Время батарейной поддержки ибп что означает
С источниками бесперебойного питания (ИБП) связано несколько расхожих и укоренившихся заблуждений, уверенность в правдивости которых мешает пользователю правильно подбирать и эксплуатировать устройство. Наша статья развенчает эти заблуждения и поможет избежать некоторых распространённых ошибок при покупке и использовании прибора.
- Миф 1. Все ИБП одинаково успешно справляются с сетевыми проблемами и подходят для любых нагрузок
- Миф 2. ИБП не нуждается в защите
- Миф 3. Регулярный полный разряд аккумуляторов ИБП увеличивает продолжительность их работы
- Миф 4. Время автономной работы ИБП зависит от его мощности
- Миф 5. Качество аккумуляторов, свободно продающихся на рынке, хуже, чем у установленных в ИБП производителем
- Миф 6. Автомобильные аккумуляторы – недорогая альтернатива специализированным батареям ИБП
- Миф 7. Последовательное подключение двух ИБП увеличивает надёжность защиты и/или значительно продлевает длительность автономной работы
- Миф 8. Опции мониторинга бесполезны для домашнего или офисного ИБП
Ограничения эксплуатации
При соблюдении условий эксплуатации сульфат свинца, образующийся на пластинах в результате процесса разряда аккумулятора, при заряде распадается без проблем. Однако, если оставить на долгое время разряженный аккумулятор, то сульфат свинца образует нерастворимую кристаллическую форму с повышенным электрическим сопротивлением (этот процесс называется сульфатирование или сульфатация). Таким образом площадь взаимодействия (пропитанного электролитом стекловолоконного материала с пластинами) уменьшается и АКБ приходит в негодность. По этой причине аккумуляторные батареи необходимо всегда хранить в заряженном состоянии. Поддерживать заряд в АКБ может быть проблематично из-за так называемого эффекта саморазряда. При этом эффекте аккумулятор разряжается без воздействия внешней нагрузки. Температура хранения оказывает непосредственное влияние на этот процесс (рис. 2). В следующей таблице приведена зависимость промежутка времени между полным зарядом АКБ и температурой хранения для сохранения необходимого минимального уровня заряда:
Температура хранения | Рекомендуемый период перезаряда батарей |
20℃ или ниже | 9 месяцев |
20~30℃ | 6 месяцев |
30~40℃ | 3 месяца |
Рис. 2 – график зависимости потерь в емкости AGM АКБ от времени и температуры хранения.
Номинальной емкостью аккумулятора называется емкость, гарантированная заводом изготовителем при заданных условиях разряда. Зарядной емкостью называется количество электроэнергии, сообщаемое аккумулятору при заряде. Зарядная емкость приблизительно на 10-12% больше разрядной из-за необратимых процессов, протекающих при заряде и разряде. После окончания длительного хранения АКБ их емкость может опустится ниже номинальной. Полную емкость можно восстановить с помощью проведения нескольких циклов "заряд-разряд".
Температура так же влияет на работу свинцово-кислотных АКБ (рис. 3). Комнатная температура 20-23°С является оптимальной для их эксплуатации. Более высокая температура увеличивает интенсивность коррозии пластин, что уменьшает срок службы аккумулятора (каждые 10 градусов сокращают срок эксплуатации в 2 раза, но при этом увеличивают емкость). При низкой температуре происходит охлаждение электролита в аккумуляторе, что ведет к снижению скорости протекания электрохимических процессов и соответственно уменьшению емкости аккумулятора (примерно 1% емкости при уменьшении температуры от нормы на 1°С).
Рис. 3 – график зависимости емкости AGM АКБ от температуры работы, где СА – номинальная емкость от которой высчитывается зарядный ток хСА (х - коэффициент)
При избыточном заряде свинцово-кислотного аккумулятора повышенным током после окончания процесса распада сульфата свинца начинает происходить электролиз воды. При этом водород и кислород приобретают газообразное состояние и происходит так называемый процесс «кипения». Во время этого процесса вода преобразуется в пар и увеличивается плотность электролита, что может привести к деформации корпуса АКБ и выходу его из строя. Уровень напряжения в 2,4В на элемент при котором начинается процесс электролиза воды называют «напряжением газообразования». С целью предотвращения подобных разрушительных процессов в AGM аккумуляторах используются:
- зарядные устройства с автоматическим регулированием по напряжению, которые обеспечивают уменьшение зарядного тока при приближении к полному заряду батареи
- ограничение значения максимального напряжения заряда на уровне 2,35 В на элемент
- загущенный электролит, заключенный между пластин в стекловолоконном материале, который обладает значительно меньшей интенсивностью газообразования при кипении
- герметичный пластиковый корпус с регулируемым клапаном, удерживающий образовавшийся газ и гарантирующий его рекомбинацию (в случае образования избыточного давления водорода автоматический клапан выпускает излишки газа)
Благодаря вышеописанным свойствам потребление воды из электролита сильно ограниченно, поэтому в течении нормального срока службы АКБ замеры вязкости электролита и добавление воды не требуются. Этим обеспечивается простота эксплуатации, а также возможность установки ИБП с такими аккумуляторами в помещении, где работают или проживают люди. Именно безопасность использования делает батареи, построенные по технологии AGM или гель, прекрасным выбором для эксплуатации дома и в офисе.
Подбор ИБП для газового котла
Начнём с простого случая – выбор ИБП для единичного потребителя, например, газового котла.
Обычно в документации нагревательных приборов приводятся сразу несколько мощностей. Предположим следующие формулировки и значения:
- макс. полезная тепловая мощность – 31 кВт;
- мин. полезная тепловая мощность – 10,4 кВт;
- электрическая мощность – 165 Вт.
Из названия параметров видно, что первые два – характеризуют основную работу котла, а третий – указывает на потребляемые из электросети ватты, количество которых и является фактической нагрузкой на «бесперебойник».
Теперь рассчитаем необходимый мощностной запас: 165 х 0,3 = 49,5 Вт.
После чего определим нагрузочный показатель: 165 + 49,5 = 214,5 Вт.
Используя формулу 1 и приняв сosφ = 0,95, переведём ватты в вольт-амперы: 214,5 Вт / 0,95 = 225,7 ВА.
В итоге нагрузочный показатель составит 214,5 Вт и 225,7 ВА.
Рассмотрим мощностной ряд on-line ИБП «Штиль» – ближайшим к такому показателю номиналом в 225 Вт/250 ВА обладают модели: SW250, SW250LD, SW250SL и ST250.
Способ установки (форм-фактор)
По форм-фактору источники бесперебойного питания можно разделить на:
- ИБП с корпусами для навесного размещения;
- ИБП с корпусами для напольного размещения (tower);
- ИБП для монтажа в стойку (rackmount).
Корпуса первого типа не являются распространенным решением и характерны для маломощных, компактных ИБП.
Корпуса напольного исполнения предполагают расположение устройства на горизонтальной поверхности и представляют собой:
- единый блок с силовой частью и аккумуляторными батареями (для ИБП малых и средних мощностей);
- шкаф, в котором находятся силовые преобразовательные модули и аппаратура управления, коммутации и защиты (для мощных промышленных ИБП). Обычно концепция данного оборудования позволяет производить замену силовых модулей без отключения устройства от сети!
Корпуса типа Rackmount предназначены для стандартных 19-дюймовых шкафов или стоек. Они удобны тем, что позволяют устанавливать ИБП в одной металлической конструкции с защищаемой техникой.
При выборе конкретной модели ИБП необходимо удостовериться, что габаритные размеры устройства соответствуют площади помещения, где планируется его установка (минимум между верхней частью ИБП и потолком – 50 см).
