Источники бесперебойного питания: попытка выработки комплексной методики тестирования. Как выбрать источник бесперебойного питания (ИБП)
По мере своего развития цивилизация начинает потреблять все больше энергии, в частности, электрической станки, заводы, электронасосы, фонари на улицах, лампы в квартирах… Появление радио, телевизоров, телефонов, компьютеров дало человечеству возможность ускорить обмен информацией, однако, еще сильнее привязало его к источникам электроэнергии, поскольку теперь, во многих случаях, пропадание электричества равносильно потере канала доставки информационного потока. Наиболее критична такая ситуация для ряда наиболее современных отраслей, в частности, там, где основным инструментом производства являются компьютерные сети.
Давно подсчитано, что через пару-тройку месяцев работы стоимость информации, хранящейся на компьютере, превышает стоимость самого ПК. Уже давно информация стала разновидностью товара ее создают, оценивают, продают, покупают, накапливают, преобразуют… и порой теряют по самым разнообразным причинам. Разумеется, до половины проблем, связанных с потерей информации, возникает из-за программных или аппаратных сбоев компьютерами. Во всех остальных случаях, как правило, проблемы связаны с некачественным электроснабжением компьютера.
Обеспечение качественного питания компонентов ПК залог стабильной работы любой компьютерной системы. От формы и качественных характеристик сетевого питания, от удачного выбора компонентов питания порой зависит судьба целых месяцев работы. Исходя из этих соображений, была разработана изложенная ниже методика исследования, призванная в дальнейшем стать основой тестирования качественных характеристик бесперебойных блоков питания.
- Положения ГОСТ
- Классификация ИБП (описание, схема)
- Оффлайновые
- Линейно-интерактивные
- Онлайновые
- Основные типы по мощностям
- Физика
- a. Виды мощности, формулы расчета:
- Мгновенная
- Активная
- Реактивная
- Полная
- a. Виды мощности, формулы расчета:
- Тестирование:
- Цель тестирования
- Общий план проведения
- Параметры для проверки
- Оборудование, использованное при тестировании
- Библиография
Все, что связано с электрическими сетями, в России регламентируется положениями ГОСТ 13109-97 (принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации взамен ГОСТ 13109-87). Нормативы этого документа полностью соответствуют международным стандартам МЭК 861, МЭК 1000-3-2, МЭК 1000-3-3, МЭК 1000-4-1 и публикациям МЭК 1000-2-1, МЭК 1000-2-2 в части уровней электромагнитной совместимости в системах электроснабжения и методов измерения электромагнитных помех.
Стандартными показателями для электросетей в России, установленными ГОСТ, являются следующие характеристики:
- напряжение питания 220 В±10%
- частота 50±1 Гц
- коэффициент нелинейных искажений формы напряжения менее 8% в течение длительного времени и 12% кратковременно
Оговорены в документе и типичные проблемы электроснабжения. Чаще всего нам приходится сталкиваться со следующими из них:
- Полное пропадание напряжения в сети (отсутствие напряжения в сети на время более 40 секунд из-за нарушений в линиях подачи электроэнергии)
- Проседания (кратковременное снижение напряжения в сети до величины менее 80% от номинального значения на время более 1 периода (1/50 секунды) являются следствием включения мощных нагрузок, внешне проявляется как мерцание ламп освещения) и всплески (кратковременные повышения напряжения в сети на величину более 110 % от номинального на время более 1 периода (1/50 секунды); появляются при отключении большой нагрузки, внешне проявляются как мерцание ламп освещения) напряжения разной продолжительности (характерно для больших городов)
- Высокочастотный шум радиочастотные помехи электромагнитного или другого происхождения, результат работы мощных высокочастотных устройств, коммуникационных устройств
- Отклонение частоты за пределы допустимых значений
- Высоковольтные выбросы кратковременные импульсы напряжения величиной до 6000В и длительностью до 10 мс; появляются при грозах, как результат статического электричества, из-за искрения переключателей, внешних проявлений не имеют
- Выбег частоты изменение частоты на 3 и более Гц от номинального (50 Гц), появляются при нестабильной работе источника электроэнергии, внешне могут и не проявляться.
Все эти факторы могут привести к выходу из строя достаточно «тонкой» электроники, и, как это часто бывает, к потере данных. Впрочем, люди давно научились защищаться: фильтры сетевого напряжения, «гасящие» скачки, дизель-генераторы, обеспечивающие подачу электроэнергии системам при пропадании напряжения в «глобальном масштабе», наконец, источники бесперебойного питания основной инструмент защиты персональных ПК, серверов, мини-АТС и др. Как раз о последней категории устройств и пойдет речь.
Классификация ИБП
«Разделять» ИБП можно по разным признакам, в частности, по мощности (или сфере применения) и по типу действия (архитектуре/устройству). Оба этих метода тесно связаны друг с другом. По мощности ИБП делятся на
- Источники бесперебойного питания малой мощности (с полной мощностью 300, 450, 700, 1000, 1500 ВА, до 3000 ВА включая и on-line)
- Малой и средней мощности (c полной мощностью 3–5 кВА)
- Средней мощности (с полной мощностью 5–10 кВА)
- Большой мощности (с полной мощностью 10–1000 кВА)
Исходя из принципа действия устройств, в литературе в настоящее время используется два типа классификации источников бесперебойного питания. Согласно первому типу, ИБП делятся на две категории: on-line и off-line , которые, в свою очередь, делятся на резервные и линейно-интерактивные .
