Как выбрать ИБП
Примерно через месяцев работы стоимость данных, хранящихся на новом рабочем компьютере, начинает превышать стоимость самого компьютера. В случае с сетевым сервером такая ситуация может возникнуть уже через несколько недель после его установки.
В 50 — 70% случаев причиной сбоев в работе электронных приборов является некачественное электроснабжение. При сбое электропитания одна некорректная сессия записи данных может разрушить всю файловую систему.
Даже если сбои и не приводят к катастрофическим последствиям сразу, то спустя некоторое время чувствительная электронная начинка вашего ПК может попросту «взбунтоваться» постоянных циклов включения/выключения.
В России получили известность данные исследований, проведенных в США фирмами Bell Labs и IBM. Согласно данным Bell Labs и IBM (США), каждый персональный компьютер подвергается воздействию 120 нештатных ситуаций с электропитанием в месяц.
Виды сбоев электропитания
Вид сбоя электропитания
- перегруженная сеть
- неустойчивая работа системы регулирования напряжения сети
- подключение потребителей, совокупная мощность которых сравнима с общей мощностью участка электрической сети
- перегрузки блоков питания электронных приборов и уменьшение их ресурса
- отключение оборудования при недостаточном для его работы напряжении
- выход из строя электродвигателей
- потери данных в компьютерах
- недогруженная сеть
- недостаточно эффективная работа системы регулирования
- отключение мощных потребителей
- выход из строя оборудования
- аварийное отключение оборудования с потерей данных в компьютерах
- атмосферное электричество
- включение и отключение мощных потребителей
- запуск в эксплуатацию части энергосистемы после аварии
- выход из строя чувствительного к качеству питания оборудования
- включение и отключение мощных потребителей
- взаимное влияние электроприборов, работающих неподалеку
- сбои при выполнении программ и передаче данных
- нестабильное изображение на экранах мониторов и в видеосистемах
- срабатывание предохранителей при перегрузках
- непрофессиональные действия персонала
- аварии на линиях электропередач
- потери данных в компьютерах
- выход из строя жестких дисков на очень старых компьютерах
Гармонические искажения напряжения
- в сети преобладает нелинейная нагрузка, оснащенная импульсными блоками питания (компьютеры, коммуникационное оборудование)
- неправильно спроектированная электрическая сеть, работающая с нелинейными нагрузками
- перегрузка нейтрального провода
- помехи при работе чувствительного оборудования (радио— и телевизионные системы, измерительные приборы и т.д.)
- сильная перегрузка энергосистемы в целом
- потеря управления системой
- перегрев трансформаторов
- нестабильная частота как индикатор неправильной работы всей энергосистемы или ее существенной части (для компьютеров изменение частоты само по себе не страшно)
Характеристики ИБП (UPS):
- выходная мощность, измеряемая (VA) или ваттах (W);
- время переключения, то есть время перехода ИБП (UPS) на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, ms);
- время автономной работы, определяется емкостью батарей и мощностью подключенного к ИБП (UPS) оборудования (измеряется в минутах, мин.);
- ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП (UPS) в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, V);
- срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно 5 и 10 лет).
Основные электрические параметры ИБП (UPS)
Выходная мощность ИБП (UPS)
Выходная мощность ИБП (UPS) определяется как произведение напряжения (в вольтах, V) на силу тока (в амперах, А).
Мощность, потребляемая нагрузкой, определяется как произведение выходной мощности ИБП (UPS) , VA) на коэффициент мощности нагрузки (Power Factor, PF).
Следует выбирать такой ИБП (UPS), для которого выполняется следующее условие:
P — выходная мощность ИБП (UPS) (VA), Wн — мощность, потребляемая нагрузкой (VA),
PF — коэффициент мощности, который для персональных компьютеров принимается равным 0,7.
Обычно величина потребляемой мощности указана на наклейке, расположенной на задней крышке устройств.
Форма выходного напряжения ИБП (UPS)
Источник бесперебойного питания является временным заменителем электрической сети для подключенного к нему оборудования.
В электрической сети напряжение имеет синусоидальную форму или форму, близкую к синусоиде. Разумеется, все компьютеры и другое оборудование, предназначенное для питания от сети переменного тока, рассчитано именно на синусоидальное напряжение. Но почти все виды оборудования, в том числе компьютеры, могут более или менее нормально работать с напряжением, которое очень сильно отличается от синусоидального.