ИБП нежелательно устанавливать во влажных, пыльных и плохо проветриваемых помещениях. Температурный диапазон, обеспечивающий оптимальный режим работы аккумуляторных батарей: от +15 °C до +25 °C.
При работе мощных ИБП выделяется большое количество тепла, и во избежание перегрева место инсталляции рекомендуется оснащать системами охлаждения воздуха.
Корпуса источников бесперебойного питания «Штиль» постоянного тока (серия PS) представляют собой либо отсеки для навесного вертикального размещения, либо моноблоки для установки на плоской поверхности – у более мощных моделей. Разработаны корпуса и в 19-дюймовом исполнении.
Однофазные ИБП «Штиль» переменного тока имеют три исполнения:
- для напольной установки (серия ST);
- для монтажа в стойку (серия SR);
- универсальный корпус (серия STR), допускающий как напольное, так и стоечное размещение.
Трехфазные ИБП «Штиль» мощностью от 10 до 40 кВА представлены моделями с корпусами напольного исполнения. Более мощные трехфазные ИБП «Штиль» (до 500 кВА) выпускаются в вертикальных шкафах.
При использовании совместно с ИБП внешних аккумуляторных батарей ГК «Штиль» предлагает следующие аксессуары:
- батарейные модули (серия BMT – напольное исполнение, серия BMR – стоечное исполнение);
- батарейные стеллажи (серии BS и MBS);
- внешние зарядные устройства (серия BCT– напольное исполнение, серия BCR – стоечное исполнение).
- модульные батарейные стеллажи (серии MBS и MBS-H);
- батарейные шкафы (серия BC).
Миф 6. Автомобильные аккумуляторы – недорогая альтернатива специализированным батареям ИБП
Часто умельцы из интернета рассказывают на всевозможных форумах как они сэкономили, приладив к ИБП автоаккумуляторы, которые стоят дешевле, чем предназначенные для «бесперебойников» специализированные AGM VRLA батареи.
Как обстоят дела на самом деле?
Автомобильные аккумуляторы рассчитаны на кратковременную отдачу большого тока. Автономная работа ИБП, характеризующаяся длительным разрядом малым или средним током, станет для таких изделий «стрессовой» ситуацией, ведущей к ускоренному износу.
Кроме того, зарядное напряжение, выдаваемое обычным ИБП, меньше необходимого автомобильным аккумуляторам, что чревато их хроническим недозарядом и опять же сокращает срок службы.
В итоге подключенные к «бесперебойнику» автомобильные аккумуляторы скорее всего прослужат значительно меньше заявленного производителем времени, а затраты на приобретение новых аккумуляторов полностью нивелируют экономию, полученную при изначальном отказе от покупки предназначенных для ИБП AGM VRLA батарей.
Важно!
В процессе заряда автомобильные аккумуляторы выделяют опасные вещества, поэтому размещение и использование их связки с ИБП в жилом помещении нежелательно.
Миф 8. Опции мониторинга бесполезны для домашнего или офисного ИБП
Ложное утверждение, появление которого, скорее всего, дело рук производителей, неспособных заложить в свои изделия возможности для обмена информацией с другими устройствами.
Как обстоят дела на самом деле?
Установка в ИБП адаптера, снабжённого коммуникационными портами, позволит использовать различные интерфейсы связи и наладить передачу данных через локальное или дистанционное подключение.
В результате пользователь, находясь на любом удалении от устройства, сможет в режиме реального времени контролировать работу «бесперебойника» и своевременно реагировать на любые проблемы с электроснабжением, что в быту не менее важно, чем на производстве.
В качестве примера рассмотрим средства мониторинга однофазных ИБП «Штиль». На сегодняшний день они включают в себя пять плат расширения интерфейсов, взаимодействие с которыми осуществляется через специализированное программное обеспечение или web-интерфейс.
Возможности специализированного ПО «Штиль» (доступно для скачивания):
- автоматическое и корректное завершение работы подключенного оборудования в случае разряда аккумуляторов;
- мониторинг состояния ИБП (одного или нескольких) с графическим отображением схемы изделия и указанием текущих числовых значений каждого параметра;
- дистанционное изменение настроек ИБП (основные настройки, настройки аккумуляторных батарей, действия с неприоритетной нагрузкой);
- ведение журнала событий по всем контролируемым изделиям и оперативное оповещение об аварийных ситуациях.
Возможности при подключении к ИБП «Штиль» по web-интерфейсу (через браузер компьютера или смартфона):
Отечественный рынок ИБП предлагает широкий выбор приборов – от недорогих и низкофункциональных устройств в основном китайского изготовления до суперсовременных ИБП, поддерживающих автономное энергоснабжение любого подключаемого оборудования.
Цель данной статьи – помочь покупателям сориентироваться в многообразии моделей и рассмотреть главные аспекты подбора источника бесперебойного питания.
- ИБП по роду тока
- Основные критерии выбора ИБП переменного тока
- Схема построения
- Мощность
- Время автономной работы ИБП
- Способ установки (форм-фактор)
- Средства мониторинга
Примеры подбора ИБП по мощности
Важно!
Все приведённые в последующих примерах значения мощностей и cosφ условны. При расчете мощности ИБП используйте только параметры из технической документации вашего оборудования!
Миф 4. Время автономной работы ИБП зависит от его мощности
Расхожий миф, вера в который приводит к покупке ИБП с мощностью, намного превышающей необходимую, что по сути является пустой тратой денег.
Как обстоят дела на самом деле?
Продолжительность работы «бесперебойника» в автономном режиме определяется емкостью применяемых аккумуляторов и фактическим энергопотреблением питаемого оборудования.
Из двух ИБП большее время резервирования для одной и той же нагрузки обеспечит не модель с большей выходной мощностью, а модель с большей емкостью батарей (при условии, что значение выходной мощности этой модели достаточно для питания данной нагрузки).
Следует понимать, что одна и та же модель ИБП с одними и теми же батареями при разных уровнях нагрузки будет иметь разную продолжительность автономной работы.
Отметим, что ИБП, поддерживающие подключение внешних аккумуляторов, более вариативны по длительности автономии. Благодаря быстрому присоединению/отсоединению дополнительных батарей их работу легко подстроить под конкретную сетевую ситуацию. Однако бесконечно наращивать время батарейной поддержки всё-таки не получится, так как возможности зарядного устройства у любого ИБП ограничены и отдаваемого им тока может просто не хватить для большого количества аккумуляторов.
ИБП по роду тока
По роду тока источники бесперебойного питания делятся на предназначенные для потребителей постоянного тока (DС) и переменного тока (AC).
ГК «Штиль», ведущий отечественный производитель систем электропитания, предлагает широкий выбор высококачественных источников бесперебойного питания постоянного и переменного тока, рассчитанных на напряжение:
- 12, 24, 48, 60 В − для ИБП DC;
- 220/380 − для ИБП AC.
Кроме того, в линейке ИБП переменного тока «Штиль» представлены устройства топологии «3 в 1» (трехфазный вход − однофазный выход), позволяющие подключать любое однофазное оборудование с равномерной загрузкой трех питающих фаз.
Специально для электроснабжения крупных объектов разработаны устройства бесперебойного питания (УБП) серии PS220, допускающие одновременное подключение потребителей с напряжением 220 В и потребителей с напряжением = 48 В.
