Источники бесперебойного питания
Системы автоматики в электроснабжении

Автоматика в системах электроснабжения.
Записки инженера

22 October 2017

Бесперебойники: все, что нужно знать

Перерывы в электроснабжении случаются по разным причинам, и обычно сопровождаются мелкими неудобствами. Но иногда могут быть и серьезные последствия. Мы не будем касаться таких серьезных вещей, как недопустимость отключения электричества в хирургических операционных или на борту самолета - там свои сложные сверхнадежные системы, а поговорим о более повседневных, в основном бытовых и офисных, проблемах. Наверное, чаще всего источники беспербойного питания (ИБП или UPS - Uninterruptible Power Supply) покупают для персонального компьютера домой или же для сервера в офис. Жители частного сектора приобретают бесперебойники для обеспечения непрерывной работы системы отопления - либо для электропитания газового котла, либо, если котел не требует электричества, для питания циркуляционного насоса.

Устройство и типы ИБП

Классический источник бесперебойного питания состоит из зарядного устройства, аккумулятора, преобразователя напряжения (из постоянного в переменное с повышением до 220В) и схемы автоматики управления. Различают несколько типов: UPS Off-Line (резевный), UPS On-Line (интерактивный), UPS Line-Interactive (двойного преобразования). Первые - самые простые - подключаются только при пропадании (или выходе за допустимые границы) напряжения в сети, остальное время ИБП находится в режиме ожидания. UPS On-Line - отличаются от первых встроенным ступенчатым стабилизатором сетевого напряжения, что в общем-то, довольно полезно. UPS Line-Interactive отличается тем, что нагрузка всегда подключена к выходу преобразователя и никогда не подключена напрямую к сети, обычно у них очень качественный преобразователь, выдающий стабильное напряжение и чистую синусоиду. Я не буду перегружать статью техническими тонкостями, желающие могут почитать википедию: https://ru.wikipedia.org/wiki/Источник_бесперебойного_питания или же посмотреть следующее видео (одно из немногих толковых на ютубе):

Промышленные системы бесперебойного питания

Об этом кратко. Работая на промышленных объектах, мне приходилось обслуживать и налаживать как аварийные дизель-генераторы мощностью до 1000 кВт, так и аккумуляторные установки, занимающие помещения площадью в сотни квадратных метров. В дата-центрах, на базовых станциях мобильной связи, в серверных интернет-провайдеров, на солнечных электростанциях и т.д. обычно имеются мощные аккумуляторные батареи и довольно сложные зарядно-инверторные устройства.

Компьютерные ИБП

Наверное, большинство ИБП трудятся с персональными компьютерами. Кто-то покупает, заботясь о сохранности вводимой информации, кому-то более важна целостность операционной системы, кому-то важнее исправность аппаратной части компьютера. Все эти причины уважительны, и бесперебойники действительно реально об этом всем заботятся. Как выбирать? Первое и главное - максимальная мощность вашего бесперебойника должна быть больше суммарной мощности того, что в него воткнуто. А это как минимум системный блок и монитор. Может быть, еще принтер. Могут возникнуть трудности с определением мощности системного блока. Конечно, если есть возможность измерить ток и напряжение, это будет лучший вариант. Но если нет такой возможности, то нужно раскрыть системный блок, найти блок питания и прочитать на нем, какая у него мощность. Обычно потребляемая системным блоком мощность меньше, но какой-то ориентир у вас будет. То есть можно взять мощность блока питания вашего системника, прибавить к нему мощность монитора, умножить это все на 1.5, и вы получите тот минимум мощности, которым должен обладать ваш UPS (или ИБП по-нашему).

Где купить?

Можно просто пойти в компьютерный магазин и купить. Можно заказать. Например, в "ОЗОНе": ссылка. Даже можно попробовать что-то найти у китайцев: ссылка.

Мой выбор

Gaммa-Vision 1200 LCD. Не самый дешевый вариант (на момент написания стоил 7 тысяч с хвостиком). Можно было бы и поэкономней, но встроенный стабилизатор напряжения, приличная мощность и вообще понравился. Года три уже использую, полет нормальный, батарею не менял - держит нормально, как новая.

Нужен ли ИБП ноутбуку?

Если в ноутбук вставлен исправный аккумулятор, то особо и не нужен. Но очень часто эксплуатируются ноутбуки с "убитым" аккумулятором или вообще без аккумулятора. В этом случае ноутбуку бесперебойник будет полезен. При этом, учитывая малое потребление, время работы при отсутствии напряжения в сети, может быть в несколько раз больше, чем для большого компьютера. В общем, можно рассматривать ИБП как некий стационарный power bank для ноутбука. А я бы для ноутбука приобрел вот такого зверя.