Раньше некоторые ИБП (UPS) с переключением имели выходное напряжение в форме меандра (прямоугольных импульсов разной полярности).
Для того чтобы среднеквадратическое и амплитудное значение прямоугольного напряжения были равны соответствующим значениям синусоидального напряжения, производители современных ИБП (UPS) с переключением слегка изменили форму меандра, введя паузу между прямоугольными импульсами разной полярности.
Рис. 2. Меандр с паузой.
Напряжение такой формы производители ИБП (UPS) называют «ступенчатым приближением к синусоиде» (англ. — stepped approximation to a sine wave). Эта форма кривой позволяет, при правильно подобранных амплитуде напряжения и длительности пауз, выполнить требования разных нагрузок. Например, при длительности паузы около 3 мс (для частоты 50 Гц) действующее значение напряжения совпадает с действующим значением синусоидального напряжения той же амплитуды.
Реальная форма выходного напряжения ИБП (UPS) с переключением приведена на рис. 3.
Рис. 3. Осциллограммы напряжения и тока персонального компьютера, подключенного к ИБП (UPS) с переключением.
На этой же осциллограмме приведена и кривая потребляемого компьютером тока. Cильные импульсные токи, потребляемые компьютером в моменты начала и конца прямоугольного импульса, не влияют на работу компьютера. Они полностью подавляются блоком питания компьютера, на выходе которого наблюдается постоянное напряжение с обычным уровнем пульсаций.
Компьютер, защищаемый ИБП (UPS) с переключением, питается несинусоидальным напряжением только в моменты работы ИБП (UPS) от батареи (т.е. очень кратковременно). При работе ИБП (UPS) от сети компьютер питается сетевым напряжением, сглаженным с помощью встроенных в ИБП (UPS) фильтров шумов и импульсов.
Подавление шумов
Шумы — это небольшие случайные отклонения напряжения от номинала, в основном высокочастотные. Шумы подавляются входными фильтрами ИБП (UPS). Степень подавления зависит от частоты шума. В среднем, у ИБП (UPS) подавление шума составляет от 10 Дб при частоте 0,15 МГц до 50 Дб при частоте 30 МГц.
Подавление импульсов
В мире существуют несколько стандартов, описывающих требования к ИБП (UPS) относительно защиты от импульсов.
Наиболее распространенный стандарт относится к типичным офисным условиям и подразумевает испытание ИБП (UPS) путем подачи на его вход импульса напряжением 3000 В. В ИБП (UPS) разных типов используются разные технологии подавления импульсов. В оффлайновых моделях ИБП (UPS), как правило, используется варисторная защита от импульсов. Простой и эффективный варисторный шунт может подавлять импульсы с токами огромной амплитуды.
Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия — это отношение мощности, потребляемой нагрузкой ИБП (UPS) к полной потребляемой ИБП (UPS) мощности. Чем выше КПД, тем эффективнее используются энергоресурсы. КПД ИБП (UPS) может колебаться от 85 до 97% в разных классах и при разных режимах работы устройств.
Время работы от батареи
Для большинства обычных офисных ИБП (UPS) небольшой мощности время работы от батареи при максимальной нагрузке составляет 4−15 минут.
Если нагрузка ИБП (UPS) меньше максимальной, то время работы от батареи увеличивается. нелинейности разрядной кривой аккумуляторной батареи это увеличение не пропорционально уменьшению нагрузки. Если нагрузка уменьшилась вдвое, то время работы может увеличиться в 2.5−5 раз, если втрое, то время увеличивается в 4−9 раз и т.д.
ИБП (UPS) большой мощности и некоторые ИБП (UPS) малой мощности имеют возможность увеличения времени автономной работы за счет замены батареи на батарею большей емкости или установки дополнительной батареи. Батарея большей емкости может устанавливаться в том же корпусе или может устанавливаться дополнительный корпус для батареи.
Коэффициент мощности. Ватты
Знать мощность подключенного к ИБП (UPS) оборудования необходимо для того, чтобы не превысить предельную допустимую нагрузку ИБП (UPS). Но нагруженность (или перегруженность) ИБП (UPS) определяется не только тем, какая мощность выделилась в нагрузке, а еще и тем, какой ток течет через ИБП (UPS). Поэтому при указании предельной для ИБП (UPS) нагрузки обычно указывают максимальную полную мощность и максимальную активную мощность в ваттах.