3. Определите подходящую модель ИБП по мощности
Необходимо сопоставить мощностные характеристики предлагаемых производителем или поставщиком «бесперебойников» с показателем, полученным прибавлением к максимальному энергопотреблению нагрузки запаса в 30% (далее – нагрузочный показатель). Ближнее к данному показателю мощностное значение (с округлением в большую сторону) и будет подходящим номиналом ИБП.
Важно!
Округление нагрузочного показателя в меньшую сторону не рекомендовано, так как приводит минимум к снижению ранее заложенного мощностного запаса, а максимум – к покупке «бесперебойника» с недостаточным номиналом.
Важно!
Не забудьте про разницу между единицами измерения и представьте нагрузочный показатель и в ваттах, и в вольт-амперах. Убедитесь, что номинал ИБП превышает его и по активной и по полной мощности!
Мощность
Мощность потребителей электроэнергии − один из главных параметров при выборе источника бесперебойного питания. Подключение нагрузки c мощностью, превышающей номинал ИБП, может привести как к отключению электропитания, так и к выходу из строя дорогостоящей аппаратуры.
Верно рассчитанная мощность – залог стабильной и долговечной работы ИБП!
Необходимо учитывать, что в технической документации обычно указывается активная мощность оборудования в ваттах (Вт или W), кроме которой существует полная мощность, измеряемая в вольт-амперах (ВА или VA) и рассчитываемая по формуле: VA = W / P, где:
VA − полная мощность, в ВА;
W − активная мощность, в Вт;
P − коэффициент мощности, зависящий от вида нагрузки − в руководстве по эксплуатации может обозначаться как cosφ или PF (Power Factor).
Для правильного подбора ИБП необходимо учитывать мощность электроприемников в ваттах и вольт-амперах, что особенно актуально при подключении устройств с наличием индуктивности: в таких установках полная и активная мощность существенно различаются!
Внимание!
Выбирать ИБП по предельному значению мощности не рекомендуется! Запас, равный 20-30 %, гарантирует корректное функционирование устройства и возможность дозагрузки в процессе эксплуатации. Для трехфазного ИБП максимальная нагрузка на каждую фазу должна составлять не более 1/3 от номинальной!
Если к источнику бесперебойного питания планируется подключение оборудования, имеющего в своем составе электродвигатель (насос, компрессор), то необходимо учесть наличие пусковых токов, превышающих в момент пуска номинальные значения в 3-8 раз:
Кроме устройств с электромоторами, пусковые токи присутствуют и у аппаратов, содержащих инерционные элементы или индуктивности. Обычные лампы освещения при включении имеют пиковые токи, значительно превышающие рабочие. Поэтому в случаях использования ИБП для защиты крупных светотехнических объектов необходимо учесть, что скачки мощности при запуске системы достаточно велики.
ИБП производства ГК «Штиль» имеют широкий мощностной ряд, позволяющий подобрать актуальную модель для решения большинства электрических задач:
- однофазные on-line ИБП – от 1 до 20 кВА (серии ST, SR, STR);
- трехфазные on-line ИБП – от 10 до 500 кВА (серии ST, SM);
- ИБП постоянного тока – от 60 до 480 Вт (серия PS).
Миф 5. Качество аккумуляторов, свободно продающихся на рынке, хуже, чем у установленных в ИБП производителем
Указанное заблуждение объясняется большим количеством некачественных изделий, заполонивших отечественный аккумуляторный рынок.
Как обстоят дела на самом деле?
Большинство применяемых в ИБП аккумуляторных батарей представлены и в розничной продаже. Их качество и характеристики ничем не отличаются от образцов, которыми комплектуются «бесперебойники» при изготовлении.
Остерегаться следует только подделок известных брендов и изделий, с даты выпуска которых прошло более года, поскольку неизвестно, соблюдались ли условия их безопасного хранения.
Важно!
Для замены выработавших свой ресурс аккумуляторов следует применять либо аккумуляторы такой же марки (рекомендованный вариант), либо аналогичные им по всем параметрам.
Важно!
Самостоятельная замена батарей допускается не во всех ИБП, некоторые модели могут подвергаться данной процедуре только в лицензированных сервисных центрах. Если производитель разрешает пользователю извлекать и устанавливать батареи в бытовой обстановке, то выполнять данные операции необходимо строго в соответствии с представленной в технической документации инструкцией.
Миф 2. ИБП не нуждается в защите
Из-за уверенности пользователей в том, что «защитнику не нужен защитник» некоторые ИБП остаются без какой-либо защиты по входу.
Как обстоят дела на самом деле?
Согласно ГОСТу, устанавливающему требования безопасности для систем бесперебойного энергоснабжения, в проводке на месте подключения ИБП должно присутствовать устройство отключения сетевого питания.
На практике данное требование выполняется установкой в цепь между «бесперебойником» и источником электропитания автоматического выключателя или другого, схожего по функционалу, коммутационного устройства.
Важно!
Если ИБП включен в питаемую от распределительного щитка бытовую розетку, то требование ГОСТа можно считать выполненным по умолчанию.
Особую опасность для ИБП представляют высоковольтные скачки, вызываемые, в частности, попаданием молнии в линию электропередач. Поэтому при прямом подключении бесперебойника к сетевому вводу, помимо автомата, перед ним рекомендуется установить ещё и устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).
1.2. Не каждая мощность электрическая
Часто электрооборудование имеет ещё и мощность, указывающую на эффективность работы по основному назначению. Например, тепловая мощность для обогревательного прибора или мощность обдува (охлаждения) для кондиционера.
Важно!
При выборе ИБП необходимо использовать исключительно параметр нагрузки, отражающий потребляемую из сети мощность! Отметим, что обычно (но не всегда) его величина меньше, чем величина мощности, связанной с главной функцией прибора.
4. Разрядная характеристика
Рис. 6 – Емкость аккумулятора от времени разряда.
Таким образом более точный расчет времени работы от АКБ может быть осуществлен с использованием значения КПД инвертора ИБП при заданной мощности и разрядных кривых для конкретного типа АКБ.
1. Определите мощность нагрузки
Общая потребляемая мощность нагрузки равняется сумме потребляемых мощностей всех питаемых от ИБП устройств.
Важно!
Отдельную фазу трехфазного ИБП допустимо нагружать не более, чем на 1/3 от общего номинала устройства. Например, трехфазный «бесперебойник» с выходной мощностью в 9000 Вт будет питать трехфазную нагрузку в 7500 Вт (на одну фазу «ляжет» 2500 Вт), но не сможет работать с подключенной к отдельной фазе нагрузкой в 3500 Вт.
Потребляемую мощность отдельного устройства можно узнать из технической документации или заводского шильдика. Встречаются следующие обозначения: «потребляемая мощность», «потребляемая энергия», «присоединительная мощность», «электрическая мощность», просто «мощность» или «power» (возможно использование и других схожих по смыслу выражений, а также сокращения «Р»).
Если получение сведений о потребляемой мощности из технической документации невозможно (данные не представлены или документация отсутствует), то их следует поискать в интернете либо запросить у производителя/продавца изделия.
Процесс определения потребляемой мощности нагрузки, несмотря на кажущуюся простоту, имеет несколько нюансов, недостаток внимания к которым приводит к ошибкам и приобретению неподходящего под задачи пользователя ИБП.
1. Расчет средней мощности
Сперва определяется средняя активная мощность подключенного к ИБП оборудования (P) в ваттах (обозначаются Вт - ватт, а не ВА - вольт-ампер). Нам нужно узнать именно среднее (за время работы от аккумулятора) потребление. Оно может существенно отличаться от максимальной или номинальной мощности, указанной в описаниях оборудования.