Согласно второму типу, ИБП делятся на три категории: резервные (off-line или standby), линейно-интерактивные (line-interactive) и ИБП с двойным преобразованием напряжения (on-line).
Мы будем пользоваться вторым типом классификации.
Рассмотрим для начала разницу типов ИБП. Источники резервного типа выполнены по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей сети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей. Достоинством ИБП такого типа можно считать его простоту, недостатком ненулевое время переключения на питание от аккумуляторов (около 4 мс).
Линейно-интерактивные ИБП выполнены по схеме с коммутирующим устройством, дополненной стабилизатором входного напряжения на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Основное преимущество таких устройств защита нагрузки от повышенного или пониженного напряжения без перехода в аварийный режим. Недостатком таких устройств также является ненулевое (около 4 мс) время переключения на аккумуляторы.
ИБП с двойным преобразованием напряжения отличается тем, что в нем поступающее на вход переменное напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает его в аварийном режиме. Таким образом, достигается достаточно высокая стабильность выходного напряжения независимо от колебаний напряжения на входе. Кроме того, эффективно подавляются помехи и возмущения, которыми изобилует питающая сеть.
Практически, ИБП данного класса при подключении к сети переменного тока ведут себя как линейная нагрузка. Плюсом данной конструкции можно считать нулевое время переключения на питание от аккумуляторов, минусом снижение КПД за счет потерь при двукратном преобразовании напряжения.
Физика
Во всех справочниках по электротехнике различаются четыре вида мощности: мгновенная , активная , реактивная и полная . Мгновенная мощность вычисляется как произведение мгновенного значения напряжения и мгновенного значения тока для произвольно выбранного момента времени, то есть
Так как в цепи с сопротивлением r u=ir, то
Средняя за период мощность P рассматриваемой цепи равна постоянной слагающей мгновенной мощности
Среднюю за период мощность переменного тока называют активной . Единица активной мощности вольт-ампер называется ватт (Вт).
Соответственно и сопротивление r называют активным. Так как U=Ir, то
Обычно именно активную мощность понимают под потребляемой мощностью устройства.
Реактивная мощность величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока и напряжения на синус угла сдвига фазы между ними.
Полная мощность потребляемая нагрузкой суммарная мощность (учитываются как активная, так и реактивная ее составляющие). Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения ВА (вольт-ампер). Для синусоидального тока равна
Практически на любом электрическом приборе находится этикетка с указанием либо полной мощности устройства, либо активной мощности.
Тестирование
Основная цель тестирования продемонстрировать поведение тестируемых ИБП в реальных условиях, дать представление о дополнительных характеристиках, которые не находят отражения в общей документации на устройства, на практике определить влияние различных факторов на работу ИБП и, возможно, помочь определиться с выбором того или иного источника бесперебойного питания.
Несмотря на то, что рекомендаций по выбору ИБП в настоящее время существует великое множество, в ходе тестирования мы рассчитываем, во-первых, рассмотреть ряд дополнительных параметров, которыми стоит поинтересоваться перед покупкой оборудования, во-вторых, по необходимости скорректировать набор выбранных методов и параметров тестирования и выработать базу для будущего анализа всего тракта питания систем.
Общий план проведения тестирования выглядит следующим образом:
- Указание класса устройства
- Указание заявленных производителем характеристик
- Описание комплектности поставки (наличие руководства, дополнительных шнуров, ПО)
- Краткое описание внешнего вида ИБП (функции, вынесенные на контрольную панель и перечень разъемов)
- Тип аккумуляторов (с указанием емкости аккумуляторов, обслуживаемые/необслуживаемые, наименование, возможно взаимозаменяемость, возможность подключения дополнительных аккумуляторных блоков)
- «Энергетическая» составляющая тестов
В процессе тестирования планируется проверить следующие параметры:
- Диапазон входного напряжения, при котором ИБП работает от сети, не переключаясь на аккумуляторы. Больший диапазон входного напряжения уменьшает количество переходов ИБП на батарею и увеличивает срок ее службы
- Время переключения на питание от аккумулятора. Чем меньше время переключения, тем меньше риск выхода из строя нагрузки (устройства, подключенного через ИБП). Длительность и характер процесса переключения во многом определяют возможность нормального продолжения работы оборудования. Для компьютерной нагрузки допустимое время прерывания питания 20-40 мс.
- Осциллограмма переключения на аккумулятор
- Время переключения с аккумулятора на внешнее питание
- Осциллограмма переключения с аккумулятора на внешнее питание
- Время работы в автономном режиме. Этот параметр определяется исключительно емкостью батарей, установленных в ИБП, которая, в свою очередь, увеличивается при росте максимальной выходной мощности ИБП. Для обеспечения автономным питанием двух современных компьютеров SOHO типичной конфигурации в течение 15-20 мин, максимальная выходная мощность ИБП должна быть порядка 600-700 ВА.
