+7 (499) 322-94-40
Показать меню
Скрыть меню

Инжиниринг

Инжиниринг ИБП

Как гласит народная мудрость – «всякий дом хозяином держится». Современный дом во многом держится стабильным, безаварийным энергоснабжением. О чем заботливый, радивый хозяин, ради того, чтобы трудиться, отдыхать и спать спокойно, всегда позаботится, своевременно обогатив себя полезными и актуальными знаниям в этой сфере.

Когда вы решили, что вашему предприятию, цеху, любимому станку, отцу-кормильцу офисному серверу или домашнему оборудованию нужна надежная защита электропитания, то первое логичное решение подобрать нужный ИБП. Однако не все ИБП на рынке подходят именно для вашей сети, для вашего оборудования. Не подходят или своими техническими параметрами (требуется нестандартное выходное напряжение, например), или цена немножко «кусается», или имеются какие-то особые специфические условия и, соответственно, требования к эксплуатации ИБП. Чаще всего ИБП по индивидуальному заказу требуются для телекоммуникационного оборудования, в ЦОД, в медицине и научно-исследовательской работе или в некоторых промышленных отраслях. Распространенной причиной спроса на заказной инжиниринг ИБП является и то, что большинство оборудования работает на переменном токе, а в устройствах постоянного тока чаще используются напряжения с нестандартными параметрами (и при этом с требованиями «чистого» синуса на выходе).

Инжиниринг ИБП должен предусматривать требования следующих международных стандартов:

  • IEC 62040-1;
  • IEC 60364-4-42;
  • IEC 60664;
  • IEC 60755;
  • IEC 62040-2:2005.
  • Рассмотрим основные этапы проектирования ИБП.

    1. Определяется, какое оборудование подлежит запитыванию от ИБП.

    На этом этапе выясняется, что представляет из себя нагрузка: какие устройства, какое количество потребителей, постоянный или переменный ток требуется для нагрузки. Если оборудование обоих видов питания, то определяется их соотношение, какого напряжения – переменного или постоянного – требуется больше и на сколько.

    2. Каким электричеством запитывается нагрузка – однофазным или трехфазным.

    Однофазное электропитание это то, что в домашней или офисной розетке – основное питание в квартирах и офисах – это большинство небольших корпоративных компьютерных мощностей, IT-комплексы малых и средних ЦОД, объекты с незначительным наличием оборудования с электродвигателями. Для таких объектов может быть разработано ИБП небольшой – средней мощности, в объеме стойки или шкафа и менее. Трехфазное питание это уже для потребителя более крупных объемов мощностей.

    3. Линейная или нелинейная нагрузка.

    Определяется линейность/нелинейность нагрузки. В связи с этим важной характеристикой является крест-фактор (коэффициент амплитуды), то есть способность ИБП питать нагрузку импульсным током.

    Коэффициент амплитуды тока с прямоугольной формой К = 1.

    Ток, у которого форма синусоидальная, К = 1,41.

    Для оборудования с импульсным блоком питания коэффициент амплитуды (при прямом питании от внешней сети) может быть равен 4, а в критические ситуации доходить до 5.

    Инжиниринг

    Не всякий потребитель может работать с напряжением аппроксимированной формы, некоторым требуется только «чистая» синусоидальность. Но всякий – от «чистой», но она усложняет и удорожает источники бесперебойного питания. Крест-факторная величина характеризует отношения потребителя и источника, поэтому необходимо соотноситься с конкретным потребителем и конкретными техпараметрами ИБП, т. к. форма напряжения на его выходе способна оказаться очень далекой от идеальной синусоиды. Например, если для питания персонального компьютера будет использоваться ИБП с чистой синусоидой, то крест-фактор будет примерно от 2 до 3. Если с аппроксимированной синусоидой, то примерно 1.4-1.9. Причем это для установившегося рабочего режима, но надо принимать во внимание еще и влияние промежуточных режимов (запуска, сброса и т.д.) с их переходными процессами.

    4. Определение мощности ИБП.

    Очень важный этап при разработке и выборе источника бесперебойного питания. Любой просчет может обернуться большими потерями затраченных сил, времени и финансов. Номинал мощности должен быть не ниже максимального ее потребления нагрузкой. Мощность ИБП, как правило, рассчитывают или принимают (в ваттах или вольт-амперах), исходя из суммы мощностей всех потребителей, с достаточным запасом. Запас должен учитывать еще и перспективу модернизации и расширения парка оборудования. Запас добавляется примерно порядка 20%, если нет особых эксплуатационно-технических поводов к его увеличению – все-таки более мощное ИБП хорошо, но это более крупные финансовые затраты и, кроме того, завышение мощности ИБП вызывает увеличение времени его срабатывания. Знание мощности будущего ИБП еще более сокращает определение его функционального типажа.