Разберем пример: номинальная мощность блока питания компьютера указана 500 Вт – это максимально возможная мощность, которую он может выдать. Реальное потребление будет зависеть от установленного оборудования и может составлять около 150 Вт.
Другой пример: подключенный к ИБП электрический нагреватель работает на элементе с электрической мощностью 350 Вт, однако, включение этого нагревателя производится раз в 30 минут, а работа его длится 5 минут. В этом случае, среднее потребление будет равно:
350 Вт * 5 минут / 30 минут = 58,3 Вт
Подбор ИБП для котла отопления и циркуляционного насоса
Усложним задачу и предположим, что имеющий те же характеристики котёл работает в связке с внешним циркуляционным насосом, номинальная мощность которого 45 Вт.
В таком случае нагрузка на ИБП в обычном режиме составит: 165 Вт + 45 Вт = 210 Вт.
Однако не забываем про характерные для насоса пусковые токи и, увеличив его номинал втрое, находим максимально возможное стартовое энергопотребление: 165 Вт + 135 Вт = 300 Вт.
Исходя из его значения определяем нагрузочный показатель в Вт: 300 Вт + 300 Вт х 0,3 = 390 Вт.
Из-за различия в величине cosφ у котла и насоса (0,95 и 0,7) получение нагрузочного показателя в ВА потребует двух действий: 165 / 0,95 + 135 / 0,7 = 366,5 ВА – суммарная максимальная полная мощность. 366,5 ВА + 366,5 ВА х 0,3 = 476,5 ВА – нагрузочный показатель.
Анализируя продукцию «Штиль», приходим к выводу, что для пары «насос – котёл» подойдёт on-line ИБП серии SW с выходной мощностью 400 Вт/500 ВА (модели SW500L и SW500SL).
Важно!
Некоторые котлы отопления сразу имеют встроенный циркуляционный насос. Если ваш прибор относится к такой категории, то рекомендуем выяснить – учитывает ли приведённое в его характеристиках значение электрической мощности пусковые токи встроенного насоса. При возникновении любых сложностей проконсультируйтесь со специалистом!
Расчет времени автономной работы от аккумуляторов
Самая важная характеристика АКБ для ИБП - это время автономной работы, которое они могут обеспечить в составе источника бесперебойного электропитания. Для выполнения подобного расчета необходимо точно представлять себе условия работы ИБП.
Время работы батареи зависит от многих факторов, но основными из них являются:
- C – суммарная емкость аккумуляторной батареи, которая выражается в [А*час] и является времятоковой характеристикой (зависит от количества аккумуляторов в цепи разрядного тока, температуры во время разряда, предельного напряжения заряда, условий проводимых эксплуатации и хранения)
- V – напряжение подключенного аккумулятора в вольтах
- η – КПД инвертора, коэффициент зависящий от эффективности преобразования для используемой в ИБП технологий
- P – средняя мощность подключенного к ИБП оборудования в ваттах
- T – время работы в часах, характеризует промежуток времени поддержки питания ИБП с помощью АКБ до полного разряда
Для упрощенного расчета времени работы аккумуляторов используется следующая формула:
T [час] = C [А*час] * V [В] * η / P [Вт],
Разберем методику подсчета подробнее:
Средства мониторинга
При выборе источника бесперебойного питания, помимо вышеуказанных аспектов (мощность, топология, время резервирования), стоит обратить вынимание на оснащенность конкретного устройства программным обеспечением и прочими средствами организации удаленного управления и мониторинга (USB-разъемы, «сухие» контакты, Ethernet).
Для самого простого решения – прямого соединение ИБП с ПК, на котором установлено необходимое для синхронизации ПО, – достаточно коммуникационных портов USB/RS-232 и соединительного кабеля (в случае несовпадения интерфейсов для ПК потребуется соответствующий переходник).
Недостаток вышеуказанного варианта – низкая скорость обмена информацией. В первую очередь он подходит для бытового использования, а также для применения в офисах и на небольших предприятиях для информационного обмена с одиночным ИБП.
Для более сложных схем мониторинга с применением SMS-серверов и специализированных адаптеров наличие ПК обязательно!
Специалистами ГК «Штиль» разработаны платы расширения интерфейсов (серия IC), предназначенные для организации удаленного и локального мониторинга источников бесперебойного питания. Они устанавливаются во внутренние слоты, предусмотренные во всех моделях ИБП «Штиль» переменного тока.
Карты IC (от англ. Interface Card) поддерживают все современные интерфейсы (USB, «сухие» контакты, Ethernet, RS-485) и протоколы мониторинга (SNMP, Modbus), благодаря чему ИБП, оснащенный данной картой, легко интегрируется в любую систему сбора и обработки информации.
Для одновременного контроля множества территориально разнесенных ИБП ГК «Штиль» предлагает программное решение собственной разработки – систему дистанционного контроля и управления, предоставляющую много возможностей по управлению бесперебойным питанием:
Данный продукт объединяет в общую информационную среду до 500 объектов (в том числе ИБП сторонних производителей) и позволяет работать с собранными данными нескольким операторам одновременно!
Ознакомиться с полным модельным рядом ИБП «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Онлайн ИБП переменного тока «Штиль». Модельный ряд.
Выходная мощность – важная характеристика ИБП. Ошибка в данном параметре при покупке устройства чревата бесполезной тратой денег на ИБП, который либо не сможет работать из-за перегрузки, либо, наоборот, будет функционировать с большой недозагрузкой, что менее опасно, но не принесет никакой пользы.
В нашей статье рассмотрен правильный алгоритм подбора ИБП по мощности, а также приведено несколько примеров расчета мощности прибора.
- 1. Определите мощность нагрузки
- 1.1. Пусковые токи
- 1.2. Не каждая мощность электрическая
- 1.3. Единицы измерения
- 2. Предусмотрите запас мощности
- 3. Определите подходящую модель ИБП по мощности
- Примеры подбора ИБП по мощности
- Подбор ИБП для газового котла
- Подбор ИБП для котла отопления и циркуляционного насоса
- Подбор ИБП для бытовых приборов
Миф 1. Все ИБП одинаково успешно справляются с сетевыми проблемами и подходят для любых нагрузок
Данное утверждение часто приводит к попыткам использовать простейшие компьютерные ИБП для работы c требовательным к качеству электропитания оборудованием. Логика понятна: зачем переплачивать, если даже недорогой «бесперебойник» защищает от всех сетевых проблем… а ведь именно так многие и считают. К сожалению, это суждение ошибочно, и в итоге человек вместо экономии может получить дополнительные расходы на ремонт прибора, оставшегося без защиты из-за подключения к неподходящему для него ИБП.
Как обстоят дела в действительности?
Любой ИБП способен запитать соответствующую по мощности нагрузку в момент отключения основной электросети, но не все устройства делают это одинаково быстро и качественно!
Например, у бюджетных ИБП резервного типа (off-line ИБП) время перехода на аккумуляторы составляет от 4 до 15 мс, в течение которых электропитание нагрузки не осуществляется. Кроме того, подобные ИБП не способны повышать качество электроэнергии без перехода на батареи, а также характеризуются малым диапазоном допустимых сетевых значений и искажённой (несинусоидальной) формой выходного напряжения в автономном режиме. На практике указанные недостатки осложняют работу со многими бытовыми электроприборами и сужают область применения off-line ИБП. В неё, в частности, не попадают котлы современных отопительных систем, холодильники, насосы, стиральные машины, кондиционеры, компоненты системы «Умный Дом», а также вообще любые нагрузки, если сеть имеет стабильно низкое качество напряжения.