- Параметры выходного напряжения при работе от батарей
- Форма импульса в начале разряда аккумулятора
- Форма импульса в конце разряда аккумулятора
- Диапазон выходного напряжения ИБП при изменении входного напряжения. Чем этот диапазон уже, тем меньше влияние изменения входного напряжения на питаемую нагрузку
- Стабилизация выходного напряжения
- Фильтрация выходного напряжения (если она есть)
- Поведение ИБП при перегрузке на выходе
- Поведение ИБП при пропадании нагрузки
- Вычисление КПД ИБП. Определяется как отношение выходной мощности устройства к потребляемой мощности от источника питания
- Коэффициент нелинейных искажений, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от синусоидальной
- 0% синусоида
- 3% искажения не заметны на глаз
- 5% искажения заметны глазом
- до 21% трапецеидальная или ступенчатая форма сигнала
- 43% сигнал имеет прямоугольную форму
При тестировании мы будем пользоваться не реальными рабочими станциями и серверами, а эквивалентными нагрузками, которые имеют стабильный характер потребления и коэффициент использования мощности, близкий к 1. В качестве основного оборудования, которое будет использоваться при проведении тестирований, в настоящее время рассматривается следующий комплект:
Библиография
- ГОСТ 721-77 Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В
- ГОСТ 19431-84 Энергетика и электрификация. Термины и определения
- ГОСТ 21128-83 Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В
- ГОСТ 30372-95 Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения
- Теоретическая электротехника, изд. 9-е, исправленное, М.-Л., издательство "Энергия", 1965
- Рекламные материалы компании
- Интернет-ресурс
- мощность ИБП/UPS,
- габариты ИБП/UPS ,
- время автономной работы, и т. д.
В последнее время появилось определенное количество статей в которых вводятся расчетные величины и с легкостью доказывается превосходство одной марки UPS над другой. При этом некоторые технические характеристики не указываются или указываются только те, которые выгодно показывать для данных моделей. Характерный пример - обычно в каталогах на UPS небольшой мощности обычно не указывается величина допустимой перегрузки инвертора, на основании этого в одной из статей был сделан вывод, что UPS многих фирм (Off-line и line-interactive) не могут работать с перегрузкой. В данной статье мы постараемся воздержаться от введения каких-либо искусственных технико-экономических показателей. Однако мы понимаем, что вопрос цены, в большинстве случаев является определяющим при выборе UPS . Вернемся к UPS и тем особенностям, техническим характеристикам, на которые необходимо обращать внимание при выборе оборудования.
Во первых, надо определиться для чего приобретается источник или система бесперебойного питания , что вы хотите защитить и от чего. Для этого определим, какие UPS существуют, и какой уровень защиты обеспечивает та или иная технология изготовления, а также список наиболее встречающихся неполадок в электросети. Наиболее часто встречающиеся неполадки в электросети:
- исчезновение напряжения,
- провал напряжения,
- повышение напряжения,
- понижение напряжения,
- электромагнитные и радиочастотные помехи,
- высоковольтный импульс,
- переходный процесс при коммутации,
- искажение синусоидальности напряжения.
off-line UPS - источник бесперебойного питания характеризуется наличием времени переключения с основной сети на работу от аккумуляторов. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. При работе от аккумуляторов на выходе инвертора степ волна. Небольшие габариты и простой дизайн. Ценовая ниша - самый дешевый. Защищает от 3-х неполадок в электросети.
line-interactive UPS - источник бесперебойного питания характеризуется наличием времени переключения с основной сети на работу от аккумуляторов. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. Имеет автотрансформатор благодаря чему может работать в широком диапазоне входных напряжений без перехода на аккумуляторы. При работе от аккумуляторов на выходе инвертора степ волна или синусоида. Привлекательный внешний вид, небольшие габариты. Ценовая ниша - небольшая цена для тех задач которые он может решать. Защищает от 5-ти неполадок в электросети.
on-line UPS - источник бесперебойного питания с двойным преобразованием защищает нагрузку от большинства неполадок в сети. Переход на работу с основной сети на работу от аккумуляторов происходит без разрыва синусоиды на выходе. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. Ценовая ниша - дорого, но это лучшее, что есть на данный момент. Защищает от 9-ти неполадок в электросети. Чаще всего причина приобретения UPS инициировано только одной неполадкой в электросети - исчезновением напряжения и стремлением, обеспечить корректное завершение задач или технологических циклов. Однако нельзя забывать, что UPS решает большое количество задач, таких как стабилизация напряжения, устранение помех и искажений, информационная защита и т. д. Поэтому рассмотрим характеристику, с которой обычно начинается выбор оборудования - мощность. В данной части будут рассматриваться только UPS построенные по технологии on-line.
Мощность UPS - номинальная выходная мощность источника (мощность инвертора UPS ). Указывается в ВА. Обычно выходная мощность UPS указывается в названии самого источника, или указывается через слеш, дефис, таким образом мощность аппарата легко читается в названии. Следующее что необходимо узнать это соотношение активной мощности и полной на выходе инвертора, или так называемый коэффициент мощности Pf.
Коэффициент мощности.
Коэффициент мощности - величина очень универсальная и характеризует не только выходные данные ИБП , как источника электрической энергии для потребителя, но и сам ИБП как нагрузку для трансформаторной подстанции, дизель-электростанции или другого источника электроэнергии. Определение:
Коэффициент мощности Pf - отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение Pf. равно 1.
Электрическая мощность (э. м.) - физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. При переменном токе произведение мгновенных значений напряжения и и тока i представляет собой мгновенную мощность: р = ui, т. е. мощность в данный момент времени, которая является переменной величиной. Среднее за период Т значение мгновенной Э. м. Называется активной мощностью.