Бесперебойники с внешними батареями и стабилизацией напряжения

В самых распространенных "компьютерных" ИБП аккумуляторная батарея находится внутри устройства. Как правило, емкость у нее невысока, и ее хватает на 15-30 минут работы на полную мощность. Обычно это дешевая кислотная батарея с небольшим сроком службы. Конечно, когда она утратит значительную часть емкости, можно вскрыть корпус и заменить ее. Но если нас не устраивает малый запас энергии, то нужно обратить внимание на ИБП с внешними батареями. Это уже более солидные устройства, как правило, со встроенным стабилизатором напряжения (UPS On-Line). Аккумуляторы для таких устройств обычно кислотные - можно использовать как автомобильные, так и специально разработанные для этого батареи повышенной емкости и большего срока службы. Литий-ионные батареи, по непонятным мне причинам, в настоящее время не используются в качестве накопителей для бесперебойников.

Бесперебойники для газовых котлов и насосов отопления

Пожалуй, самое нужное место для бесперебойника - это система отопления в частном доме. Сейчас в моде двухконтурные газовые котлы с системой автоматического регулирования температуры и массой прочих автоматик и защит. И, хотя отопление газовое, без электричества котел останавливается. Если перерыв в электроснабжении небольшой, то ничего страшного. Но когда в доме становится холодно, становится немного страшней. А если за окном сильный мороз и есть угроза падения температуры в доме ниже нуля по цельсию? А вдруг такое случится, когда дома не будет никого, способного принять меры, хотя бы слить воду из системы? Мощность потребления циркуляционного насоса обычно находится в пределах 50-70 Вт, а вместе с электроникой котла это порядка 100-150 Вт. То есть совсем небольшая мощность, и по этому параметру здесь спокойно подойдет и компьютерный бесперебойник. Но емкость батареи компьютерного UPSа невелика, и если перерыв в электроснабжении будет полчаса и выше, то ее будет недостаточно. Поэтому для котла имеет смысл купить ИБП с возможностью подключения внешнего аккумулятора большой емкости. Иногда такие бесперебойники называют инверторами, пусть вас это слово не смущает, инверторами в электронике часто называют устройства, содержащие в себе преобразователь напряжения. Итак, инвертор для котла может быть небольшой мощности, но он должен уметь работать с батареей большой емкости. Если для питания электронного блока форма напряжения не имеет большого значения, то для электродвигателя насоса очень желательна синусоидальная форма. У меня уже был опыт: при прямоугольной или ступенчатой форме напряжения на выходе ИБП насос работает, но неестественно гудит. Работал и полчаса с таким напряжением, не сгорел, но я не уверен, что у вас тоже будет так. Поэтому для системы отопления, будь у вас просто насос или котел с электронной системой (у него тоже внутри есть такой насос), нужно брать ИБП с чистой синусоидой на выходе.

Где купить?

Лучше всего покупать в фирменном магазине производителя или большом интернет-магазине. Например здесь: фирменный магазин Энергия или здесь: фирменный интернет-магазин электротехнической компании АВС электро

Мой выбор

Мы живем в двухэтажном доме с пристройкой и флигелем, так получилось, что у нас два отопительных контура: одна часть дома греется от одноконтурного напольного котла, которому не нужно электропитание (но питание нужно циркуляционному насосу мощностью 50-70 Вт), а другая часть от навесного двухконтурного котла с электронной начинкой - его мощность 110 Вт. То есть в сумме получается порядка 200 Вт или, с учетом коэффициента мощности, до 300 ВА. Исходя из этих цифр, накинув про запас, я выбрал ПН-500. Чистая синусоида, честных 500 ВА. Аккумулятор поставил на 100 ампер-часов. Испытал - заряда батарем хватило почти на 4 часа, что меня вполне устраивает. При этом переключатель насоса стоял в 3-ем положении (70 Вт), и котлы работали довольно интенсивно, на сильный подогрев (продолжительность и частота включений была большая). Кстати, инверторы ПН выпускаются в настольном и навесном исполнении. При этом настольный ощутимо дешевле. Почему - не знаю.

ИБП для дома (квартиры)

Это дорогое удовольствие, не для людей среднего достатка. В большинстве случаев разумнее выбрать для этих целей бензогенератор. Конечно, для запуска двигателя потребуется какое-то время, но минуту можно побыть и без света, а на компьютер можно поставить относительно дешевый UPS с батареей небольшой емкости. Тем не менее, ИБП большой мощности имеются в продаже, и каждый может их приобрести. Приобрести или просто ознакомиться с такими источниками бесперебойного питания вы можете здесь. Но не думайте, что на этом ваши затраты на бесперебойное питание кончатся. Обычно такие ИБП не комплектуются аккумуляторами, а они тоже стоют денег.

Как долго будет ИБП работать автономно?