Линейно-интерактивный (line-interactive) тип ИБП совершенней вышерассмотренного и отличается, во-первых, сокращённым (но не нулевым) временем подключения аккумуляторов, а, во-вторых, наличием функции стабилизации напряжения, позволяющей сглаживать часть поступающих на вход колебаний без перехода на батареи. Однако и такие ИБП имеют весомый недостаток – скачкообразное изменение выходного напряжения при отклонениях входного (данное явление обусловлено принципом работы встроенного регулятора). Отметим также проблемы с формой выходного сигнала: при работе от сети все входные искажения передаются на нагрузку, а при работе от батарей большинство моделей не формируют чистую синусоиду.
Линейно-интерактивный ИБП справится с защитой устройств, снабжённых импульсными блоками питания, но не гарантирует обеспечение необходимого качества электропитания для изделий, содержащих чувствительную электронику либо электродвигатель.
Максимальная защита возможна только при использовании ИБП с двойным преобразованием энергии (онлайн ИБП). Эти наиболее современные «бесперебойники» отличаются моментальным переходом в автономный режим и снабжают нагрузку напряжением с номинальным значением и синусоидальной формой при любом состоянии внешней сети.
Именно онлайн ИБП решает все проблемы с качеством сетевой электроэнергии и подходит для абсолютного большинства нагрузок как в бытовом секторе, так и в промышленности. Ознакомиться с полным модельным рядом онлайн ИБП «Штиль».
Подбор ИБП для бытовых приборов
От ИБП необходимо запитать несколько потребителей, а именно: холодильник, стиральную машину, телевизор и компьютер.
Пусть в технической документации перечисленных электроприборов присутствуют следующие записи относительно мощностных характеристик:
- холодильник: номинальная мощность – 95 Вт;
- стиральная машина: максимальная потребляемая мощность – 1000 Вт;
- телевизор: питание – 55 Вт;
- компьютер: пиковая мощность блока питания – 300 Вт.
Использование слов «максимальная» и «пиковая» указывает на то, что приведённый показатель отражает максимально возможное энергопотребление прибора, соответственно, для стиральной машины и компьютера оставляем значение паспортной мощности без изменения. Телевизор не имеет пусковых токов, поэтому его мощность также не меняем.
Для холодильника учитываем стартовый скачок энергопотребления и увеличиваем заявленный номинальный показатель в пять раз: 95 Вт х 5 = 475 Вт.
Находим суммарную максимально возможную активную мощность всех потребителей: 475 Вт + 1000 Вт + 55 Вт + 300 Вт = 1830 Вт.
После чего, используя соответствующее каждому прибору значение cosφ, рассчитываем суммарную максимально возможную полную мощность: 475 Вт / 0,8 + 1000 Вт / 0,75 + 55 Вт / 0,95 + 300 Вт / 0,99 = 2288 ВА.
Далее движемся по стандартному алгоритму и находим нагрузочный показатель в Вт и ВА: 1830 Вт + 1830 Вт х 0,3 = 2379 Вт; 2288 ВА + 2288 ВА х 0,3 = 2974,4 ВА.
Сверяя полученные цифры с модельным рядом ИБП Штиль, находим ближайшее в большую сторону значение – 2700 Вт/3000 ВА. «Бесперебойник» с такой выходной мощностью, в частности, модель ST1103SL сможет гарантированно работать с рассмотренной группой потребителей.
Важно!
При выборе ИБП для централизованной защиты электросети, например, в загородном доме, необязательно суммировать мощности всех включаемых в эту сеть электроприборов. Достаточно умножить номинал вводного автомата на 220, в случае однофазной сети, или на 380 и √3, в случае – трёхфазной. Полученное значение можно расценивать как максимально возможную активную мощность нагрузки (для дальнейшего расчета допустимо принять cosφ = 0,7).
Несколько практичных советов по подбору источника бесперебойного питания для защиты компьютерной техники и другого оборудования дома или в офисе: соответствие мощности, полезные функции, время автономии, выходные розетки, коммуникационные разъемы и другие нюансы, позволяющие сделать выбор оптимальным.
При выборе источника бесперебойного питания для компьютера в первую очередь стоит обратить внимание на соответствие мощностей защищаемого оборудования и источника бесперебойного питания. Обычно потребляемую энергию вашего компьютера и периферийных устройств проще посчитать в Вт, а цифры указанные в названии ИБП чаще соответствуют его мощности в ВА (VA). Просто надо знать, что эти показатели не равны между собой и они соотносятся через коэффициент мощности (PF), а точные значения выходных параметров в ВА и Вт можно найти в таблице характеристик ИБП. Рекомендуется иметь запас по мощности ИБП не менее 15-20%.
Например, используя модель SPD-850U, вы можете обеспечить защиту техники суммарной мощностью до 510 Вт. Это может быть телевизор, hi-fi аппаратура, игровая приставка, стационарный телефон, сетевое хранилище данных, если вы защищаете домашние устройства. Также возможно использовать Spider для защиты компьютерной техники: ПК, монитор, роутер, сетевое хранилище — мощности и количества розеток достаточно, чтобы обеспечить резервное питание перечисленного оборудования и фильтрацию помех для принтера.
Современные источники бесперебойного питания защищают от всех возможных сбоев электросети. Однако стоит обратить внимание на наличие встроенного стабилизатора напряжения (AVR). Это не сильно отразиться на стоимости ИБП, но встроенный AVR позволяет поддерживать стабильную величину входного напряжения в широком диапазоне без перехода на аккумуляторы и бережет тем самым ресурс аккумуляторных батарей.
В разделе ИБП для компьютерной техники этим параметрам отвечают все модели, кроме моделей серии WOW и стабилизаторов.
Время автономной работы или то время, которое ваш источник бесперебойного питания обеспечит для работы техники при отключении электричества. Показатель достаточно критичен при расчете времени автономной работы для кассового аппарата или банковского терминала, но не столь критичен для домашнего или обычного офисного пользователя компьютера. Для того, чтобы завершить свою работу, сохранить информацию и выключить компьютер потребуется не более 5-10 минут. Можете как-нибудь провести такой эксперимент и посчитать сколько уходит времени на выключение компьютера в конце рабочего дня.
Однако, если вы работаете с графическими программами и создаете достаточно объемные проекты вам может потребоваться значительно больше времени для сохранения информации. Для обеспечения бесперебойного питания компьютера в вашем случае стоит обратить внимание на модели с двумя батареями и увеличенным временем автономии. В линейке POWERCOM этим характеристикам отвечают линейно-интерактивные ИБП серии Imperial IMD и IMP или более бюджетный аналог – ИБП серии Raptor RPT.
Выбирая источник бесперебойного питания для компьютера, стоит обратить внимание и на тип розеток, который вам будет удобен. Сейчас достаточно много моделей с евро-розетками, что облегчает подключение периферийной техники. Вторым существенным показателем может стать количество тех самых разъемов. Обратите внимание, что не все розетки могут быть с батарейной поддержкой. Например, уже упоминаемый в статье, SPD имеет восемь евро розеток, где 4 с батарейной поддержкой и 4 со стабилизацией напряжения.
Иногда бывает очень полезной функция холодного старта. Именно она позволит вам на непродолжительное время воспользоваться компьютером или другой защищаемой техникой при полном отсутствии электричества в сети.
Необходимость наличия других коммуникационных портов в ИБП полностью зависит от ваших потребностей и намерений. Планируете подключать сетевое оборудование, модемы и т.п.? Обратите внимание на наличие нужных портов. Широкие возможности для обеспечения бесперебойного питания периферии сейчас обеспечивают и бюджетные модели ИБП.