Активная мощность (P) - среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока. А. м. Р зависит от действующих значений напряжения U и силы тока I и от косинуса j, где j - угол сдвига фаз между U и I. Единица измерения А. м. - ватт (Вт). В цепях однофазного синусоидального тока Р = UI cosj. Активная Э. м. характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, световую и т. п.). Э. м., характеризующая скорость передачи энергии от источника тока к приёмнику и обратно, называется реактивной мощностью.
Реактивная мощность (Q) - величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока. Р. м. Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока /, умноженному на синус угла сдвига фаз j между ними: Q = UI sinj. Измеряется в варах.
Полная мощность , кажущаяся мощность, величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S=U?I; для синусоидального тока (в комплексной форме) и связана с активной и реактивной Э. м. соотношением: S2= P2+ Q2 , где Р - активная мощность, Q - реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0). Измеряется в ва. Для цепей несинусоидального тока Э. м. равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник:
Для трехфазных цепей Э. м. определяется как сумма мощностей отдельных фаз.
Р. м., потребляемая в электрических сетях, вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения). В некоторых электрических установках Р. м. может быть значительно больше активной мощности. Это приводит к появлению больших реактивных токов и вызывает перегрузку источников тока. Для устранения перегрузок и повышения мощности коэффициента электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности. Для этой цели вполне подходят источники бесперебойного питания с высоким коэффициентом входной мощности.
чаще всего носит комплексный характер и коэффициент мощности не превышает 0.8, а для компьютеров составляет около 0.7. Таким образом, логично заключить, что выходной коэффициент мощности UPS или коэффициент мощности инвертора может быть не более 0.8, что и реализовано в большинстве моделей источников. Существует ряд моделей UPS, которые имеют инвертор с коэффициентом мощности равным 1. Такие источники имеют преимущество при работе с чисто активной нагрузкой (например, нагревательные элементы).Совсем другое дело, когда мы говорим о входном коэффициенте мощности. Если Pfвых. для UPS это характеристика нагрузки, то Pfвх характеризует влияние UPS на электросеть, т.е. то количество искажений, которые вносит аппарат во внешнюю сеть. Данная характеристика напрямую влияет на возможность работы UPS с другими источниками электроэнергии (дизель-генератор). Все фирмы стремятся увеличить этот показатель и приблизить его к 1, причем во всем диапазоне нагрузок. Для этого разработаны новые IGBT выпрямители и выпрямители с коррекцией коэффициента входной мощности. Пример тому выпуск новой линии UPS PW 9340 большой мощности фирмой POWERWARE , имеющими на входе IGBT выпрямитель с функцией коррекции коэффициента мощности. Одними из первых, кто стал применять UPS c IGBT выпрямителем финская фирма Fiskars, вошедшая в состав Exide Electronics./Powerware , и начавшая серийный выпуск аппаратов по такой технологии в 1996г. (модель Profile , новое название PW9150 ). Применение UPS с высоким коэффициентом входной мощности позволит получить экономию электроэнергии, особенно при работе с нагрузкой имеющий нелинейный характер. Приведем пример. В 2000 году на заводе по производству волоконно-оптического кабеля под Москвой была установлена система бесперебойного электропитания обеспечивающая работу всех технологических линий цеха. Мощность системы бесперебойного электропитания составила 480кВА. Система была построена на четырех параллельно работающих UPS . Во время испытаний на реальную нагрузку были произведены замеры токов, напряжений и мощности на входе и выходе системы бесперебойного питания.
- Потребляемая мощность системы бесперебойного электропитания - 187кВА/187кВт
- Коэффициент мощности - 1.0
- Мощность потребляемая цехом - 245кВА/169кВт
- Коэффициент мощности - 0.69 КПД системы 90.3%
К сожалению, потребителю электроэнергии приходится платить не за активную (полезную) мощность, а за полную мощность. Разница в мощности на входе и на выходе системы бесперебойного питания составила 58 кВА ! Необходимо учесть, что тариф за потребление электроэнергии с низким cosj (Pf) существенно выше. Таким образом, применение системы бесперебойного питания позволило не только защитить оборудование от исчезновения и провалов напряжения, но и получить существенную экономию электроэнергии.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что при выборе системы бесперебойного питания необходим комплексный подход, который позволит решить не только сиюминутные задачи, но и получить дополнительные преимущества. Применение современных UPS (аналогичных сериям PW 9150 (Powerware 9150), PW 9155 (Powerware 9155), PW 9305 (Powerware 9305), PW 9340 (Powerware 9340), PW 9370 (Powerware 9370) ) позволяет решать задачи энергосбережения. .
"Электросистемы"
Соколов С.В. директор по развитию ТХ "Электросистемы"
Этой статьей наш сайт продолжает целый цикл полезных материалов, целью которых станет облегчение выбора какого-либо товара из тысяч предложенных на рынке вариантов. Согласитесь, выбор конкретной модели какого-то устройства всегда отнимает много времени, которое можно потратить с пользой. В сегодняшнем материале мы поговорим о выборе ИБП.
Введение
Электричество - это главное, с чего начинается работа современного человека. Без электричества ваш персональный компьютер просто не включится, у вас не получится подзарядить нужный в работе гаджет или просто развлечься, играя в компьютерные игры. Даже в современных городах и домах электросеть может давать сбои - в жару может выйти из строя из строя электростанция, иногда резко может измениться напряжение тока и так далее. Как защитить свой ПК в таких случая? Ответ прост - использовать ИБП , источник бесперебойного питания.