    5. Определение основных задач ИБП, для чего требуется резервирование.

    Необходимо проанализировать, какие у заказчика ИБП в офисе, на предприятии и в местности, где располагается оборудование, возникают наиболее характерные проблемы с электропитанием, какова их частота, продолжительность и специфика. Важно понять с какими именно угрозами предстоит работать ИБП.

    Основной перечень внештатных ситуаций с энергообеспечением, с которыми может столкнуться любой из нас, но с какими-то чаще, с какими-то реже:

    - полные отключения электропитания (возможные причины: удары молний, сетевые перегрузки, обрывы линий, аварийные и стихийные события);

    - кратковременные понижения электроннапряжения (включение большого количества нагрузок, различные переключения электропитания, молнии, сетевые неисправности, питающая сеть не справляется с нагрузкой), могут стать причиной не только отключений оборудования, но и ее повреждений;

    - кратковременные всплески (превышение более 110 % номинала) напряжений (при ударе молнии, например, иногда достигают 6 кВ);

    - длительные понижения напряжения (на несколько минут, иногда несколько суток);

    - длительные повышения электронапряжения (на несколько минут, иногда несколько суток);

    - помехи электромагнитного и радиочастотного характера (возможная причина: высокочастотные или электромагнитные излучения от передатчиков, сварочного оборудования, молний и др.);

    - частотная нестабильность (возможные причины: запуск и разгрузка электрогенераторов и подстанций);

    - искажения выходного сигнала по форме (причина – работа нелинейной нагрузки, импульсных источников электропитания, электроприводов и электродвигателей, имеющих частотное регулирование (например, среди них – копировальной техники)).

    6. Определение основных рабочих режимов нагрузки.

    На этом этапе инжиниринга ИБП выясняется, в каком режиме предстоит работать ИБП (постоянный, периодические включения, полную рабочую смену), когда пиковое потребление, с какой периодичностью.

    7. Выбор централизации ИБП.

    В зависимости от конфигурации нагрузки, ее месторазмещения, очередности включения, удобств подводки питания к ИБП выясняется, что предпочтительней – питание всей группы потребителей одним мощным ИБП или рассредоточить ее на подгруппы и запитывать их несколькими меньшей мощности. И тот, и другой вариант имеют свои плюсы и минусы, поэтому все определяет конкретная ситуация с конкретным набором электрооборудования и условий ее эксплуатации.

    Так, один мощный ИБП для всех потребителей требует обычно жесткого подключения к щиту-распределителю. Причем часто для разводки питания по потребителям требуется не один, а несколько таких щитов. Этого недостатка лишены ИБП меньшей мощности – они ставятся непосредственно вблизи от нагрузки. Зато большие ИБП долговечнее и работают на 3-фазном питании, что эффективнее и менее затратно.

    Надо помнить и о том, что в смысле общего инжиниринга системы бесперебойного питания выбор в пользу «большого» варианта или в пользу нескольких «малых» будет, в том числе, определять и объем будущих электромонтажных работ на объекте.

    На этом же этапе, как правило, намечается схема распределения питания. Если заказчиком ИБП является некая производственная структура или офисное учреждение с несколькими отделами, то надо четко определить, для оборудования или серверов какой структурной единицы необходимо автономное питание, а какие для более эффективного, экономичного и удобного энергообеспечения сгруппировать в минигруппы.

    8. Определение продолжительности работы ИБП в автономном режиме.

    Для того чтобы обеспечить более длительное время работы ИБП в автономном режиме требуется достаточно большой объем емкости аккумуляторного блока ИБП.

    Прикидочный расчет емкости АКБ для автономного режима ИБП.

    Резервное время питания нагрузки зависит от двух основных параметров – мощности, потребляемой нагрузкой, и от емкости АКБ. При этом надо помнить, что между этими величинами нет линейной зависимости. Однако оценочный расчет позволят упростить ее до линейной. И тогда время, необходимое для резервной работы ИБП на аккумуляторах, выражается следующим образом:

    Tрезерва = EАКБ • UАКБ / Pнагрузки;

    Здесь: EАКБ – величина емкости батарей; UАКБ – величина напряжения батарей, требуемая для питания нагрузки; Pнагрузки – величина мощности всех потребителей.

    И тогда отсюда потребная емкость аккумуляторов:

    EАКБ = Tрезерва • Pнагрузки / UАКБ .