Модель ИБП с небольшими лампочками индикации на фронтальной панели или полноценный LCD-дисплей – выбор за вами. Дисплей всегда создает более привлекательный вид, но чаще всего источник бесперебойного питания не выставляется на всеобщее обозрение, а стоит где-нибудь под столом. Смело можно экономить, если не уверены в необходимости этого параметра лично для вас.
Новые версии ROSA Desktop Fresh и ROSA Enterprise Desktop от компании «РОСА» позволяют подключать через USB-порт ИБП с поддержкой Smart Battery без лишних усилий. Доработанная под ОС ROSA утилита NUT доступна на репозитории для скачивания собственными средствами ОС.
Получить наилучший эффект защиты при минимальных затратах - задача, которую решают специалисты при выборе источника бесперебойного питания.
Существует три основных типа современных источников бесперебойного питания (ИБП / UPS). Рассмотрим плюсы и минусы для каждого, а также принципиальные схемы их построения.
Аккумуляторные батареи (АКБ) используются в ИБП с целью накопления и использования электрической энергии для поддержания функционирования оборудования при нарушении электроснабжения от основного источника питания. Аккумуляторы под торговой маркой «Парус электро» являются необслуживаемыми свинцово-кислотными герметизированными с клапанным регулированием и в основном используют технологию AGM (электролит, связанный в стекловолоконном мате с дополнительными сепараторами) с целью обеспечения безопасности работы батареи при вибрации, ударных нагрузках и в любом положении кроме перевернутого.
Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторных батарей основан на происходящей электрохимической реакции между пластинами свинца (Pb) и его диоксида (PbO2) через стеклоткань, пропитанную раствором серной кислоты (H2SO4).
Рис. 1 – схема заряда (а) и разряда (б) AGM аккумулятора, где:
- стекловолоконная материя с абсорбированным электролитом
- свинцовая пластина-анод
- свинцовая пластина-катод
- направление движения тока
- положительный и отрицательный вывод
Во время заряда аккумулятора (рис. 1а) на свинцовой пластине под воздействием большого числа реакций происходит распад сульфата свинца (PbSO4) и преобразование дистиллированной воды (H2O) в электролит (H2SO4), благодаря этому происходит накопление свободных электронов внутри абсорбированного в стекловолоконной материи электролита.
При разряде аккумулятора (рис. 1б) происходит концентрирование свободных электронов на катодных пластинах АКБ при преобразовании диоксида свинца (PbO2) в сульфат свинца (PbSO4), а электролита в воду. Свободные электроны по внешнему электрическому соединению направляются к аноду, благодаря чему возникает электрический ток.
Период заряда-разряда аккумулятора называют циклом. С каждым циклом АКБ изнашиваются. Долговечность аккумулятора оценивается количеством циклов и зависит от ресурса, заложенного в его электрохимическую систему и конструкцию, а также условий установки и эксплуатации.
При производстве аккумуляторов по AGM технологии сепаратор, состоящий из стекловолокон различной толщины от 0,25 мкм до 3 мкм, плотно укладывается между пластинами для обеспечения контакта пластин с электролитом. Между волокон образуется система пор диаметром от 1 мкм до 10 мкм, в которых жидкий электролит удерживается капиллярной силой подобно губке.
В гелевых аккумуляторах электролит находится в связанном состоянии за счет использования вещества, имеющего в своем составе дисперсию частиц кремневой кислоты с большой поверхностью (200 м 2 /г). После заполнения аккумулятора происходит его загущение до желеобразного состояния с образованием системы пор диаметром от 0.1 мкм до 1 мкм, в которых также как и в AGM батареях удерживается электролит и создаются условия для рекомбинации газов, образующихся при электролизе.
С использованием абсорбированного и гелеобразного электролита удается получить герметизированный аккумулятор, который может работать в любом положении, кроме перевёрнутого.
Основные критерии выбора ИБП переменного тока
Перед тем как выбрать ИБП переменного тока рекомендуется обратить внимание на следующие параметры устройства:
- количество фаз;
- схема построения и, как следствие, форма выходного сигнала и время переключения на аккумуляторы;
- мощность;
- длительность автономной работы и возможность подключения внешних батарей;
- конструктив корпуса и габаритные размеры;
- наличие мониторинга и поддерживаемые протоколы связи.
Чтобы определиться с требуемым значением первого параметра, необходимо уточнить количество фаз питающей сети. В бытовом секторе преимущественно однофазные сети (220 В), в промышленном – трехфазные (380 В). Остальные параметры рассмотрим более подробно.
2. Предусмотрите запас мощности
Выбирать ИБП с номиналом в точности равным мощности подключаемого оборудования не следует. К расчетному энергопотреблению нагрузки нужно прибавить ещё 30%, которые составят запас мощности. Данный запас, во-первых, позволит дозагрузить «бесперебойник» в процессе эксплуатации, а во-вторых, сократит число переходов на аккумуляторы при некритичных отклонениях сетевого напряжения.
Важно!
У многих ИБП (речь, в первую очередь, о моделях on-line типа) границы регулируемого без батарей напряжения зависят от величины фактической нагрузки – чем она меньше относительно номинала устройства, тем они шире. Запас мощности обеспечивает гарантированное превышение номинала ИБП над мощностью питаемых потребителей и, соответственно, увеличивает диапазон допустимого входного напряжения.
Важно!
Приобретение ИБП с запасом, намного превышающим максимальное энергопотребление нагрузки (более рекомендованных 30%) – не способ повысить надёжность или время автономной работы системы бесперебойного питания, а способ гарантированно потратить деньги на более дорогое устройство, часть мощности которого окажется незадействованной.
1.1. Пусковые токи
Оборудование, в состав которого входит электродвигатель, в момент включения расходует энергии в несколько раз больше, чем в обычном режиме (вплоть до восьмикратного превышения). В быту к таким изделиям относятся: стиральные и посудомоечные машины, холодильники, насосы, кондиционеры, вентиляторы, пылесосы, кухонные комбайны – выбор ИБП для всего перечисленного проводится с использованием исключительно пусковой, то есть максимальной мощности. Информация о её величине может как приводиться в характеристиках устройства, так и отсутствовать. Во втором случае для определения пускового энергопотребления рекомендуем проконсультироваться со специалистом.
Важно!
ИБП для прибора с изменяющейся в процессе работы потребляемой мощностью следует подбирать исходя из наибольшего из возможных значений (в противном случае корректная работа «бесперебойника» с данным прибором окажется невозможна).
Срок службы
Срок службы АКБ является одним из главных показателей и характеризуется числом циклов «заряд-разряд». Количество циклов при эксплуатации в первую очередь зависит от того насколько глубокому разряду подвергаются АКБ, от температуры эксплуатации, от напряжения и тока заряда.
Допустимое напряжение заряда АКБ характеризуется величиной: «предельное напряжение заряда» — это число вольт на элемент, которым может безопасно производится заряд батареи для максимального продления ее срока службы. При заряде высоким током и короткой продолжительности работы в режиме разряда допускается более низкое значение предельного напряжения заряда, тогда как при заряде низким током и продолжительном разряде требуется более высокое значение предельного напряжения заряда.
Необходимо убедиться в том, что задано надлежащее напряжение в соответствии с рекомендациями производителя АКБ. Слишком высокое напряжение усиливает коррозию положительных пластин и сокращает срок службы аккумуляторной батареи. Слишком низкое напряжение приводит к сульфатации пластин, что, в свою очередь, вызывает снижение емкости и, в конечном счете, сокращает срок службы батареи.