Основных причин порчи электрооборудования две - внезапное прекращение подачи питания и скачки напряжения . Именно ИБП помогут этих проблем избежать. В случае отключения тока в сети благодаря встроенной батарее они могут обеспечивать ПК электричеством на протяжении временного промежутка от нескольких минут до нескольких часов. За это время вы или сможете спокойно закончить работу, или сохранить все важные документы и выключить устройство в штатном режиме (а некоторые ИБП могут сделать это и без участия пользователя). Также ИБП защищают и от скачков напряжения, “выравнивая” ток, который поступает в блок питания устройства.
Разные ИБП очень сильно отличаются друг от друга. Одни могут быть предназначены для использования с не слишком мощными офисными компьютерами, другие - с производительными серверами, которым необходимо обеспечить беспрерывную круглосуточную работу несмотря на грозы и поломки сети. В итоге потратить на покупку “бесперебойника” можно как $100, так и $10000, и именно поэтому нужно знать тонкости их выбора.
Насколько мощный вам понадобится ИБП? Это можно довольно просто подсчитать. Для начала взгляните на максимальную мощность блока питания вашего ПК - например, 400 Вт. Эти 400 Вт он наверняка не использует постоянно - вряд ли энергопотребление такого ПК превышает 250-300 Вт, но запас в вычислениях не помешает и увеличит время, которое ИБП даст на завершение работы. Минимальное число Вольт-Ампер ИБП (см. пункт выходная мощность в следующем разделе) вычисляется по формуле 1.6 * (мощность блока питания), то есть в случае с БП мощностью 400 Вт составит 640 ВА.
Подсчитать точное время автономной работы гораздо сложнее - тут все зависит от множества факторов, и лучше обратиться к официальному руководству или описанию ИБП от производителя. Если же хочется все делать самим, а не доверять производителю, то вам понадобится узнать четыре характеристики устройства: выходную мощность, количество батарей, их вольтаж и емкость в Ампер-часах (скорее всего, чтобы все это найти придется потрудиться). Формула будет такой:
(вольтаж * емкость батарей * КПД) / выходная мощность = Х
Для получения итогового количества минут Х нужно умножить на 60. То есть ИБП с параметрами 700 Вт / 12 В / 9 А*ч / КПД 90% сможет обеспечивать энергией наш 400 Вт компьютер примерно в течение 8.3 минут.
Важные характеристики ИБП
Все ИБП разделяют на три вида: интерактивные, резервные и ИБП с двойным преобразованием.
Резервные ИБП — самый простой тип “бесперебойников”. Они самостоятельно механическим путем переключаются на использование внутреннего аккумулятора при сбое в сети. Это переключение занимает от 20 до 100 мс - большая часть потребительской электроники и компьютеров в этом случае продолжит работать в штатном режиме.
Интерактивные ИБП похожи на резервные, но используют специальный трансформатор, который позволяет “выравнивать” напряжение в сети гораздо лучше. Если вы часто замечаете, что лампочки дома горят не слишком ярко - это означает, что такой ИБП вам не помешает.
ИБП с двойным преобразованием - самые дорогие и самые сложные в устройстве. Вместо переключения на резервные батареи в случае сбоя они постоянно фильтруют ток из стационарной сети, что позволяет ни на одну миллисекунду не терять напряжения. Такие ИБП стоят в несколько раз дороже интерактивных при прочих равных характеристиках и предназначаются для использования с серверами и чувствительными приборами - скорее всего, вам такой не понадобится.
Полная выходная мощность, ВА
Характеризует максимальную величину мощности нагрузки, которую можно подключить к устройству. Рекомендованные значения: 350-700 ВА для офисных ПК, 700-1000 ВА для рабочих станций и игровых ПК, 1000+ ВА для серверов.
Активная выходная мощность, Вт
Характеризует максимальную мощность подключенных к ИБП устройств. Лучше всего использовать ИБП, активная выходная мощность которого примерно на 20% выше мощности, к примеру, блока питания компьютера и монитора вместе взятых.
Время работы при полной загрузке
Как уже было сказано выше, точное время автономной работы в каждом конкретном случае определить довольно тяжело. Чаще всего производители указывают этот параметр для случая полной загрузки ИБП. В обычных моделях этот параметр не превышает 5-15 минут, а ИБП для серверов могут автономно работать до нескольких часов.
Количество выходных разъемов питания
Обычно ИБП включают в себя как розетки, защищенные от отключения питания в сети, так и розетки, которые защищены только от перепадов напряжения. При покупке учтите количество и тех, и тех - скорее всего, вам понадобится как минимум две розетки первого типа (в случае стационарного компьютера - для ПК и монитора).
Интерфейсы USB, RS-232, Ethernet, подключение к ОС
Почти любой ИБП должен не просто быть подключенным к сети, но и “общаться” с операционной системой компьютера, чтобы отдавать ей команды и получать необходимую информацию. При покупке ИБП обязательно убедитесь в том, что он совместим с ОС вашего ПК, а подключить его не составит труда - через USB, COM-порт или же Ethernet.
Холодный старт
Этот режим работы ИБП позволяет включать компьютер при полном отсутствии напряжения в стационарной сети и наличии заряда в батареях устройства. Может пригодится в довольно неожиданных случаях.
Защита локальной сети и телефонной линии
Не лишним будет защитить от перепадов напряжения проводную локальную сеть и телефонный провод, если вы их используете. ИБП, которые это поддерживают, обычно не слишком сильно отличаются по цене от других.