Мощность ИБП показывает, какую нагрузку он способен держать, не уходя при этом в защиту. А вот то, как долго он будет питать эту нагрузку при отсутствии напряжения в сети, целиком зависит от емкости аккумуляторов. В принципе, время автономной работы можно рассчитать. Например, к нашему инвертору бесперебойного питания подключена полностью заряженная новая аккумуляторная батарея емкостью 100 Ампер-часов напряжением 12 Вольт. Перемножаем эти два числа, получаем 1200 Ватт-часов электроэнергии. Умножаем на КПД преобразователя, делаем поправку на то, что батарея весь заряд не отдаст, что-то в себе оставит, получаем что-то порядка 800 Ватт-часов. Это значит, что при нагрузке 800 Вт нам энергии хватит на час, при нагрузке в 2 кВт примерно на 25 минут, а 5 кВт не более, чем на 10 минут. Увеличив емкость батареи мы, соответственно, увеличим время автономной работы. Во сколько раз увеличим емкость, во столько раз увеличим время. Но нужно учесть то, что скорость заряда батарей при увеличении емкости будет уменьшаться. То есть, один и тот же инвертор будет заряжать до 100% заряда батарею емкостью 200 Ампер-часов в 2 раза дольше, чем батарею емкостью 100 Ампер-часов.

Блоки питания с функцией ИБП

Бытовая электронная аппаратура обычно требует для питания постоянное напряжение небольшой величины, чаще всего это 5, 9 или 12 Вольт. При этом далеко не всегда блок питания находится внутри аппаратуры, а выполнен в виде отдельного блока, включаемого между розеткой и самим устройством. Поэтому для питания таких электроприборов вовсе не обязательно бесперебойнику преобразовывать выходное напряжение до переменного величиной 220В. Поэтому в таких случаях в качестве ИБП можно использовать упоминавшийся ранее Power Bank, а также специальный облегченный ИБП - такой как Accordtec БП-20 и т.п. У таких бесперебойников выходное напряжение около 12В, что позволяет их использовать вместо штатного блока питания для всякого рода роутеров, модемов, в системах типа "умный дом" и т.д.

Аккумуляторы для ИБП

Еще лет десять назад выделяли две группы аккумуляторов - щелочные и кислотные. Постепенно о щелочных начали забывать, и в настоящее время уже о них редко вспоминают. Зато вовсю начинают использовать литий-ионные аккумуляторы, которые поначалу применялись в мобильных телефонах, планшетах, ноутбуках. Теперь они подешевели и вовсю используются там, где традиционно применялись кислотные батареи. Даже в качестве автомобильных аккумуляторов. Существует множество других систем аккумуляторов - биологических, ядерных, нанотехнологических, водородных и т.д., но это либо экзотика, либо дорого, либо просто их час еще не настал. Безусловно, нас ждет в этой области много нового в ближайшие годы.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Эти аккумуляторы вы все видели в автомобилях, многие наверняка разбирали их и выплавляли свинец. Старожилы в мире аккумуляторов. Современные модификации:
  • гелевые - электролит в них находится не в жидком состоянии, а в желеобразном. Газовыделения нет, поэтому их делают герметичными. Их можно эксплуатировать в любом положении, ну разве что на 180° не стоит переворачивать. Стойкость порядка 600 циклов заряда-разряда. Переразряд может привести к вспучиванию, а в отдельных случаях и к взрыву (хотя для взрыва надо очень постараться). Очень не любят короткие замыкания. Внутреннее сопротивление выше, чем у других кислотных аккумуляторов, поэтому их не стоит применять там, где требуется большая нагрузка и быстрый разряд.
  • AGM - конструктивно представляют собой пакеты из стекловолокна, пропитанные электролитом. Также герметичны, по сравнению с гелевыми имеют меньшее внутреннее сопротивление. Выдерживают примерно 300 полных циклов заряд-разряд. Менее критичны к переразряду и перегреву, чем гелевые. Внутреннее сопротивление довольно низкое, что дает возможность получить хорошие пусковые токи. К коротким замыканиям менее чувствительны, чем гелевые.

Вывод такой: если не нужна быстрая отдача - например ИБП для котла отопления, то выгодней гелевый. Если же это компьютерный бесперебойник, рассчитанный на 10-15 минут автономной работы, то предпочтительней выглядит AGM-аккумулятор.

Литиевые аккумуляторы

Разработаны сравнительно недавно. Первоначально применялись в мобильных устройствах, вытеснив никель-кадмиевые, никель-металлгидридные и прочие щелочные элементы. Две основных разновидности - литий-ионные и более современные литий-полимерные. В настоящее время активно используются не только в телефонах и ноутбуках, но и в более сильноточных устройствах - например, в шуруповертах, а также в автомобилях и даже в электромобилях в качестве основных элементов питания. Чем они хороши - это тем, что они в несколько раз легче и меньше в размерах, чем кислотные. В литий-ионных электроды разделены пористой структурой, пропитанной электролитом, а в литий-полимерных вместо нее используются полимерные материалы, которым не нужна пропитка, они сами по себе являются электролитами твердой формы. Литий-полимерные более безопасные в плане взрыва или возгорания, но имеют свои недостатки, главный из которых - относительно небольшой срок службы.

Усенко К.А., инженер-электрик,

admin@electric-forum.ru

Адрес страницы:
Ссылка для сайта:
Ссылка для форума:

Яндекс.Метрика