Выбирать ИБП (UPS) нужно так, чтобы максимальная мощность нагрузки не превышала максимальной мощности ИБП (UPS).
Полная мощность нагрузки должна быть меньше номинальной полной мощности ИБП (UPS) (нужно сравнивать — ВА). А активная мощность нагрузки не должна превышать номинальной активной мощности ИБП (UPS) (нужно сравнивать ватты — Вт).
Для разных нагрузок и разных ИБП (UPS) ограничением может быть или полная, или активная мощность. Чаще всего (для компьютерных нагрузок) ограничением является полная мощность.
- ИБП
- Источники бесперебойного питания (ИБП)
- Стабилизаторы напряжения
- Электростанции
- Промышленные кондиционеры
- Чиллеры
- Фанкойлы
- Аккумуляторы для UPS
- Powerware
- Фальшпол
- Электротехническая продукция
- Прайс-лист
- Компрессоры
Выбор ИБП: ватты и вольт-амперы — извечная путаница: Номинальная мощность ИБП
ИБП имеют максимальные характеристики и в ваттах, и в вольт-амперах. Недопустимо превышение ни тех, ни других параметров.
Для небольших ИБП фактическим отраслевым стандартом является номинал в ваттах, составляющий приблизительно 60% от вольтамперной характеристики, это обычный коэффициент мощности большинства ПК. В некоторых случаях производители указывают только вольтамперную характеристику ИБП. Для небольших ИБП, рассчитанных на компьютерные нагрузки, для которых определен лишь вольтамперный показатель, можно использовать допущение, что номинальная мощность ИБП в ваттах составляет 60% от указанной фиксируемой мощности в вольт-амперах.
В более крупных ИБП в последнее время основное внимание уделяется мощности ИБП в ваттах, при этом номиналы ИБП в ваттах и вольт-амперах обычно равны, поскольку для обычных нагрузок эти характеристики идентичны. Более подробную информацию по вопросам коэффициента мощности крупногабаритных систем и вычислительных центров см. в Информационной статье АРС 26 Опасности, связанные с гармонически ми колебаниями и перегрузками нейтрали.
Дата публикации: 18.02.2011
Энергетические показатели ИБП переменного тока.
Рассмотрены вопросы эффективности использования и потребления электрической энергии, нагрузочные, перегрузочные и переходные характеристики современных источников бесперебойного питания (ИБП) переменного тока.
Основные понятия и соотношения
Энергетические показатели источников бесперебойного питания (ИБП , UPS) характеризуют эффективность использования, эффективность потребления электрической энергии, нагрузочные и перегрузочные характеристики системы.
Коэффициент полезного действия (К.П.Д.) характеризует эффективность использования оборудования и представляет отношение выходной активной мощности к входной:
Тепловые потери — активная мощность, рассеиваемая оборудованием:
Полная мощность (S) — характеризует величину загруженности сети оборудованием, равна произведению действующих значений напряжения и тока:
и определяется тремя составляющими мощности:
где P — активная мощность (Вт), Q — реактивная мощность (ВА р ), Т — мощность искажения (ВА). Для линейных нагрузок имеем Т=0.
Коэффициент мощности (Кр) — характеризует эффективность потребления энергии и представляет отношение активной мощности к полной:
где ? 1 — фазовый сдвиг между первыми гармониками напряжения и тока, К ни — коэффициент нелинейности:
где I 1 — действующее значение первой (основной) гармоники тока, I — действующее значение несинусоидального периодического тока:
I n — действующее значение «n «- гармоники тока, n — порядок высшей гармоники тока.
Энергетический коэффициент — обобщенный показатель эффективности оборудования:
Коэффициент искажения синусоидальности — характеризует степень отклонения формы периодической кривой тока от синусоидальной.
