Выбор ИБП - Источник бесперебойного питания

Качество электропитания в нашей электросети заставляет всерьез задуматься о выборе источника бесперебойного питания. Проблемы в сети могут быть незначительного характера, но могут и перерасти в настоящую катастрофу для организаций, пользователей персональных компьютеров и для промышленных объектов. Могут случаться и пропадание питания, и завышенное напряжение, и импульсные радиопомехи. Вот почему так необходимо порой найти точную, полную информацию о принципах работы и типах конкретных ИБП.

Ниже приводится основной список технических характеристик и электрических параметров ИБП.

Номинальное значение входного напряжения: для однофазных ИБП это 220В, для трехфазных - 380 В.

Допустимые отклонения от номинального входного напряжения - это диапазон, в котором ИБП работает в сетевом режиме, при выходе из которого, ИБП переходит в автономный режим.

Номинальной входной полной мощностью является мощность сети в нормальных условиях эксплуатации при полном коэффициенте нагрузки

Номинальная входная активная мощность - это потребление энергии на входе ИБП при номинальной нагрузке.

Входной коэффициент мощности – это отношению активной входной мощности к полной при номинальном входном напряжении и полной нагрузке.

Максимальный входной ток – это внешний автомат защиты источника бесперебойного питания.

Величина пускового тока – это скачек входного тока от заряда накопительных конденсаторов при включении ИБП.

Выходной коэффициент мощности – это коэффициент мощности нагрузки обеспечивающий наибольшую энергоэффективность потребления от ИБП.

Номинальная полная выходная мощность - полная мощность, подаваемая на ИБП при обычных условиях эксплуатации.

КПД - отношение выходной активной мощности, потребляемой нагрузкой, к входной активной мощности, потребляемой источником бесперебойного питания из сети.

Ток короткого замыкания инвертора зависит от перегрузочных способностей источника бесперебойного питания.

Предельное время работы ИБП определяется энергией заряженной аккумуляторной батареи при отсутствии питании.

Время восстановления заряда аккумуляторной батареи – время, требующееся аккумуляторной батарее для полного перезаряда, пока происходит переход из автономного режима в сетевой (прямо пропорционально емкости батареи).

ИБП резервного типа (Off-line, Back UPS, Standby, Passive Standby) оснащены резервной схемой обеспечения, которая переключается автоматически в случае сбоев. Обычно питание подается от внешней электрической сети напрямую, при этом фильтруются скачки напряжения и электромагнитные наводки. Если показатели электропитания выше стандартных, или отключается электричество, то оборудование автоматически начинает получать питание от встроенных аккумуляторов через встроенный инвертор. При устранении сбоев напряжения и восстановлении до стандартных значений, опять происходит переход на питание от первичной внешней электросети.

Линейно-интерактивный тип ИБП обеспечивает стабильное напряжение на выходе, а частота на входе и выходе совпадает. Принцип работы данного типа подразумевает под собой, что инвертор ИБП подключен параллельно к электрической сети и работает в двух режимах: анализ качества электропитания в сети, регулировка и стабилизация выходного напряжения ИБП. При этом батареи заряжаются. Кроме того, в линейно-интерактивных ИБП есть аппаратные узлы, расширяющие диапазон входного напряжения (основу составляет автотрансформатор с переключаемыми обмотками). Напряжение на выходах удерживается на требуемом уровне без перехода на питание от батарей. Происходит реакция на изменения во входной электросети, выходное напряжение регулируется.

Для расчета мощности ИБП необходимо прежде всего определиться с оборудованием, которое нужно защитить от перепадов энергии, определить суммарное номинальное потребление энергии, понять, есть ли нагрузка с пусковыми токами.

Далее следует

Мощность ИБП без резервного модуля определяется путем выбора большего: сумма номинальной нагрузки и роста, умноженная на 1,2 (учитываем загрузку ИБП на 80%) или же ИБП с учетом перегрузки, покрывающий пусковые токи нагрузки (перегрузочную способность будем считать равной около 110-120%).

Допустим, у нас есть персональный компьютер с мощностью блока питания 400 Вт, монитор 40 Вт, акустическая система 5 Вт, принтер 17 Вт. Итого: 462 Вт. Полную мощность (в вольт-амперах) составит 462×1,4= 647 В·А (1 В·А равен 1,4 Вт).

В целом же мощность ИБП должна соответствовать совокупной мощности всех устройств, запитанных от него. И нужно помнить также о запасе по мощности, хотя бы в 20-30%. Очевидно, что чем больше емкость аккумулятора - тем дольше время автономной работы ИБП.

В мощных промышленных котлах могут быть два и более насосов. Котел с одним насосом потребляет при включенном насосе 90-150Вт, ему достаточно стабилизатора или ИБП мощностью до 300 Вт. Соответственно, есть два насоса в системе, необходим ИБП как минимум 400-500Вт.

