомним, что резкие скачки напряжения в электросети и неожиданные отключения света в нашей стране никто не отменял. Это значит, что однажды из-за проблем с электроснабжением компьютер может выключиться ровно за секунду до сохранения результатов вашей работы. Или возьмем другой пример. Удар молнии или сосед с дрелью могут стать причиной короткого замыкания или перегрузки сети. Тогда уже придется сожалеть не только о несохраненных данных, но и о компьютере или другой чувствительной технике. А вот был бы ИБП…
Но источник бесперебойного питания - это устройство, призванное не только для защиты техники от перенапряжений. Его главная задача - обеспечивать кратковременное резервное питание во время отключения основного источника. С наличием бесперебойника при любых ЧП с электроснабжением появляется возможность сохранить данные и правильно выключить компьютер.
Помимо компьютеров, ИБП могут обеспечивать питанием некоторые другие офисные, бытовые устройства, чувствительные к перепадам напряжения или резкому отключению от сети. Однако надо понимать, что бесперебойник - это вспомогательный источник питания, чаще всего не рассчитанный на продолжительное энергоснабжение техники (для таких целей существуют другие устройства - генераторы). В отсутствии основного источника ИБП обычно поддерживает работоспособность устройств до 15 минут.
Теперь, когда в общих чертах понятно, что такое бесперебойники и зачем они нужны, осталось узнать, как выбрать ИБП для разных нужд.
Основные критерии выбора
По большому счету, сегодня купить хороший источник бесперебойного питания нетрудно. Достаточно найти проверенный магазин с качественной техникой. Например, можно купить хороший . Другой вопрос – для какой именно техники хорош определенный тип ИБП, и почему даже самый лучший бесперебойник для ПК может оказаться бесполезным для твердотопливного или газового котла. А все потому, что бесперебойники выбирают не по принципу «понравился-не понравился», а учитывая разные технические характеристики.
Типы ИБП
В зависимости от особенностей функционирования выделяют следующие типы ИБП:
- резервные;
- линейно-интерактивные;
- с двойным преобразованием.
Среди всех бесперебойников самые популярные и наиболее дешевые - устройства резервного типа. Когда нет никаких проблем с энергоснабжением, ток проходит через ИБП транзитом, в это же время заряжая его аккумулятор. Свою основную функцию он начинает выполнять, как только возникают проблемы с основным источником питания. Для перехода в активное состояние бесперебойнику в большинстве случаев требуется 10 миллисекунд. Устройство резервного типа продлевает работоспособность техники примерно на 5-10 минут. Такой ИБП считается лучшим для дома. Но есть у него и минусы. Он не выполняет функции стабилизатора (то есть не защищает технику от скачков напряжения), а также не подходит для продолжительного поддержания работы устройств.
Линейно-интерактивные бесперебойники отличаются от предыдущих как раз таки наличием стабилизатора. Что это значит? Когда напряжение в электросети отклоняется от нормы, ИБП силами трансформатора выравнивает имеющийся ток, без задействования аккумулятора. Но если стабилизировать напряжение не получается или возникают проблемы с электроснабжением, ИБП переводит технику на питание от аккумулятора. На переключение уходит в среднем 3 миллисекунды. Линейно-интерактивный бесперебойник обычно используют для компьютера и другой оргтехники, но в некоторых случаях возможно использование и для котла (хотя для таких целей лучше подходят модели, предназначенные исключительно для отопительных систем).
ИБП с двойным преобразованием – это так называемые бесперебойники online типа. Структура устройства предусматривает мгновенное переключение на аккумулятор и наоборот. Многие модели из этой группы также берут на себя роль стабилизатора напряжения. Online-ИБП – лучший выбор для чувствительной техники и серверов. Минус устройства – высокая цена. Но в защиту стоит сказать, что эти бесперебойники стоят своих денег.
Мощность
Современные бесперебойники отличаются не только по типу, но и по мощности. И самое время узнать, как рассчитать мощность подходящего ИБП. Отправной точкой для выбора является реальная потребляемая мощность техники, для которой нужен UPS. Покупка слишком мощного бесперебойника - пустая трата денег, а устройство недостаточной мощности не сможет корректно выполнять свою функцию.
Но прежде чем приступить к подсчетам, надо понять разницу между разными видами мощности. На электроприборах эта величина может быть указана в ваттах или в вольт-амперах. На UPS обычно только в вольт-амперах. В первом случае (Вт) цифра указывает номинальную (активную) мощность, во втором (ВА) - выходную (полную). Номинальная мощность определяется по формуле: выходная мощность умноженная на коэффициент мощности. А посему важно правильно рассчитать коэффициент мощности нагрузки. Эта величина указывает, какая часть мощности из предоставленной источником в реальности используется техникой. На практике значение этого коэффициента колеблется между показателями 0,1 и 1. В качестве примера можно взять компьютерные блоки питания, средний коэффициент мощности которых составляет 0,6-0,8, или серверы, системы хранения данных и сетевое оборудование, в которых этот показатель максимально близок к 1.
Теперь вернемся к бесперебойникам. В технических характеристиках любого ИБП указан его собственный выходной коэффициент мощности. Так вот, в правильно подобранном бесперебойнике он не может быть ниже, чем коэффициент техники, которая будет к нему подключена.
Второй показатель, на который следует обращать внимание, это выходная мощность ИБП (та самая, что измеряется в вольт-амперах), то есть максимально возможная мощность нагрузки. В идеале этот показатель должен быть на 25-30% больше, чем общая мощность приборов, которые будут подключены к UPS. Но чтобы корректно рассчитать цифры, мощность приборов придется из Вт перевести в ВА (по указанной выше формуле).
Продолжительность автономной работы
Этот показатель напрямую зависит от того, насколько правильно был проведен расчет мощности для ИБП. Но помимо этого, не менее важную роль играет емкость аккумулятора (способность накапливать электрозаряд). Среднее время работы ИБП в автономном режиме составляет 5-10 минут. Когда речь идет о «спасении» компьютерной техники, этого времени вполне достаточно для корректного завершения работы. Но более мощные модели UPS могут функционировать в автономном режиме даже до 12 часов.
Наличие разъемов
Подбор по параметрам мощности и емкости батареи – это хорошо. Но также не стоит забывать, что при покупке UPS важно обращать внимание на наличие необходимых разъемов и наперед рассчитать, сколько и каких понадобится именно вам. Помимо основных, некоторые модели ИБП имеют разъемы для защиты телефонных и сетевых линий от высоковольтных импульсов. Выходные разъемы бесперебойника должны совпадать с разъемами нагрузки. То есть если для ваших нужд необходим ИБП на евророзетку, то перед покупкой надо проверить не досталась ли вам модель с IEC разъемом, известным как компьютерная вилка.
Обычно на ИБП присутствует несколько розеток и разъемов. Среди них:
- розетки для подключения устройств к аккумуляторной батарее (они бывают EURO «под вилку» и IEC под кабель питания);
- розетки для подключения устройств к стабилизатору, минуя батарею;
- разъемы для защиты телефонных и информационных линий;
- разъемы для мониторинга и диагностики (COM, USB);
- разъем для подключения ИБП к сети 220 В;
- разъемы для защиты телефонной (RJ-11) и информационной сети (RJ-45);
- разъемы для управления устройством с компьютера (RS-232).
Индикация
Данные о состоянии аккумулятора и режиме работы ИБП в разных моделях отображаются разными способами. В бюджетных устройствах эта функция возложена на светодиодные индикаторы. В более дорогих моделях уже присутствует ЖК-дисплей, на котором и высвечивается вся важная информация.
Смотрим на бренд
Последний пункт в нашем обзоре, но не последний по важности – выбор ИБП по бренду. Покупка бесперебойника от проверенной фирмы-производителя – это вовсе не дань моде и не погоня за брендами. И хоть во всех ИБП аккумуляторы рано или поздно придется менять (обычно через 2 года), но чем качественнее устройство, тем дольше оно послужит. Сегодня лидерами на рынке ИБП считаются такие производители, как Powercom, APC, Ippon, P-Com, Inelt, LogicPower, Luxeon, Mustek, Eaton, PowerWalker, выпускающие бюджетные и более дорогие линейки источников бесперебойного питания для дома.
Заключение
Теперь самое время подытожить. Итак, вы принадлежите к тем счастливчикам, которые редко сталкиваются со сбоями напряжения в электросети или отключением света, а в случае ЧП «спасать» придется только компьютер. В таком случае следует покупать ИБП резервного типа. Если ваша электролиния – это сплошные скачки напряжения, то, поверьте, дешевле будет купить линейно-интерактивный бесперебойник и не переживать, как отразятся скачки в проводах на компьютере и другой технике. Покупка дорогих ИБП с двойным преобразованием оправдана в том случае, если ваше задание заключается в создании условий для бесперебойной работы серверов или отопительной системы.
Если говорить о мощности, то для обычного компьютера впору ИБП с выходной мощностью в 350-500 вольт-ампер. Для геймерского ПК с двумя мониторами понадобится уже минимум 500-1000 ВА, а если к этой «компании» добавить еще и акустическую систему, потребуется UPS выходной мощностью не меньше 1500 ВА.
Если выбираете ИБП для котла по параметрам номинальной мощности и емкости аккумулятора, то для циркуляционного насоса на 90-150 Вт вполне хватит трехсотваттного бесперебойника, если система отопления использует два насоса, тогда ваш выбор - ИБП на 400-500 Вт (плюс 25-30% запаса).
Таких примеров можно привести сотни. Но еще раз напоминаем, что результат высчитывается всегда по одной и той же формуле: сумма мощности приборов + 20% (это минимум). А чем больше резерв мощности ИБП, тем дольше сможет работать ваша техника без основного источника питания. Это главное, что нужно понимать, выбирая ИБП для дома.
Появление этой статьи вызвано часто встречающимся непониманием технических терминов, характеристик и особенностей источников бесперебойного питания (ИБП ) или UPS . К выбору ИБП необходимо, на наш взгляд, подходить также основательно как и к выбору автомобиля . При этом решающую роль могут играть не только основные характеристики:- мощность ИБП/UPS,
- габариты ИБП/UPS ,
- время автономной работы, и т. д.
В последнее время появилось определенное количество статей в которых вводятся расчетные величины и с легкостью доказывается превосходство одной марки UPS над другой. При этом некоторые технические характеристики не указываются или указываются только те, которые выгодно показывать для данных моделей. Характерный пример - обычно в каталогах на UPS небольшой мощности обычно не указывается величина допустимой перегрузки инвертора, на основании этого в одной из статей был сделан вывод, что UPS многих фирм (Off-line и line-interactive) не могут работать с перегрузкой. В данной статье мы постараемся воздержаться от введения каких-либо искусственных технико-экономических показателей. Однако мы понимаем, что вопрос цены, в большинстве случаев является определяющим при выборе UPS . Вернемся к UPS и тем особенностям, техническим характеристикам, на которые необходимо обращать внимание при выборе оборудования.
Во первых, надо определиться для чего приобретается источник или система бесперебойного питания , что вы хотите защитить и от чего. Для этого определим, какие UPS существуют, и какой уровень защиты обеспечивает та или иная технология изготовления, а также список наиболее встречающихся неполадок в электросети. Наиболее часто встречающиеся неполадки в электросети:
- исчезновение напряжения,
- провал напряжения,
- повышение напряжения,
- понижение напряжения,
- электромагнитные и радиочастотные помехи,
- высоковольтный импульс,
- переходный процесс при коммутации,
- искажение синусоидальности напряжения.
off-line UPS - источник бесперебойного питания характеризуется наличием времени переключения с основной сети на работу от аккумуляторов. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. При работе от аккумуляторов на выходе инвертора степ волна. Небольшие габариты и простой дизайн. Ценовая ниша - самый дешевый. Защищает от 3-х неполадок в электросети.
line-interactive UPS - источник бесперебойного питания характеризуется наличием времени переключения с основной сети на работу от аккумуляторов. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. Имеет автотрансформатор благодаря чему может работать в широком диапазоне входных напряжений без перехода на аккумуляторы. При работе от аккумуляторов на выходе инвертора степ волна или синусоида. Привлекательный внешний вид, небольшие габариты. Ценовая ниша - небольшая цена для тех задач которые он может решать. Защищает от 5-ти неполадок в электросети.
on-line UPS - источник бесперебойного питания с двойным преобразованием защищает нагрузку от большинства неполадок в сети. Переход на работу с основной сети на работу от аккумуляторов происходит без разрыва синусоиды на выходе. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. Ценовая ниша - дорого, но это лучшее, что есть на данный момент. Защищает от 9-ти неполадок в электросети. Чаще всего причина приобретения UPS инициировано только одной неполадкой в электросети - исчезновением напряжения и стремлением, обеспечить корректное завершение задач или технологических циклов. Однако нельзя забывать, что UPS решает большое количество задач, таких как стабилизация напряжения, устранение помех и искажений, информационная защита и т. д. Поэтому рассмотрим характеристику, с которой обычно начинается выбор оборудования - мощность. В данной части будут рассматриваться только UPS построенные по технологии on-line.
Мощность UPS - номинальная выходная мощность источника (мощность инвертора UPS ). Указывается в ВА. Обычно выходная мощность UPS указывается в названии самого источника, или указывается через слеш, дефис, таким образом мощность аппарата легко читается в названии. Следующее что необходимо узнать это соотношение активной мощности и полной на выходе инвертора, или так называемый коэффициент мощности Pf.
Коэффициент мощности.
Коэффициент мощности - величина очень универсальная и характеризует не только выходные данные ИБП , как источника электрической энергии для потребителя, но и сам ИБП как нагрузку для трансформаторной подстанции, дизель-электростанции или другого источника электроэнергии. Определение:
Коэффициент мощности Pf - отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение Pf. равно 1.
Электрическая мощность (э. м.) - физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. При переменном токе произведение мгновенных значений напряжения и и тока i представляет собой мгновенную мощность: р = ui, т. е. мощность в данный момент времени, которая является переменной величиной. Среднее за период Т значение мгновенной Э. м. Называется активной мощностью.
Активная мощность (P) - среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока. А. м. Р зависит от действующих значений напряжения U и силы тока I и от косинуса j, где j - угол сдвига фаз между U и I. Единица измерения А. м. - ватт (Вт). В цепях однофазного синусоидального тока Р = UI cosj. Активная Э. м. характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, световую и т. п.). Э. м., характеризующая скорость передачи энергии от источника тока к приёмнику и обратно, называется реактивной мощностью.
Реактивная мощность (Q) - величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока. Р. м. Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока /, умноженному на синус угла сдвига фаз j между ними: Q = UI sinj. Измеряется в варах.
Полная мощность , кажущаяся мощность, величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S=U?I; для синусоидального тока (в комплексной форме) и связана с активной и реактивной Э. м. соотношением: S2= P2+ Q2 , где Р - активная мощность, Q - реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0). Измеряется в ва. Для цепей несинусоидального тока Э. м. равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник:
Для трехфазных цепей Э. м. определяется как сумма мощностей отдельных фаз.
Р. м., потребляемая в электрических сетях, вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения). В некоторых электрических установках Р. м. может быть значительно больше активной мощности. Это приводит к появлению больших реактивных токов и вызывает перегрузку источников тока. Для устранения перегрузок и повышения мощности коэффициента электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности. Для этой цели вполне подходят источники бесперебойного питания с высоким коэффициентом входной мощности.
чаще всего носит комплексный характер и коэффициент мощности не превышает 0.8, а для компьютеров составляет около 0.7. Таким образом, логично заключить, что выходной коэффициент мощности UPS или коэффициент мощности инвертора может быть не более 0.8, что и реализовано в большинстве моделей источников. Существует ряд моделей UPS, которые имеют инвертор с коэффициентом мощности равным 1. Такие источники имеют преимущество при работе с чисто активной нагрузкой (например, нагревательные элементы).Совсем другое дело, когда мы говорим о входном коэффициенте мощности. Если Pfвых. для UPS это характеристика нагрузки, то Pfвх характеризует влияние UPS на электросеть, т.е. то количество искажений, которые вносит аппарат во внешнюю сеть. Данная характеристика напрямую влияет на возможность работы UPS с другими источниками электроэнергии (дизель-генератор). Все фирмы стремятся увеличить этот показатель и приблизить его к 1, причем во всем диапазоне нагрузок. Для этого разработаны новые IGBT выпрямители и выпрямители с коррекцией коэффициента входной мощности. Пример тому выпуск новой линии UPS PW 9340 большой мощности фирмой POWERWARE , имеющими на входе IGBT выпрямитель с функцией коррекции коэффициента мощности. Одними из первых, кто стал применять UPS c IGBT выпрямителем финская фирма Fiskars, вошедшая в состав Exide Electronics./Powerware , и начавшая серийный выпуск аппаратов по такой технологии в 1996г. (модель Profile , новое название PW9150 ). Применение UPS с высоким коэффициентом входной мощности позволит получить экономию электроэнергии, особенно при работе с нагрузкой имеющий нелинейный характер. Приведем пример. В 2000 году на заводе по производству волоконно-оптического кабеля под Москвой была установлена система бесперебойного электропитания обеспечивающая работу всех технологических линий цеха. Мощность системы бесперебойного электропитания составила 480кВА. Система была построена на четырех параллельно работающих UPS . Во время испытаний на реальную нагрузку были произведены замеры токов, напряжений и мощности на входе и выходе системы бесперебойного питания.
- Потребляемая мощность системы бесперебойного электропитания - 187кВА/187кВт
- Коэффициент мощности - 1.0
- Мощность потребляемая цехом - 245кВА/169кВт
- Коэффициент мощности - 0.69 КПД системы 90.3%
К сожалению, потребителю электроэнергии приходится платить не за активную (полезную) мощность, а за полную мощность. Разница в мощности на входе и на выходе системы бесперебойного питания составила 58 кВА ! Необходимо учесть, что тариф за потребление электроэнергии с низким cosj (Pf) существенно выше. Таким образом, применение системы бесперебойного питания позволило не только защитить оборудование от исчезновения и провалов напряжения, но и получить существенную экономию электроэнергии.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что при выборе системы бесперебойного питания необходим комплексный подход, который позволит решить не только сиюминутные задачи, но и получить дополнительные преимущества. Применение современных UPS (аналогичных сериям PW 9150 (Powerware 9150), PW 9155 (Powerware 9155), PW 9305 (Powerware 9305), PW 9340 (Powerware 9340), PW 9370 (Powerware 9370) ) позволяет решать задачи энергосбережения. .
"Электросистемы"
Соколов С.В. директор по развитию ТХ "Электросистемы"