По определению ГОСТ 13109-97 [1] имеем:
Без учета гармонических составляющих, значения которых менее 0,1%, допускается расчет коэффициента искажения по следующему выражению:
Коэффициент нелинейности , влияющий на значение коэффициента мощности, может быть представлен через коэффициенты искажения синусоидальности:
Коэффициент амплитуды (крест-фактор) представляет отношение амплитудного (пикового) значения тока к действующему:
Для синусоидальной формы тока имеем
, а при несинусоидальной —
Коэффициент нагрузки — полная мощность нагрузки, отнесенная к номинальной мощности оборудования:
Коэффициент передачи полной мощности в нагрузку — отношение предельно допустимой мощности нагрузки к номинальной полной мощности оборудования:
Нагрузочная характеристика — зависимость коэффициента передачи полной мощности от значения коэффициента
Внешняя характеристика — зависимость выходного напряжения от коэффициента нагрузки при номинальном входном напряжении и заданном коэффициенте мощности нагрузки.
Перегрузочная характеристика ИБП — время-токовая зависимость, определяющая способность ИБП выдерживать перегрузку в течение некоторого времени.
Ток короткого замыкания инвертора I кз — способность инвертора при его внешнем коротком замыкании отдавать ток, кратный номинальному значению выходного тока, в течение определенного времени. Согласно ГОСТ 27699-88 [2] инвертор должен обеспечить I кз = 2xI ном в течение 0,1секунды.
Представление ИБП электрическим многополюсником
- цепь двойного преобразования энергии от сети (U вх 1);
- цепь BYPASS, обеспечивающая прямую передачу энергии от вспомогательного источника переменного тока к нагрузке (U вх 2);
- цепь преобразования энергии источника постоянного тока — аккумуляторной батареи (U вх 3).
- Передача энергии в нагрузку одновременно разрешена только по одному из входов ИБП.
Рис.1 Структурная схема ИБП с двойным преобразованием
В-ККМ — выпрямитель и корректор коэффициента мощности,
ИНВ — инвертор, ППН — преобразователь постоянного напряжения.
В зависимости от мощности ИБП, в структуре может присутствовать преобразователь постоянного напряжения ППН1 или ППН2.
Назначение ППН в структуре ИБП — поднять до определенного уровня напряжение от аккумуляторной батареи (ППН1) и стабилизировать напряжение питания инвертора, одновременно выполняя функцию ККМ (ППН2).
На рисунке 1 условно не обозначен блок зарядного устройства (ЗУ). Последний может быть реализован либо модулем AC/DC, подключенным ко входу U вх 1, либо модулем DC/DC, подключенным к шине питания инвертора, либо использован заряд аккумуляторной батареи (АБ) непосредственно от силового выпрямителя ИБП.
Современная топология ИБП с двойным преобразованием энергии рассмотрена в работе [3]. Для обобщения анализа энергетических показателей при разнообразии схемотехнических решений при реализации ИБП воспользуемся его представлением в виде электрического многополюсника (см. рис.2), свойства которого можно описать семейством характеристик: выходных, входных и переходных (системных).
Рис.2 Представление ИБП многополюсником
Входы 1-1′, 2-2′ и выход 4-4′ могут быть однофазными или трехфазными, в зависимости от фазности ИБП. Для ИБП 1/1 (однофазный вход — однофазный выход) входы и выход — однофазные. Для ИБП 3/1 (трехфазный вход — однофазный выход) вход 1-1′ — трехфазный, вход 2-2′ и выход — однофазные. Для ИБП 3/3 (трехфазный вход — трехфазный выход) все входы и выход — трехфазные.
Входы 1-1′, 2-2′ могут питаться от общей сети или от двух независимых источников переменного тока. Вход 1-1′ и выход 4-4′ необратимы, что соответствует невозможности осуществления режима рекуперации энергии из нагрузки в сеть. Коэффициенты мощности по входу и выходу в общем случае различны.
Вход 2-2′ и выход 4-4′ — обратимы, т.к. цепь Bypass представляет собой двунаправленную связь источника с нагрузкой, что позволяет осуществлять режим рекуперации энергии.
Вход 3-3′ (АБ) используется только при недопустимых отклонениях напряжений на входах 1-1′ и 2-2′.
Рассмотрим особенности характеристик ИБП с двойным преобразованием энергии и показатели его эффективности.
Выходные характеристики ИБП
- для однофазных ИБП : 700 ВА, 1000 ВА, 1500 ВА, 2000 ВА, 3000 ВА, 5 кВА,6 кВА, 10 кВА, (15) кВА;
- для ИБП с трехфазным входом и однофазным выходом: 8 кВА,10 кВА, 12 кВА,15 кВА, 20 кВА;
- для трехфазных ИБП: 8 , 10, 12, 15, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800 кВА.