Для расчета мощности ИБП для ЦОД не всё так просто. Необходимо понять какой уровень отказоустойчивости вам нужен. Он же включает в себя время простоя в год, схему резервирования.

Примерный расчет потребления электроэнергии приведен в таблице 1.

Таблица 1

Расчёт по упрощённой формуле:

где:

Т ар - Время автономной работы, час;

С ак- Ёмкость одного аккумулятора, А*ч;

U ак- Напряжение одного аккумулятора, В;

N г- Количество групп аккумуляторов;

Р наг - Постоянная мощность нагрузки, Вт.

Расчёт времени автономной работы ИБП по уточнённой формуле:

где:

Т ар - Время автономной работы, час;

С ак- Ёмкость одного аккумулятора, А*ч;

U ак- Напряжение одного аккумулятора, В;

N аг- Количество аккумуляторов в группе;

N г- Количество групп аккумуляторов;

КПД- Коэффициент полезного действия ИБП;

К г- Коэффициент глубины разряда батарей, принимается равным 0,8 – 0,9 в зависимости от типа и изношенности батарей;

К т- Коэффициент, зависящий от температуры, при которой эксплуатируются аккумуляторные батареи (при температуре 25 °С принимается равным 1, при температуре 0 °С принимается равным 0,88);

К вр- Коэффициент, зависящий от времени разряда аккумуляторных батарей. При 10-ти часовом разряде принимается равным единице;

Р наг - постоянная средняя мощность нагрузки, Вт.

Существует несколько видов аккумуляторов.

Чтобы вычислить максимальную мощность ИБП нужно перемножить номинальную мощность ИБП и коэффициент мощности. В итоге можно получить число, показывающее максимальную активную мощность, которую сможет обслуживать источник бесперебойного питания. Коэффициент мощности нагрузки (Power Factor, P) определяет, какая часть мощности, предоставляемой источником электроэнергии, действительно потребляется оборудованием (активная мощность). Как правило, P вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности (измеряется в ваттах, Вт) к полной поступающей мощности (измеряется в вольт-амперах, ВА):

коэффициент мощности (Р) = активная мощность (Вт)/полная мощность (ВА).

Порой нелегко подобрать конфигурации источника бесперебойного питания для той или иной задачи. Во-первых, нужно знать общую мощность всех потребителей энергии, для которых нужно будет обеспечить бесперебойное питание. Далее следует выбрать ИБП, мощность которого составит примерно на 20 % больше максимального значения нагрузки. Потом необходимо собрать данные о емкости внешних аккумуляторных батарей, учитывая нужное время резервирования.

Лучше всего, если есть возможность распределить нагрузку на потребляющие группы, а далее исходить уже из того, какие потребители будут наиболее важны и приоритетны. Если Вам предстоит выбрать определенную конфигурацию ИБП и аккумуляторов для них, то необходимо помнить, что, если запас мощности будет увеличен, то это не значит, что длительности запаса будет тоже увеличиваться. Выбирая ИБП мощнее, Вы повышаете мощность нагрузки, а для продления времени резерва нужно повышать емкость внешних аккумуляторных батарей.

Здесь нужно знать два параметра: мощность полезной нагрузки и общую емкость всех аккумуляторных батарей. В большинстве случаев этого хватит, чтобы рассчитать время резерва:

T=E*U/P (часов),

где: Е - емкость аккумуляторов, U - напряжение аккумуляторов, Р - мощность нагрузки всех подключаемых приборов.

Другой, более точной формулой расчета послужит формула:

T = E * U / P * KPD * KRA * KDE (часов),

где KPD (коэффициент полезного действия инвертора, не выходящий за рамки 0,7—0,8);

KRA (коэффициент разряда аккумуляторов, не выходящий за рамки 0,7—0,9);

KDE (коэффициент доступной емкости, не выходящий за рамки 0,7—1,0).

Так же, можно воспользоваться готовыми таблицами значения времени резерва производителей ИБП.

Существует несколько вариантов увеличения резервного питания нагрузки.

Первый – повышение емкости внешних батарей, что ведет, увы, к покупке дорогих аккумуляторов для заряда, плюс затраты на помещение с соответствующими требованиям условиями для хранения батарей.

Второй – понижение нагрузки. Разбиваем нагрузку на группы и, исходя из этого, обеспечиваем питание для каждой из них.

И, наконец, третий способ – это обслуживание батарей ИБП и его качество. Существует ряд правил, которых необходимо придерживаться для оптимальной работы источников бесперебойного питания (чистота, температура и т. д.). Не стоит забывать об обслуживании аккумуляторов (заряд/ разряд, контроль срока службы, своевременная замена).