Наличие дисплея
Небольшой ЖК-экран позволит легко узнать информацию о параметрах сети и времени автономной работы, которое у вас осталось. Это необязательная “фишка”, но отрицать дополнительный комфорт, который она дает, нельзя - без экрана вам останется лишь слушать пищание устройства и смотреть на его светодиоды, что далеко не так интуитивно понятно.
Возможность замены батарей
Аккумуляторы в ИБП обычно служат на протяжении 3-5 лет, и по истечении этого срока они будут нуждаться в замене. Почти во всех случаях рекомендуется покупать ИБП с этой возможностью - исключением являются лишь дешевые модели, замена батарей в которых обойдется примерно в столько же, сколько и покупка нового “бесперебойника”.
Топ-5 лучших ИБП для обычных ПК
Отличный и недорогой ИБП с информативным экраном и полной мощностью в 1350 ВА. Имеет 8 розеток (4 с подключением к батарее и 4 с защитой от скачков напряжения) и предназначен для домашнего использования. Благодаря сравнительно компактному дизайну поместится под обычный стол. Автоматически выключит подключенные к нему устройства в случае потери питания сети и умеет защищать телефонную линию и проводную локальную сеть.
Дорогая и мощная модель для домашнего использования. 8 розеток для самых разных устройств с подключением к батарее, удобный LCD-дисплей, мощное ПО, множеств дополнительных функций.
Мощный и надежный интерактивный ИБП для дома и офиса. 10 розеток, 5 из которых подключены к батареям, информативный ЖК-экран, возможность замены батарей и многое другое.
Простейшая модель резервного типа: очень короткое время автономной работы, минимальный набор функций, 8 розеток, 4 из которых подключены к батарее и невысокая стоимость.
Похожая на APC Smart-UPS C 1500VA LCD модель. Отличается более высокой активной мощностью, лучшей защитой от скачков напряжения и слотом для дополнительных интерфейсов. Время автономной работы при этом немного меньше.
Заключение
Надеемся, что эта статья помогла вам разобраться с непростой задачей выбора источника бесперебойного питания. В следующий раз мы расскажем о лучших компьютерных колонках!
Номинальная мощность источника бесперебойного питания – это один из самых важных технических параметров, который необходимо учитывать при выборе ИБП. Неправильный расчет мощности ИБП, как минимум, приведет к тому, что источник бесперебойного питания будет постоянно перегружаться, а значит, не сможет выполнять свое основное назначение – защищать оборудование. В худшем случае при значительной перегрузке ИБП может сам стать причиной сбоя в энергоснабжении ответственной нагрузки.
Расчет мощности ИБП. Теория.
Номинальная мощность источника бесперебойного питания определяется исходя из мощности подключенной к нему нагрузки. Здесь под нагрузкой мы понимаем суммарную мощность всех электроприборов, которые планируется подключить к ИБП . Следовательно, нужно правильно рассчитать мощность нагрузки и на основании расчета выбрать источник бесперебойного питания. Важное уточнение – при расчете следует исходить как из полной, так и из активной мощности нагрузки. Вспомним некоторые данные из курса школьной физики.
Полная мощность (единица измерения ВА, VA – вольт-ампер) это вся мощность, потребляемая нагрузкой. Полная мощность состоит из двух составляющих – активной мощности (единица измерения Вт, W – Ватт) и реактивной мощности (единица измерения var, вар – вольт-ампер реактивный). Как правило, подавляющее большинство нагрузок имеют как активную, так и реактивную составляющие.
– нагрузка, в которой вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. Реактивная составляющая у такой нагрузки настолько мала, что ей можно пренебречь. К активным нагрузкам относятся различные нагревательные приборы (обогреватели, ТЭНы и т.д.), лампы накаливания, утюги и электроплиты. Как правило, производитель электроприборов указывает мощность такой нагрузки в Ваттах. – все прочие нагрузки. Реактивная нагрузка может носить индуктивный или емкостной характер. Типичным представителем нагрузки с реактивной составляющей, имеющей индуктивный характер, является электродвигатель. Полная мощность электродвигателя P и активная мощность P a связаны между собой коэффициентом cos φ.Значение cos φ обычно указывается в техническом паспорте изделия.
Расчет мощности ИБП. Методика.
Чаще всего производители источников бесперебойного питания в технической спецификации на оборудование указывают полную и активную мощность ИБП. Реже можно встретить указание на полную мощность и значение выходного коэффициента мощности. В последнем случае активную мощность ИБП можно рассчитать по формуле
Здесь
P – полная мощность ИБП
P а – активная мощность ИБП
P F – коэффициент мощности по выходу (указывается в технической спецификации на источник бесперебойного питания)
Для того чтобы подобрать по мощности необходимую модель источника бесперебойного питания нужно рассчитать суммарную мощность электроприборов, которые планируется подключить к ИБП. Расчет следует проводить как для активной, так и для полной мощности нагрузки, то есть в итоге у вас должно получиться две цифры – полная мощность нагрузки (в вольт-амперах) и активная мощность нагрузки (в ваттах). Алгоритм расчета приблизительно следующий
1. Составьте список электрооборудования, которое планируете подключить к ИБП.
2. Определите полную мощность каждого устройства одним из следующих способов
- Полная мощность указывается производителем в паспорте на прибор.
- Если в паспорте указана активная мощность оборудования, то рассчитайте полную мощность по формуле, приведенной ниже.
Здесь
P – полная мощность устройства
P а – активная мощность устройства
cos φ – коэффициент мощности (указывается в паспорте устройства). Если cos φ в паспорте не указан, то для расчета исходим из того, что cos φ = 0,7. Для активной нагрузки (обогреватели, лампы накаливания и т.д.) cos φ = 1.
3. Важное замечание. Если вы планируете подключить к ИБП электродвигатель либо электроприбор, в состав которого входит электродвигатель, то при расчете мощности нужно обязательно учитывать пусковые токи. Любой электродвигатель в момент включения потребляет значительно больше мощности, чем в номинальном режиме работы. Поэтому чтобы избежать перегрузки источника бесперебойного питания, паспортное значение мощности устройства нужно умножить как минимум на 5, а лучше на 7.
4. Для получения значения полной мощности вашей нагрузки просуммируйте полученные данные по всем устройствам.
5. Аналогично рассчитайте активную мощность вашей нагрузки. Для расчета активной мощности используйте следующую формулу.
Расчет мощности. Правило выбора ИБП по мощности
Итак, мы получали два значения мощности нашей нагрузки – полную мощность и активную мощность. Основное правило выбора ИБП по мощности заключается в следующем: номинальная мощность источника бесперебойного питания должна быть на 25% больше чем мощность вашей нагрузки. Причем правило это должно работать как для полной мощности ИБП, так и для активной мощности. Разумеется, можно подобрать ИБП, номинальная мощность которого равна или немного больше мощности нагрузки. Такой вариант допустим, и будет работать, однако срок службы нагруженного на 100% ИБП будет существенно (в разы) меньше, чем срок службы ИБП, нагрузка которого не превышает 80% от номинальной.
Расчет мощности ИБП. Приблизительная мощность некоторых электроприборов
Ниже приведены ориентировочные значения потребления электроэнергии различными бытовыми электроприборами.
Бытовая техника.
Телевизор – 80 Вт.
Стиральная машина – 500…2000 Вт.
Холодильник – 1000 Вт.
Микроволновая печь – 1000 Вт.
Электрочайник – 2000 Вт.
Электрическая плита – 1000…2000 Вт.
Пылесос – 200…3000 Вт.
Утюг – 400…2000 Вт.
Лампа накаливания бытовая – 25…75 Вт.
Лампа люминесцентная бытовая – 5…30 Вт.
Компьютерная техника.
Сетевой роутер, хаб – 10…20 Вт.
Системный блок персонального компьютера – 200…1000 Вт.
Системный блок сервера – 300…1500 Вт.
Монитор ЭЛТ – 15…200 Вт.
Монитор ЖК – 20…60 Вт.
Как выбрать оптимальную конфигурацию ИБП для организации бесперебойного питания оборудования и бытовых приборов в доме
Ответить на вопрос о выборе конфигурации источника бесперебойного питания для обеспечения надёжного электропитания отопительных и инженерных систем, бытовых электроприборов достаточно сложно. По сути, это уравнение с многими неизвестными. Ведь, заранее неизвестно на сколько плохим будет сетевое электропитание, и какова будет продолжительность отключений электроэнергии.
На первом этапе необходимо определить общую мощность всех потребителей энергии, работу которых необходимо обеспечивать в случае отсутствия сетевого электропитания. Исходя из этого значения необходимо выбрать ИБП мощностью на 20% превышающей максимальное значение нагрузки. После этого нужно определится с ёмкостью внешних аккумуляторных батарей, исходя из необходимого времени резервирования.
Наиболее оптимальным решением бесперебойного питания будет разбить нагрузку на несколько более маленьких групп потребителей. И решать задачи обеспечения резерва раздельно для различных групп потребителей в зависимости от их важности. При выборе конфигурации источника бесперебойного питания и аккумуляторных батарей следует учитывать, что увеличение запаса мощности ИБП не приводит к линейному увеличению длительности резерва. Для обеспечения большой мощности нагрузки необходим более мощный ИБП, а для обеспечения большого времени резерва необходимо увеличивать ёмкость внешних аккумуляторных батарей.
Простой способ расчета времени резерва бесперебойника
Время резерва питания определяется прежде всего двумя параметрами: мощностью полезной нагрузки и общей ёмкостью всех аккумуляторных батарей.
Однако следует отметить, что зависимость времени резерва от этих параметров не линейная. Но для быстрой примерной оценки времени резерва можно использовать простую формулу.
T = E * U / P (часов),
где Е - ёмкость аккумуляторов, U - напряжение аккумуляторов, Р - мощность нагрузки всех подключаемых приборов .
Уточненный способ расчёта времени резерва бесперебойника
Для уточнения расчёта времени резерва дополнительно вводятся специальные коэффициенты: КПД инвертора, коэффициент разряда аккумулятора, коэффициент доступной ёмкости в зависимости от температуры окружающей среды.
С учётом этих коэффициентов формула расчета принимает следующий вид.
T = E * U / P * KPD * KRA * KDE (часов),
где KPD (коэффициент полезного действия инвертора) находится в диапазоне 0,7-0,8,
KRA (коэффициент разряда аккумуляторов) находится в диапазоне 0,7-0,9,
KDE (коэффициент доступной ёмкости) находится в диапазоне 0,7-1,0.
Коэффициент доступной ёмкости имеет сложную зависимость от значения температуры и скорости прикладывания нагрузки. Чем холоднее температура воздуха, тем ниже коэффициент доступной ёмкости. Чем медленнее расходуется энергия батарей, тем больше значения коэффициента доступной ёмкости.