Выходной коэффициент мощности (Кр вых ), указанный производителем, соответствует тому значению коэффициента мощности нагрузки, при котором обеспечивается максимальная эффективность потребления нагрузкой электроэнергии от ИБП.
Значения Кр вых для современных ИБП с двойным преобразованием приняты в диапазоне от 0,7 (для ИБП мощностью до 10-20 кВА) до 0,8 (для ИБП 30 кВА и более).
Номинальная активная выходная мощность (Р вых.ном ) — максимальная активная мощность, отдаваемая в нагрузку:
Внешняя характеристика характеризует степень статической точности выходного напряжения ИБП. В общем случае, жесткость внешней характеристики определяется внутренним сопротивлением силовой цепи, включающей выпрямитель, корректор коэффициента мощности, преобразователь постоянного напряжения и инвертор. Однако, в связи со стабилизирующими свойствами ККМ — ППН, обеспечивающими стабильное напряжение питание инвертора, можно считать, что основным параметром, определяющим внешнюю характеристику ИБП, является выходное сопротивление инвертора. Современные инверторы на IGBT-транзисторах с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения обладают низким значением внутреннего сопротивления. По сравнению с силовыми трансформаторами, инвертор обладает внутренним сопротивлением в 5 раз меньше [5], что обеспечивает не только высокую точность стабилизации выходного напряжения (1-2)%, но и низкие значения коэффициента искажения синусоидальности выходного напряжения (менее 3%) при токах в нелинейных нагрузках с коэффициентом амплитуды до 3.
Нагрузочная характеристика представляет нелинейную зависимость коэффициента передачи полной мощности от коэффициента мощности нагрузки. Значение коэффициента передачи полной мощности в нагрузку достигает 100% при равенстве коэффициента мощности линейной нагрузки индуктивного характера выходному коэффициенту мощности ИБП.
На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики при различных типах линейной нагрузки RL, RC и нелинейной нагрузки RCD. При чисто активной нагрузке коэффициент передачи мощности соответствует значению Кр вых 100%.
Рис.3 Нагрузочные характеристики ИБП
При нелинейной нагрузке коэффициент передачи мощности снижается. Наиболее распространены однофазные нелинейные нагрузки типа RCD — неуправляемые выпрямители с емкостным фильтром. Коэффициент амплитуды тока такой нагрузки достигает 2,5 — 3 при коэффициенте мощности 0,7 — 0,6.
На рисунке 4 приведены зависимости коэффициента мощности и коэффициента амплитуды RCD-нагрузки в функции длительности импульса тока на полупериоде сетевого напряжения [4].
Рис.4 Зависимости Кр и Ка от длительности импульса тока в RCD-нагрузке
При работе ИБП на разнотипные нагрузки за эквивалентную нелинейную нагрузку принимают сумму нагрузок: 50% — RL — линейная нагрузка с Кр н =0,8 и 50% — RCD — нагрузка — неуправляемый выпрямитель с емкостью фильтра 2,5 мкФ/Вт. Коэффициент передачи мощности в нелинейную нагрузку при токе с коэффициентом амплитуды К а =3 не превышает значения К s =70 — 80%.
Перегрузочные характеристики ИБП и ток короткого замыкания инвертора
Различают перегрузочные способности инвертора и цепи Bypass. При значительных и длительных перегрузках ИБП переходит в режим автоматического Bypass, отличающийся большой перегрузочной способностью. Однако, современные инверторы на IGBT-транзисторах с ШИМ регулированием обладают так же достаточно высокими перегрузочными характеристиками и значениями токов короткого замыкания (I кз ), достигающими 300% номинального выходного тока. При перегрузках, не превышающих 5-10% номинальной мощности, ИБП могут работать в инверторном режиме длительное время, не переходя в режим автоматического Bypass. На рисунке 5 приведены типичные перегрузочные характеристики ИБП. Следует иметь в виду, что количественные показатели приведенных время-токовых зависимостей могут отличаться для разных моделей ИБП различных производителей. Знание перегрузочных характеристик позволяет оптимально выбирать необходимую номинальную мощность ИБП для нагрузок, обладающих большими пусковыми токами, исключая низкий коэффициент загрузки ИБП в статическом режиме при номинальных токах нагрузки.
На рисунке 5 обозначены допустимые области работы ИБП: 1- в инверторном режиме, 2 — в режиме автоматического Bypass, 3 — область отключенного ИБП.
Рис.5 Перегрузочные характеристики ИБП
Вопрос ограничения тока инвертора в режиме перегрузки является важным в понимании перегрузочных свойств ИБП. При росте тока нагрузки свыше номинального значения инвертор переходит в режим генератора тока, ограничивая максимальное значение тока на определенной величине I огр .
Экспериментально показано [6]: для того, чтобы искажение синусоидальности выходного напряжения не превышало 5%, необходимо устанавливать порог ограничения максимального (амплитудного) значения выходного тока в 1,5 раза больше амплитудной величины номинального тока инвертора при линейной нагрузке:
Соответственно, коэффициент амплитуды тока ограничения будет:
На рисунке 6 приведены кривые выходного напряжения и тока инвертора с номинальной мощностью 5 кВА при работе на нелинейную нагрузку типа RCD при различных значениях тока нагрузки. Инвертор с ШИМ регулированием выходного напряжения способен реагировать на изменения тока нагрузки, ограничивая его по амплитуде. При этом происходит увеличение длительности импульса тока на полупериоде выходного напряжения. (см. рис.6 б,в,г).
Рис.6 Кривые изменения напряжения и тока инвертора при RCD нагрузке
В таблицу 1 сведены электрические параметры, характеризующие режимы работы инвертора в соответствии с кривыми напряжения и тока на рисунке 6.
Номинальная мощность ибп что это
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).
Существуют два основных типа ИБП.
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.
Расчёт мощности ИБП.
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.
· Рассчитать время автономной работы нагрузки.
· Определить перечень защищаемого оборудования;
· Определить суммарное номинальное потребление оборудования;
· Определить, есть ли у Вас нагрузка с пусковыми токами (электродвигатели, кондиционеры, насосы). Кондиционер часто имеет пусковой ток 3-5 номинального потребления, обычный асинхронный двигатель до 6-8 номинального потребления. Посчитать потребление нагрузки с учетом пусковых токов;
· Определить необходимое время автономной работы нагрузки;
· Подумать, будет ли расти нагрузка в ближайшее время и надо ли на это учесть в расчетах;
· Подумать, нужна ли отказоустойчивая система бесперебойного питания N+1/.
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.
Потребляемая мощность, Вт/кв, фут
Среднее потребление на 1 стойку, кВт
20−35 стоек, в каждой по 8−12 серверов
40−80 стоек, в каждой по 12−18 серверов
Более 60 стоек, в каждой по 20−40 серверов
Расчет времени автономной работы ИБП.
Расчёт по упрощённой формуле:
Т ар = (С ак * U ак * N) / Р наг,
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:
Т ар = (С ак * U ак * N аг * N г * КПД * К г * К т *К вр) / Р наг,
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.
Оптимальный аккумулятор для ИБП.
Существует несколько видов аккумуляторов.
· Никелево-кадмиевые (маленький весу и размер, применимы в электронных устройствах, обладают высокой энергетической плотностью, осуществляется до 1500 перезарядок, имеет низкий саморазряд, не дороги, надежны).
· Никелево-металлогидридные сложны в эксплуатации. Обладают высокой удельной емкостью, стабильны в работе, имеют большую энергетическую плотность, не снижает уровень емкости, но способны на малое число циклов заряда / разряда, дороги в цене, имеют более узкий температурный режим работы.
· Литиево-ионные аккумуляторы для ИБП имеют большую удельную емкость, малый вес и размер, надежны, обладают большой энергетической плотностью (около 100 Вт*ч/кг), низкой скоростью саморазряда (около пяти процентов в месяц), недороги в обслуживании. Сами по себе они стоят дорого. Обладают эффектом старения, необходимо использовать специальные зарядные устройства.
· Свинцово-кислотные аккумуляторы для ИБП наиболее распространены, так как они надежны, не дороги, просты в обслуживании, выдерживают тяжелые климатические условия, их можно многократно заряжать.
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).
Расчет времени резерва питания нагрузки от ИБП. Как выбрать оптимальную конфигурацию ИБП для организации бесперебойного питания оборудования и бытовых приборов в доме.
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.
Расчета времени резерва ИБП.
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.
Как увеличить время резервного питания нагрузки.
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).