    Для несколько более точного расчета емкости правую часть формулы еще умножают на ряд коэффициентов:

    - Ккпд инвертора примерно 0.7- 0.8;

    - Кразряда АКБ примерно 0.7 - 0.9;

    - Кзависимости емкости от температуры примерно 0.7-1.0.

    Работа АКБ, как известно, зависит от температуры нагрева, поэтому для более точного определения емкости инжиниринг ИБП должен учитывать тот температурный режим, в котором предстоит работать ИБП и его аккумуляторам в реальных условиях.

    Величина времени резервирования оказывает существенное влияние на стоимость проектируемого комплекта бесперебойного питания, поэтому в поисках более экономичного варианта стоит тщательно проанализировать выбор реальной длительности автономной работы.

    9. Определение типа ИБП.

    Имея представление о нагрузке и о возможных проблемах, которые могут у нее возникнуть с электропитанием, нужно определиться какую степень защиты должен обеспечить проектируемый ИБП, то есть на каком принципе действия будет базироваться его конструкция.

    1. ИБП резервные (оff-line)-типа.

    Инжиниринг

    2. ИБП линейно-интерактивные.

    Инжиниринг

    3. ИБП с двойным преобразованием (оn-line)-типа.

    Инжиниринг

    Определение схемы ИБП будет в дальнейшем проектировании влиять на состав и архитектуру внутреннего устройства.

    10. Основные блоки и элементы ИБП.

    1. Выпрямитель. Преобразователь переменного входного напряжения от внешней сети в постоянное. Бывают следующих видов:

    - диодные (практически вышли из употребления);

    - на тиристорах, шести-импульсные, их минус – малые коэффициенты мощности, вывод: если мощность ИБП должна быть достаточно высокой, лучше брать за основу выпрямляющего устройств двенадцатиимппульсную тиристорную схему;

    - выпрямители на двенадцати-импульсной тиристорной схеме;

    - выпрямители на схеме с полевыми транзисторами высокой мощности, достоинства: активная коррекция входного коэффициента мощности;

    - выпрямляющие устройства IGBT-типа, у них очень хорошие параметры, но и повышенная чувствительность к качеству электричества во внешней сети, в связи с чем их лучше использовать с электросетями высококачественного напряжения.

    На 3-фазные сети обычно берут ИБП с выпрямительными блоками на шести или двенадцати-импульсных схемах. Для 1-фазных – двух или четырех-импульсные.

    2. Инверторные устройства. Преобразуют постоянный ток в переменный для последующей подачи потребителю. Применяют следующего вида:

    - вырабатывающие прямоугольный по форме сигнал;

    - с аппроксимированным по форме напряжением;

    - с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

    Наличие у выпрямителя ШИМ позволяет получать форму «чистой» синусоиды. “Интеллектуальными” инверторными устройствами осуществляется автоматическая коррекция кривой выходного сигнала для нелинейной нагрузки.

    3. Наличие ТНД-фильтра. Иногда, при проектировании ИБП (on-line)-типа на его входе такой фильтр предусматривают для снижения нелинейности характеристики входного сигнала.

    Особенности запитываемой нагрузки могут продиктовать установку в ИБП и других компонентов. Таких, как: стабилизатор, изолирующий трансформатор, контроллеры. Техническое задание заказчика на проектирование ИБП может также подтолкнуть к более сложному его устройству с той или иной степенью «интеллектуальных» возможностей.

    11. Необходимость резервирования.

    Для реализации определенной степени надежности ИБП на этапах проектирования может закладываться использование какого-либо из двух вариантов резервирования: параллельное или последовательное.

    12. Закладывание перспектив увеличения возможностей ИБП.

    Уже начальные этапы проектирования ИБП должны учитывать перспективу обновлений и наращивания его выходных мощностей, емкости АКБ, мониторинговых и управленческих решений в ИБП. При этом в основе должны лежать оптимизация и экономичность подхода.

    13. Выбор места установки ИБП.

    Расчет мощности, потребной емкости аккумуляторов и основных блоков ИБП позволят определить габариты и вес проектируемого ИБП и аккумуляторных блоков. Эти данные помогут подобрать наиболее подходящее место для его установки. При этом необходимо оценить достаточно ли пространства с учетом требований по вентиляции, будущего обслуживания ИБП, выдержит ли массу всего оборудования конструкция пола, имеется ли достаточно возможностей для доставки ИБП именно его габаритов по имеющимся лестницам и через имеющиеся дверные проемы.

    Правила портала и отказ от ответственности
    Информационный специализированный ресурс vseibp.ru
    Проект B2B-Studio.ru
    Перейти к полной версии Перейти к мобильной версии