Готовые таблицы значения времени резерва бесперебойников серии SKAT и TEPLOCOM
Необходим один внешний аккумулятор напряжением 12 Вольт
| Ёмкость, в Ач | Мощность нагрузки, ВА | ||||
| 100 | 150 | 200 | 250 | 270 | |
| 26 | 2ч 18мин | 1ч 22мин | 55мин | 44мин | 39мин |
| 40 | 3ч 37мин | 2ч 15мин | 1ч 36мин | 1ч 15мин | 1ч 09мин |
| 65 | 7ч 01мин | 4ч 00мин | 2ч 45мин | 2ч 12мин | 1ч 54мин |
| 100 | 12ч 00мин | 7ч 12мин | 5ч 00мин | 3ч 40мин | 3ч 26мин |
Таблица примерного времени резерва
Необходимо два внешних аккумулятора напряжением 12 Вольт
| Емкость АКБ, Ач | ||||||||||
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | |
| 2х40 | 9,37 | 4,06 | 2,31 | 1,51 | 1,36 | 1,22 | 1,07 | 0,53 | 0,39 | 0,34 |
| 2х65 | 16,15 | 7,12 | 4,40 | 3,02 | 2,29 | 1,56 | 1,44 | 1,36 | 1,28 | 1,11 |
| 2х100 | 27,11 | 11,55 | 7,33 | 5,23 | 4,12 | 3,05 | 2,44 | 2,22 | 2,01 | 1,49 |
| 2х120 | 32,37 | 14,52 | 9,44 | 6,10 | 5,11 | 4,12 | 3,14 | 2,51 | 2,33 | 2,15 |
| 2х150 | 40,47 | 17,40 | 11,24 | 8,19 | 5,57 | 5,07 | 4,17 | 3,28 | 2,57 | 2,42 |
| 2х200 | 54,23 | 24,48 | 15,47 | 11,27 | 9,09 | 6,50 | 5,45 | 5,08 | 4,31 | 3,54 |
Таблица примерного времени резерва
Необходимо 8 внешних аккумуляторов напряжением 12 Вольт
| Емкость АКБ, Ач | ||||||
| 500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | |
| 65 | 12ч 20мин | 5ч 10мин | 2ч 55мин | 2ч 15мин | 1ч 40мин | 1ч 25мин |
| 100 | 19ч 25мин | 8ч 40мин | 5ч 20мин | 3ч 40мин | 2ч 45мин | 2ч 15мин |
| 120 | 23ч 05мин | 11ч 35мин | 7ч 00мин | 4ч 45мин | 3ч 30мин | 2ч 45мин |
| 150 | 28ч 55мин | 14ч 20мин | 8ч 45мин | 6ч 30мин | 4ч 50мин | 3ч 40мин |
| 200 | 38ч 30мин | 19ч 10мин | 12ч 45мин | 8ч 45мин | 7ч 00мин | 5ч 20мин |
Линейка ИБП марок SKAT
и TEPLOCOM
обеспечивает возможность организации надёжного бесперебойного питания потребителей различной ёмкости и назначения. Бесперебойники дают возможность организовать бесперебойное питание от маленького котла отопления или циркуляционного насоса до питания всего дома или офиса. Специализированные ИБП дают возможность организации бесперебойного питания особо важных объектов, таких как системы связи, коммуникационное оборудование, системы безопасности и контроля.
Для увеличения времени резерва питания полезной нагрузки есть несколько путей. Все эти способы вытекают из формулы расчета времени резерва.
Для увеличения времени резерва можно увеличить ёмкость внешних АКБ, уменьшить полезную нагрузку, создать оптимальные условия эксплуатации ИБП и аккумуляторных батарей.
Первый вариант - самый простой, но затратный. Для увеличения ёмкости батарей придется покупать более дорогие аккумуляторы и ИБП, позволяющие производить их эффективный заряд. Кроме затрат на оборудование потребуется и выделение специального помещения, предназначенного для хранения и работы аккумуляторных батарей, снабженного хорошей системой вентиляции.
Второй метод - уменьшить нагрузку. Прежде всего нужно разбить нагрузку на группы в зависимости от необходимости обеспечения бесперебойного питания. Если электроэнергии не будет длительное время, то нужно будет выбирать между важностью обеспечения работы инженерных систем отопления, водоснабжения и необходимостью пользоваться холодильником или кондиционером. Так современный холодильник позволяет обеспечить приемлемую температуру около 20 часов, если его лишний раз не открывать. Еще одной группой потребителей является система освещения, для освещения можно использовать автономные источники бесперебойного питания или аварийные светильники со встроенной аккумуляторной батареей. В конечном счёте можно посидеть и при свете фонарика или старой доброй свечи, всё лучше, чем разморозить систему отопления.
Третий метод заключается в повышении качества обслуживания ИБП и батарей. Здесь наиболее важными моментами являются содержание оборудования в чистоте, обеспечение хорошего температурного режима. Отдельно стоит отметить необходимость проведения правильного заряда АКБ и проведения тренировок аккумуляторов. Часто бывает так, что проблем с электричеством нет, и аккумуляторы не подвергаются циклам разряда и заряда. В результате через несколько месяцев резко падает реальная ёмкость АКБ. Для тренировки АКБ необходимо использовать специальное оборудование или имитировать периодически отключение электроэнергии, давая возможность батареям работать.