Как было сказано ранее при нормальных эксплуатационных параметрах, а именно: при 20 ℃~30 ℃ осуществлять компенсацию напряжения для рабочих температур не требуется. Однако, чтобы обеспечить максимальное продление срока службы батареи следует принимать во внимание температурную компенсацию для рабочих температур, находящихся за пределами данного интервала.
Температурная компенсация зарядного напряжения батареи:
- При работе в буферном режиме: Vt = V-0,003(t-25)
- При работе в режиме «заряд-разряд»: Vt = V-0,005(t-25) (V – используемое для заряда напряжение при 25 ℃, t – температура, Vt – напряжение заряда при t ℃)
Срок службы батареи, используемой в режиме «заряд-разряд» (характеризуется отключением зарядного устройства после окончания заряда) в значительной мере зависит от глубины разряда, которому она подвергается в течение каждого цикла. Отношение различного числа циклов к глубине разряда продемонстрировано на рис. 4.
Рис. 4 – отношение числа циклов и емкости в зависимости от глубины разряда.
Период эксплуатации в буферном режиме заряда (когда процесс заряда не останавливается, постоянно поддерживая уровень заряда АКБ близким к полному) в значительной степени зависит от температуры, при которой он осуществляется. Период эксплуатации в буферном режиме будет очень продолжительным при низкой температуре заряда (10~20 ℃), однако при высокой температуре срок службы АКБ сокращается.
Рис. 5 – Отношение периода эксплуатации к температуре
Классификация ассоциации EUROBAT, объединяющей ведущих производителей аккумуляторов, подразумевают следующие категории по расчетному сроку службы:
- срок службы 3-5 лет - Standart Commercial (стандартные коммерческие)
- срок службы 6-9 лет - General Purpose (общее назначение)
- срок службы 10-12 лет - High Performance (высокая производительность)
- срок службы 12 лет и выше – Long Life (длительный срок службы)
В ИБП общего назначения применяются стандартные коммерческие аккумуляторы. При этом конструкция ИБП зачастую предусматривает самостоятельную замену их пользователем с соблюдением мер предосторожности при работе с аккумуляторными батареями.
Во избежание снижения рабочих характеристик при замене должны использоваться одинаковые аккумуляторы соответствующего типа и емкости. Поскольку в процессе эксплуатации технические характеристики аккумуляторов, в частности внутреннее сопротивление, существенно меняются, не допускается использовать старые батареи с новыми в составе одной группы. Не рекомендуется подключать параллельно более 4 групп аккумуляторов, поскольку из-за разброса характеристик значительно разнятся зарядные токи, что приводит к сокращению срока службы аккумуляторов.
Схема построения
Существуют три основные схемы построения источников бесперебойного питания переменного тока:
- резервные (off-line),
- линейно-интерактивные (line-interactive),
- ИБП с двойным преобразованием (on-line).
Они различаются принципом функционирования, формой выходного напряжения (возможностью его стабилизации), а также временем перехода на работу от батарей.
ИБП, представленные в ассортименте ГК «Штиль», выполнены по современной технологии «on-line», принцип которой заключается в преобразовании переменного тока в постоянный и его последующей регенерации обратно в переменный. При таком режиме аккумуляторные батареи включены в работу постоянно, следовательно, переход нагрузки на питание от аккумуляторов происходит мгновенно, что недоступно для резервных и линейно-интерактивных ИБП, имеющих время переключения до 20 мс (для первых) и до 8 мс (для вторых).
Другие преимущества, характерные для ИБП с двойным преобразованием энергии производства ГК «Штиль»:
Вышеуказанные плюсы делают онлайн ИБП «Штиль» оптимальным выбором для защиты любого, в особенности чувствительного, оборудования от максимального количества сетевых перепадов и помех.
Миф 3. Регулярный полный разряд аккумуляторов ИБП увеличивает продолжительность их работы
Это заблуждение связано с весьма сомнительным «народным» методом продления жизни автомобильных аккумуляторов. Некоторые умельцы, в основном из числа автолюбителей, пытаются применить его и к батареям ИБП.
Как обстоят дела на самом деле?
Любой свинцово-кислотный аккумулятор рассчитан на определённое количество циклов заряда-разряда, поэтому каждый разряд «в ноль» не увеличивает его ресурс, а наоборот снижает. Кроме того, частые глубокие разряды могут спровоцировать необратимые изменения в химической структуре батареи, приводящие к её постепенному выходу из строя.
Точно такие же последствия имеют и систематические недозаряды аккумулятора, вызванные, например, неправильной работой зарядного устройства или периодическими переходами «бесперебойника» в автономный режим до момента полного заряда батарей.
Не следует путать полный разряд батареи с предназначенной для контроля её технического состояния процедурой контрольно-тренировочного цикла, которая проводится строго до определённого конечного напряжения и только в полном соответствии с установленными производителем правилами.
Стоит отметить, что в функционал некоторых современных ИБП заложена возможность автоматического и безопасного проведения операции контрольно-тренировочного цикла аккумуляторов – так называемый «Разрядный тест» или «Тест до полного разряда».
2. Расчет суммарной емкости АКБ (аккумуляторной батареи) ИБП
Стандартно моноблок аккумуляторной батареи ИБП состоит из нескольких одинаковых герметичных секций. Как правило, используются аккумуляторы с номинальным напряжением 12 вольт, внутри состоящие из 6 секций по 2 вольт каждая. В ИБП может использоваться от одного до сорока таких аккумуляторов в составе одной группы (цепочки последовательно соединенных АКБ). Группы могут подключаться параллельно для увеличения суммарной емкости.
Необходимо найти суммарную емкость АКБ. Для этой цели умножим общее число групп аккумуляторов на емкость одной группы (должны использоваться аккумуляторы только одной емкости).
Разберем пример: ИБП имеет встроенную группу АКБ, состоящую из последовательно соединенных 3-х герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов емкостью 9 А*час (при 10-часовом разряде) и напряжением 12 вольт. Кроме того, к ИБП подключен один внешний батарейный блок (ББ) с шестью такими же аккумуляторами. Тогда общее напряжение на аккумуляторах равно 3*12=36 В, а суммарная емкость аккумуляторных батарей будет равна:
C10 = 9 А*час * 3 параллельных группы = 27 А*час
1.3. Единицы измерения
Как правило, производители бытовых приборов приводят для своей продукции показатель активной мощности, размерность которой указывается в ваттах или киловаттах (сокращено Вт/кВТ или W/kW). Изготовители ИБП предпочитают характеризовать выпускаемые устройства через показатель полной мощности – это другая физическая величина, измеряемая в вольт-амперах (ВА/кВА или VA/kVA).
Важно!
Ватты и вольт-амперы не равнозначны, зависимость одной единицы измерения от другой выражается через формулу: ВА=Вт/cosφ (далее – формула 1), где cosφ ≤ 1. Из формулы 1 видно, что любому числу вольт-ампер всегда соответствует либо меньшее, либо равное число ватт.
Важно!
У некоторых устройств активная и полная мощность могут существенно различаться. Кроме того, бывает, что два устройства с одинаковой полной мощностью имеют разную активную и, наоборот, схожие по активной мощности – отличаются показателем полной. Всё зависит от cosφ, значение которого у любого электроприбора определяется размером реактивной составляющей в потребляемом токе.
На практике недостаточное внимание к единицам измерения может привести, например, к покупке для нагрузки с потреблением в 900 ватт «бесперебойника» с номиналом 1000, но вольт-ампер, которые будут соответствовать только 850 ваттам (приведены обобщённые цифры – у разных ИБП разное соотношение полной и активной мощности).
Во избежание подобных ошибок и связанных с ними перегрузок рекомендуется рассматривать потребляемую мощность нагрузки, а также выходную мощность ИБП и в Вт, и в ВА. Если техническая документация позволяет узнать только один вид мощности, то второй можно определить с помощью формулы 1. Необходимая для расчета величина cosφ обычно приводится в характеристиках электроприбора. Наиболее распространённые наименования данного параметра: «коэффициент мощности», «power factor», «cosφ» или «PF».
При отсутствии исходящих от производителя данных о cosφ, его допустимо принять равным:
- 0,7-0,8 – для стандартной бытовой техники и компьютеров с блоком питания старого типа, без функции «PFC» (коррекция коэффициента мощности);
- 0,9-0,95 – для осветительных приборов и устройств, превращающих электрическую энергию в тепло (электрические обогреватели, кухонная техника для варки и жарки, утюги, чайники, и т.д.);
- 0,95-1 – для телекоммуникационной аппаратуры, а также для компьютеров и серверов с блоком питания, имеющим функцию «PFC».
Миф 7. Последовательное подключение двух ИБП увеличивает надёжность защиты и/или значительно продлевает длительность автономной работы
Подобное заявление сразу выдаёт отсутствие у его автора опыта в практической организации систем бесперебойного питания.
Как обстоят дела на самом деле?
Даже если первый «бесперебойник», перейдя в автономный режим, сможет запитать последующий (возможно далеко не всегда), то часть энергии его аккумулятора будет рассеяна в результате потерь на втором устройстве и просто не дойдёт до нагрузки.
Поэтому увеличение времени резервирования достигается путём наращивания суммарной емкости используемых батарей, а не последовательным подключением ещё одного ИБП.
Что касается общей надежности системы бесперебойного питания, то она повышается параллельным объединением нескольких ИБП. Например, с помощью схемы N+1, в которой одно устройство питает нагрузку, а второе находится в «горячем» резерве и при отказе первого автоматически включается в работу. В случае необходимости количество резервных единиц может быть увеличено и распределено по независимым питающим линиям (схемы N+2, 2N, 2(N+1) и подобные им).
Время автономной работы ИБП
Продолжительность резервирования электроэнергии зависит от двух основных факторов:
- мощности нагрузки;
- емкости аккумуляторных батарей (АКБ).
Обратите внимание!
Один и тот же ИБП при разных нагрузках имеет различную продолжительность автономной работы!
Правильное определение длительности автономной работы позволяет подключенному к ИБП оборудованию стабильно функционировать на промежутке времени, необходимом либо для безопасного завершения рабочих процессов, либо для устранения неисправности питающей сети. Ошибки при выборе влекут за собой преждевременный разряд батарей и отключение защищаемой техники.
Обычно производители ИБП указывают период автономной работы в технической документации. Рассчитать его можно самостоятельно, уточнив следующие параметры:
V – номинальное напряжение батарей, в В;
C – емкость одной батареи, в А*ч;
P – мощность подключенной нагрузки, в Вт;
КПД – коэффициент полезного действия ИБП, при работе в автономном режиме;
КДЕ – коэффициент доступной емкости, зависит от температуры и режима разряда;
КГР – коэффициент глубины разряда.
КПД, КДЕ и КГР прописываются в технических характеристиках ИБП и аккумуляторных батарей.
Допускается использование усредненных значений КГР для большинства АКБ, равных 0,8–0,9, и КДЕ:
- при одночасовом режиме разряда и 20 °С – 0,7;
- при двухчасовом режиме разряда и 20 °С – 0,85;
- при десятичасовом режиме разряда и 20 °С – 1.
Время автономной работы = (V х C х КПД х КДЕ х КГР х n) / P, где n – количество АКБ.
Внимание!
Из формулы видно, что на автономную работу ИБП не оказывает влияние мощность самого устройства, следовательно, для повышения времени резервирования необходимо подбирать модель не с большим количеством Вт мощности, а обладающую большой суммарной емкостью АКБ!
При выборе и эксплуатации ИБП нужно учитывать два важных аспекта, связанных со временем работы в автономном режиме:
- при разряде батареи большим током за малый промежуток времени отдается только определенная часть емкости (точные значения данной величины отображают разрядные кривые аккумуляторов);
- емкость АКБ снижается в течение всего срока службы, следовательно, падает и длительность резервирования электропитания, поэтому важна своевременная замена батарей!
Конструктивно АКБ могут располагаться как в корпусе ИБП, так и за его пределами. Источники бесперебойного питания, оснащенные встроенными аккумуляторами, не предназначены для длительной работы в условиях отсутствия электроэнергии. Их основное назначение – обеспечение корректного выключения аппаратуры, например, персональных компьютеров или небольших серверов. Устройства, рассчитанные на работу с внешними батареями, более универсальны и имеют широкую сферу применения: от защиты газовых котлов и IT-оборудования до построения промышленных систем бесперебойного питания. Их автономность можно наращивать, подключая дополнительные аккумуляторные блоки.
В номенклатуре ГК «Штиль» представлены источники бесперебойного питания как со встроенными АКБ, так и не оснащенные батареями, но поддерживающие внешнее подключение широкого модельного ряда аккумуляторов.
Время автономной работы для ИБП «Штиль» со встроенными АКБ:
Серия ИБП «Штиль» | Фазность | Мощность, Вт | Время автономной работы (при 100 % нагрузке) |
SR-SL | 1 Ф | 900 | 6 мин |
ST-SL, STR-SL | 1 Ф | 900 | 6 мин |
1800 | 6 мин | ||
2700 | 5 мин | ||
ST-SL | 1 Ф | 5400 | 7 мин |
8000 | 3 мин | ||
ST-SL * | 3:1 Ф | 8000 | 3 мин |
ST-S | 3 Ф | 9000 | 13 мин |
13500 | 7 мин | ||
18000 | 6 мин (при 80 % от номинальной мощности) | ||
27000 | 6 мин (при 60 % от номинальной мощности) |
ST-SL* (3:1 Ф) – поддерживает подключение внешних АБ небольшой емкости.
3. Расчет времени работы от АКБ
Теперь мы готовы рассчитать время работы ИБП от аккумуляторных батарей:
T [час] = C [А*час] * V [В] * η / P [Вт],
где: C - суммарная емкость аккумуляторных батарей, которую мы рассчитали ранее в ампер-часах; V - напряжение аккумуляторов в вольтах; η - КПД инвертора ИБП (если неизвестно, то рекомендуется использовать среднее значение 0.85 для ИБП небольшой мощности); P – средняя активная мощность, потребляемая оборудованием подключенным к ИБП, рассчитанная нами ранее в ваттах.
Продолжая рассмотренные ранее примеры (компьютер, потребляющий мощностью 150 Вт, питается от ИБП с тремя встроенными 12-вольтовыми аккумуляторами емкостью 9 А*час и подключенным внешним батарейным блоком из шести аккумуляторов 9 А*час в двух группах) имеем:
T = 27 А*час * 36 В * 0.85 / 150 Вт = 5,51 часов = 5 часов 30 минут
Как видно из формулы, время работы ИБП от АКБ напрямую не зависит от мощности ИБП. Таким образом, для увеличения времени работы ИБП от АКБ необходимо вместо выбора ИБП большей мощности, остановить выбор на ИБП, у которого больше суммарная емкость аккумуляторов. Либо повысить суммарную емкость с помощью подключения внешних батарейных блоков.
Читайте также: