У міру свого розвитку цивілізація починає споживати все більше енергії, зокрема, електричної станки, заводи, електронасоси, ліхтарі на вулицях, лампи в квартирах… Поява радіо, телевізорів, телефонів, комп'ютерів дала людству можливість прискорити обмін інформацією, проте ще сильніше прив'язала його до джерел електроенергії, оскільки тепер, у багатьох випадках, пропадання електрики рівносильне втраті каналу доставки інформаційного потоку. Найбільш критична така ситуація для низки найсучасніших галузей, зокрема там, де основним інструментом виробництва є комп'ютерні мережі.
Давно підраховано, що за пару-трійку місяців роботи вартість інформації, що зберігається на комп'ютері, перевищує вартість самого ПК. Вже давно інформація стала різновидом товару - її створюють, оцінюють, продають, купують, накопичують, перетворюють ... і часом втрачають з найрізноманітніших причин. Зрозуміло, до половини проблем, пов'язаних із втратою інформації, виникає через програмні або апаратні збої комп'ютерами. В інших випадках, зазвичай, проблеми пов'язані з неякісним електропостачанням комп'ютера.
Забезпечення якісного живлення компонентів ПК - запорука стабільної роботи будь-якої комп'ютерної системи. Від форми та якісних характеристик мережевого живлення, від вдалого вибору компонентів живлення часом залежить доля цілих місяців роботи. Виходячи з цих міркувань, було розроблено викладену нижче методику дослідження, покликану надалі стати основою тестування якісних характеристик безперебійних блоків живлення.
- Положення ГОСТ
- Класифікація ДБЖ (опис, схема)
- Офлайнові
- Лінійно-інтерактивні
- Онлайнові
- Основні типи потужностей
- Фізика
- a. Види потужності, формули розрахунку:
- Миттєва
- Активна
- Реактивна
- Повна
- a. Види потужності, формули розрахунку:
- Тестування:
- Ціль тестування
- Загальний план проведення
- Параметри для перевірки
- Устаткування, використане під час тестування
- Бібліографія
Все, що пов'язано з електричними мережами, в Росії регламентується положеннями ГОСТ 13109-97 (прийнятий Міждержавною Радою зі стандартизації, метрології та сертифікації замість ГОСТ 13109-87). Нормативи цього документа повністю відповідають міжнародним стандартам МЕК 861, МЕК 1000-3-2, МЕК 1000-3-3, МЕК 1000-4-1 та публікаціям МЕК 1000-2-1, МЕК 1000-2-2 в частині рівнів у системах електропостачання та методів вимірювання електромагнітних перешкод.
Стандартними показниками для електромереж у Росії, встановленими ГОСТ, є такі характеристики:
- напруга живлення 220 В±10%
- частота 50±1 Гц
- коефіцієнт нелінійних спотворень форми напруги менше 8% протягом тривалого часу і 12% короткочасно
Обговорено у документі та типові проблеми електропостачання. Найчастіше нам доводиться стикатися з наступними:
- Повне пропадання напруги в мережі (відсутність напруги в мережі на час більше 40 секунд через порушення в лініях подачі електроенергії)
- Просідання (короткочасне зниження напруги в мережі до величини менше 80% від номінального значення на час більше 1 періоду (1/50 секунди) є наслідком включення потужних навантажень, зовні проявляється як мерехтіння ламп освітлення) та сплески (короткочасне підвищення напруги в мережі на величину більше 110 % від номінального на час більше 1 періоду (1/50 секунди), з'являються при відключенні великого навантаження, зовні проявляються як мерехтіння ламп освітлення) напруги різної тривалості (характерно для великих міст)
- Високочастотний шум радіочастотні перешкоди електромагнітного або іншого походження, результат роботи потужних високочастотних пристроїв, комунікаційних пристроїв
- Відхилення частоти за межі допустимих значень
- Високовольтні викиди короткочасні імпульси напруги величиною до 6000В і тривалістю до 10 мс; з'являються при грозах, як результат статичної електрики, через іскріння перемикачів, зовнішніх проявів не мають
- Вибіг частоти зміна частоти на 3 і більше Гц від номінального (50 Гц), з'являються при нестабільній роботі джерела електроенергії, зовні можуть і не виявлятися.
Всі ці фактори можуть призвести до виходу з ладу досить тонкої електроніки, і, як це часто буває, до втрати даних. Втім, люди давно навчилися захищатися: фільтри мережевої напруги, стрибки, що гасять, дизель-генератори, що забезпечують подачу електроенергії системам при пропаданні напруги в «глобальному масштабі», нарешті, джерела безперебійного живлення основний інструмент захисту персональних ПК, серверів, міні-АТС та ін Якраз про останню категорію пристроїв і піде мова.
Класифікація ДБЖ
«Розділяти» ДБЖ можна за різними ознаками, зокрема, за потужністю (або сферою застосування) та за типом дії (архітектурою/пристроєм). Обидва ці методи тісно пов'язані один з одним. За потужністю ДБЖ поділяються на
- Джерела безперебійного живлення малої потужності(з повною потужністю 300, 450, 700, 1000, 1500 ВА, до 3000 ВА, включаючи і on-line)
- Малої та середньої потужності(з повною потужністю 3-5 кВА)
- Середня потужність(з повною потужністю 5-10 кВА)
- Великої потужності(з повною потужністю 10-1000 кВА)
Виходячи з принципу дії пристроїв, у літературі нині використовується два типи класифікації джерел безперебійного живлення. Згідно з першим типом, ДБЖ поділяються на дві категорії: on-lineі off-line, які, у свою чергу, поділяються на резервніі лінійно-інтерактивні.
Згідно з другим типом, ДБЖ поділяються на три категорії: резервні (off-line або standby), лінійно-інтерактивні (line-interactive) та ДБЖ з подвійним перетворенням напруги (on-line).
Ми будемо користуватися другим типом класифікації.
Розглянемо для початку різницю типів ДБЖ. Джерела резервного типу виконані за схемою з комутуючим пристроєм, який у нормальному режимі роботи забезпечує підключення навантаження безпосередньо до зовнішньої мережі живлення, а в аварійному ¦ переводить її на живлення від акумуляторних батарей. Перевагою ДБЖ такого типу можна вважати його простоту, недоліком - ненульовий час перемикання на живлення від акумуляторів (близько 4 мс).
Лінійно-інтерактивні ДБЖ виконані за схемою з комутуючим пристроєм, доповненою стабілізатором вхідної напруги на основі автотрансформатора з обмотками, що перемикаються. Основна перевага таких пристроїв – захист навантаження від підвищеної або зниженої напруги без переходу в аварійний режим. Недоліком таких пристроїв є ненульовий (близько 4 мс) час перемикання на акумулятори.
ДБЖ з подвійним перетворенням напруги відрізняється тим, що в ньому змінна напруга, що надходить на вхід, спочатку перетворюється випрямлячем на постійне, а потім за допомогою інвертора знову в змінну. Акумуляторна батарея постійно підключена до виходу випрямляча та входу інвертора та живить його в аварійному режимі. Таким чином досягається досить висока стабільність вихідної напруги незалежно від коливань напруги на вході. Крім того, ефективно пригнічуються перешкоди та обурення, якими рясніє мережа живлення.
Фактично, ДБЖ даного класу при підключенні до мережі змінного струму поводяться як лінійне навантаження. Плюсом даної конструкції можна вважати нульовий час перемикання на живлення від акумуляторів, мінусом зниження ККД за рахунок втрат при дворазовому перетворенні напруги.
Фізика
У всіх довідниках з електротехніки розрізняються чотири види потужності: миттєва, активна, реактивнаі повна. Миттєва потужність обчислюється як добуток миттєвого значення напруги та миттєвого значення струму для довільно обраного моменту часу, тобто
Так як в ланцюзі з опором r u = ir, то
Середня за період потужність P ланцюга, що розглядається, дорівнює постійної складової миттєвої потужності
Середню за період потужність змінного струму називають активною . Одиниця активної потужності вольт-ампер називається ват (Вт).
Відповідно і опір r називають активним. Оскільки U=Ir, то
Зазвичай саме активну потужність розуміють під споживаною потужністю пристрою.
Реактивна потужність величина, що характеризує навантаження, що створюються в електротехнічних пристроях коливаннями енергії електромагнітного поля. Для синусоїдального струму дорівнює добутку струму, що діють, і напруги на синус кута зсуву фази між ними.
Повна потужність ¦ споживана навантаженням сумарна потужність (враховуються як активна, так і реактивна її складові). Обчислюється як добуток середньоквадратичних значень вхідного струму та напруги. Одиниця вимірювання ВА (вольт-ампер). Для синусоїдального струму дорівнює
Практично на будь-якому електричному приладі знаходиться етикетка із зазначенням повної потужності пристрою, або активної потужності.
Тестування
Основна мета тестування¦ продемонструвати поведінку тестованих ДБЖ у реальних умовах, дати уявлення про додаткові характеристики, які не знаходять відображення у загальній документації на пристрої, на практиці визначити вплив різних факторів на роботу ДБЖ і, можливо, допомогти визначитися з вибором того чи іншого джерела безперебійного живлення.
Незважаючи на те, що рекомендацій щодо вибору ДБЖ в даний час існує безліч, в ході тестування ми розраховуємо, по-перше, розглянути ряд додаткових параметрів, якими варто поцікавитися перед покупкою обладнання, по-друге, по необхідності скоригувати набір вибраних методів і параметрів тестування та виробити базу для майбутнього аналізу всього тракту живлення систем.
Загальний план проведення тестування має такий вигляд:
- Вказівка класу пристрою
- Вказівка заявлених виробником характеристик
- Опис комплектності поставки (наявність керівництва, додаткових шнурів, ПЗ)
- Короткий опис зовнішнього вигляду ДБЖ (функції, винесені на контрольну панель та перелік роз'ємів)
- Тип акумуляторів (із зазначенням ємності акумуляторів, що обслуговуються/необслуговуються, найменування, можлива взаємозамінність, можливість підключення додаткових акумуляторних блоків)
- «Енергетична» складова тестів
У процесі тестування планується перевірити такі параметри:
- Діапазон вхідної напруги, при якому ДБЖ працює від мережі, не перемикаючись на акумулятори. Більший діапазон вхідної напруги зменшує кількість переходів ДБЖ на батарею та збільшує термін її служби
- Час перемикання живлення від акумулятора. Чим менший час перемикання, тим менший ризик виходу з ладу навантаження (пристрої, підключеного через ДБЖ). Тривалість та характер процесу перемикання багато в чому визначають можливість нормального продовження роботи устаткування. Для комп'ютерного навантаження припустимий час переривання живлення 20-40 мс.
- Осцилограма перемикання на акумулятор
- Час перемикання з акумулятора на зовнішнє живлення
- Осцилограма перемикання з акумулятора на зовнішнє живлення
- Час роботи в автономному режимі. Цей параметр визначається виключно ємністю батарей, встановлених в ДБЖ, яка, у свою чергу, збільшується у разі зростання максимальної вихідної потужності ДБЖ. Для забезпечення автономним живленням двох сучасних комп'ютерів SOHO типової конфігурації протягом 15-20 хв, максимальна вихідна потужність ДБЖ має бути близько 600-700 ВА.
- Параметри вихідної напруги під час роботи від батарей
- Форма імпульсу на початку розряду акумулятора
- Форма імпульсу наприкінці розряду акумулятора
- Діапазон вихідної напруги ДБЖ при зміні вхідної напруги. Чим цей діапазон вже, тим менший вплив зміни вхідної напруги на навантаження, що живиться
- Стабілізація вихідної напруги
- Фільтрація вихідної напруги (якщо вона є)
- Поведінка ДБЖ при перевантаженні на виході
- Поведінка ДБЖ при зникненні навантаження
- Обчислення ККД ДБЖ. Визначається як відношення вихідної потужності пристрою до споживаної потужності від джерела живлення
- Коефіцієнт нелінійних спотворень, що характеризує ступінь відмінності форми напруги чи струму від синусоїдальної
- 0% синусоїда
- 3% спотворення не помітні на око
- 5% спотворення помітні оком
- до 21% трапецеїдальна або ступінчаста форма сигналу
- 43% сигнал має прямокутну форму
При тестуванні ми користуватимемося не реальними робочими станціями та серверами, а еквівалентними навантаженнями, які мають стабільний характер споживання та коефіцієнт використання потужності, близький до 1. Як основне обладнання, яке буде використовуватися при проведенні тестувань, наразі розглядається наступний комплект:
Бібліографія- ГОСТ 721-77 Системи енергопостачання, мережі, джерела, перетворювачі та приймачі електричної енергії. Номінальна напруга понад 1000 В
- ГОСТ 19431-84 Енергетика та електрифікація. терміни та визначення
- ГОСТ 21128-83 Системи енергопостачання, мережі, джерела, перетворювачі та приймачі електричної енергії. Номінальна напруга до 1000 В
- ГОСТ 30372-95 Сумісність технічних засобів електромагнітна. терміни та визначення
- Теоретична електротехніка, вид. 9-те, виправлене, М.-Л., видавництво "Енергія", 1965
- Рекламні матеріали компанії
- Інтернет ресурс
Який вибрати ДБЖ? Цю тему ми порушили у попередній статті та розглянули типи безперебійників, які пропонують виробники. Сьогодні поговоримо про те, як обрати джерело безперебійного живлення залежно від ваших завдань та типу вашого обладнання, а також розрахуємо необхідну потужність UPS.
Те, який безперебійник вам потрібен, залежить від кількох основних моментів:
- Від яких саме проблем у мережі ви хочете захистити обладнання?
- Особливості конструкції обладнання, яке ви хочете підключити до ДБЖ.
- Запланована потужність навантаження на ДБЖ.
- Потрібен час автономної роботи.
Отже, у цій статті ми розглянемо вибір безперебійника з огляду на такі питання:
- Розраховуємо ємність акумуляторів для певного часу автономної роботи.
- Розраховуємо час автономної роботи, знаючи ємність ДБЖ.
Навіщо вам потрібна ДБЖ?
Відповідь питанням: який безперебійник вибрати - залежить передусім від цього, навіщо він вам потрібний.
| Для чого? | Що купувати | |
| Коректно вимкнути комп'ютер та встигнути зберегти дані при відключенні електроенергії. | У цьому випадку сміливо беріть недорогий ДБЖ off-line типу або лінійно-інтерактивний із запасом роботи батарей на 5-15 хвилин. | |
| Забезпечити живленням обладнання у разі досить тривалого відключення електроенергії. |
Якщо вашому обладнанню підходить несинусоїдальна форма сигналу, купуйте ДБЖ офф-лайн або лінійно-інтерактивну, але підвищену ємність, з розрахунком на тривалу роботу від батарей. Як розрахувати ємність, ви можете прочитати нижче. Найбільший запас часу роботи в автономному режимі - у ДБЖ із зовнішніми батареями за рахунок можливості збільшити ємність додатковими акумуляторами (підключаються паралельно). Такі безперебійники найчастіше – із категорії дорогих, з подвійним перетворенням. Якщо необхідно справдідовгий час роботи, десятки годин, можливо, найкращим виходом буде придбання генератора. |
|
| Захистити обладнання від підвищеної чи зниженої напруги, провалів, небезпечних для техніки відключень на кілька секунд (люблять у нас електрики смикати рубильник туди-сюди). | Для цих цілей вам потрібен ДБЖ з функцією AVR (автоматичного регулювання напруги): лінійно-інтерактивний ДБЖ або дорожчий із подвійним перетворенням. Стабілізація напруги в лінійно-інтерактивних UPS найчастіше реалізована в ступінчастому, грубому вигляді, в онлайн-моделях стабілізатор працює плавно. | |
| Захистити чутливе обладнання від максимальної кількості збоїв та перешкод в електричній мережі. | Для цих цілей підійде лише безперебійник on-line типу. |
Зазначимо, що якщо вам необхідна лише стабілізація живлення та не потрібне забезпечення автономної роботи обладнання при відключенні електрики, доцільніше купити окремий стабілізатор.
Також досить часто використовують зв'язку стабілізатор + недорогий ДБЖ (безперебійник включається в мережу ПІСЛЯ стабілізатора). Такий тандем не тільки дозволяє регулювати напругу в тому випадку, якщо в UPS цього не передбачено, а й продовжує термін експлуатації батарей ДБЖ.
Для захисту якого обладнання ви купуєте ДБЖ?
Який вибрати безперебійник - також залежить від особливостей конструкції техніки, що підключається.
Загальне правило таке: до ДБЖ із правильною синусоїдою на виході можна підключати практично будь-яку техніку, потрібно лише правильно розрахувати потужність. До решти UPS, особливо офлайн типу, можна підключати далеко не все обладнання.
| Особливість | Оптимальний тип ДБЖ | Пояснення |
|
Елементи, чутливі до несинусоїдальної форми сигналу. |
Найпоширеніший випадок - це пристрої з електродвигуном, насосом, компресором, у тому числі насоси газових котлів, а також практично вся побутова техніка: холодильники, фени, пральні машинки, електродрилі і т. д. в результаті двигун перегрівається до згоряння. У деяких пристроях, наприклад, лазерних принтерах, ксероксахтакож можуть бути компоненти, яким для роботи потрібна синусоїдальна форма напруги, і при роботі від ДБЖ з прямокутною або ступінчастою формою сигналу вони прослужать набагато менше. |
|
|
Індуктивні елементи (котушки індуктивності, дроселі). |
ДБЖ on-line типу. |
Часто виникає питання - чи можна підключати до звичайного дешевого безперебійника пристрою з індуктивним навантаженням, наприклад, люмінесцентні лампи? На практиці підключають, і все начебто працює. Але слід враховувати, що багато виробників цього категорично не рекомендують і відносять випадки поломки безперебійника після підключення індуктивного навантаження до негарантійних. Крім того, траплялися випадки, коли реактивне навантаження пошкоджувало не розрахований на неї ДБЖ. |
|
Трансформаторний (лінійний) блок живлення. |
ДБЖ on-line типу. |
Вибираючи ДБЖ для пристроїв із трансформаторними блоками живлення, потрібно з обережністю ставитись до UPS, який не видає на виході чисту синусоїду. При живленні напругою у формі меандру або ступінчастої синусоїди втрати в трансформаторі збільшуються, що, при сильній навантаженості, приведе до зменшення ресурсів трансформатора в десятки разів. Також на практиці траплялися випадки, коли згоряв сам УПС, до якого підключалося таке навантаження. З іншого боку, досить часто апаратура з малопотужними трансформаторними блоками живлення, наприклад радіотелефони, спокійно працює в парі з ДБЖ off-line типу. Однак багато виробників, як і у разі індуктивного навантаження, найчастіше не радять підключати трансформаторні БП до звичайних ДБЖ. Як відрізнити трансформаторний блок живлення від звичайного імпульсного? Якщо ми говоримо про зовнішнє БП, то імпульсний - зазвичай легкий і невеликий, а трансформаторний - важчий і більший, за рахунок того, що всередині нього розміщений, власне, трансформатор. Тип вбудованого блока живлення визначити складніше, тут потрібно орієнтуватись на документацію виробника. Хороша новина - в більшості випадків в електронній техніці, як модеми, комутатори, роутери, комп'ютери зараз використовуються саме імпульсні БП. |
|
Конструктивні елементи, чутливі до якості живлення. |
Тільки ДБЖ on-line типу. |
Практично всі знають, що техніка болісно сприймає перепади напруги в мережі або постійно занижену (завищену) напругу. Проте якість електроживлення визначається як напругою. Чутливе телекомунікаційне, аудіо-відео, вимірювальне, медичне обладнання також негативно реагує на:
Все це може не лише спотворювати роботу техніки, а й скорочувати термін її роботи. |
|
|
ДБЖ on-line типу з відповідним навантаженням потужністю. |
Устаткування, що має електродвигуни, насоси, компресори та інші конструктивні елементи, які в момент пуску споживають велику кількість електроенергії, не можна підключати до малопотужних ДБЖ. Пускові струми можуть перевищувати стандартне споживання 3-7 і більше разів. |
Як розрахувати потужність ДБЖ?
Щоб правильно вибрати безперебійник, необхідно порахувати загальну потужність обладнання, яке ви збираєтеся до нього підключити. Значення потужності можна уточнити у технічних характеристиках (паспорт або інструкції до техніки).
Розглянемо умовний приклад.
Ми хочемо підключити до ДБЖ:
- комп'ютер на 250 Вт,
- монітор LCD на 60 Вт,
- кондиціонер на 2000 Вт (cos = 0,8).
Тут є один момент: навіть якщо потужність всіх пристроїв виражена в одній одиниці, в даному випадку в Вт, потрібно підрахувати дві потужності: у вольт-амперах і ватах.
Потужність у вольт-амперах та ватах – у чому різниця?
Потужність, що виражається у вольт-амперах (ВА, VA) називають повною потужністю. Вона показує реальне навантаження обладнання, з урахуванням активного та реактивного.
Потужність, що виражається у ватах (Вт, W), називають активною потужністю.
Це дві різні величини, і обидві потрібно враховувати при виборі ДБЖ потрібної потужності. Це особливо важливо, якщо ви збираєтеся підключати до ДБЖ реактивне навантаження, оскільки в такому устаткуванні повна та активна потужність можуть серйозно відрізнятися.
Розрахунок потужності у вольт-амперах.
Для перерахунку активної потужності (у ватах) на повну потужність у вольт-амперах використовуємо формулу:
де:
- VA – повна потужність,
- W - активна потужність,
- P – коефіцієнт потужності обладнання.
Якщо обладнання відноситься до активного навантаження, а це практично все мережеве, телекомунікаційне обладнання, прилади освітлення і обігріву, тобто техніка без індуктивності, без реактивної потужності, а також комп'ютерна техніка з блоками живлення з регулюванням коефіцієнта потужності (APFC), то коефіцієнт можна прийняти рівним 1, або краще 0,95.
Якщо ви підключаєте кИБП лазерний принтер, кондиціонер, люмінесцентні лампи - обладнання, в якому є електродвигуни і тому подібне, все, де є індуктивність і реактивна потужність, а також комп'ютери з блоками живлення без APFC, то струм потужності потрібно подивитися в паспорті пристрою або на наклейці назад. Для такої техніки його найчастіше вказують. Позначається коефіцієнт потужності Power Factor (PF) або cos φ .
У тому випадку, коли виробник не вказав значення коефіцієнта потужності, але навантаження однозначно не є повністю активним, можна взяти найбільш поширену величину: 0,7.
Повернемося до нашого прикладу.
Блок живлення комп'ютера без регулювання коефіцієнта потужності, тому беремо значення P рівним 0,7. Монітором аналогічно. Разом отримуємо повну потужність:
- для комп'ютера з монітором: (250 +60) / 0,7 = 442 VA,
- для кондиціонера: 2000/0,8 = 2500 VA,
- Разом: 2942 VA.
Отже, що ж, купуємо безперебійник на 3000VA? Не поспішайте, не все так просто.
Розрахунок потужності у ВАТ.
Найчастіше зустрічається найпростіший випадок - коли потужність у ВАТ, її також називають активною потужністю, вже вказано у документації до обладнання. Якщо ні, можна перерахувати потужність з вольт-амперів у ВАТ, використовуючи ту ж методику, що і для повної потужності.
Порахуємо потужність нашого обладнання у ВАТ:
- комп'ютер з монітором - 310 Вт,
- кондиціонер - 2000 Вт,
- Разом: 2310 W.
У нашому інтернет-магазині, серед ДБЖ на 3000VA, наприклад, є такі:
Як розрахувати необхідну ємність безперебійника?
Зазвичай при виборі джерела безперебійного живлення ми маємо певні вимоги до часу, протягом якого він підтримуватиме роботу підключеного до нього обладнання у разі відключення електроенергії. Багато виробників вказують зразковий діапазон, наприклад, пишуть, що в залежності від навантаження, час роботи від батарей складе 4-20 хвилин. Або вказують, що при роботі з максимальним навантаженням цей час становитиме 5 хвилин.
Але це приблизно, а нам потрібно бути точно впевненим, що куплений нами UPS забезпечить роботу від батарей для певного переліку обладнання. Або ж розрахувати, скільки часу триматиме навантаження якась обрана нами модель ДБЖ.
Розраховуємо ємність акумуляторів для певного часу автономної роботи
Для розрахунків нам знадобиться:
- Загальна активна потужність (у ВАТ), обладнання, яке ми збираємося підключити до ДБЖ (W).
- Час автономної роботи (T).
- Номінальна напруга батарей.
Використовуємо формулу:
де:
- T - час запланованої автономної роботи (год),
- P - потужність підключеного обладнання (ВТ),
- KPD – ККД джерела безперебійного живлення (можна взяти приблизно 0,85).
І формулу перерахунку ємності в Вт * год в ємність AH:
Припустимо, нам потрібно, щоб комп'ютер та монітор із наведеного вище прикладу пропрацювали 2 години після відключення електроенергії.
Місткість (Вт * год) = 2 * 310 / 0,85 = 730 Вт * год.
Однак ємність батарей прийнято вказувати в ампер-годиннику. Щоб перерахувати ємність у ват-годинниках в ампер-годинник, потрібно вказати номінальну напругу батарей.
Для батарей 12В:
Місткість (А * год) = 730/12 == 60,83 ≈ 61Ah.
Для батарей 24В:
730/24 = 30,42 ≈ 30Ah.
Оскільки найчастіше в ДБЖ використовується 1-2 батареї, рідше 4 ємністю 7-9AH, то підібрати ДБЖ стандартної комплектації для таких значень загальної ємності нам буде складно. Найкраще купити джерело безперебійного живлення з можливістю підключення зовнішніх батарей та підбирати ємність за потребами.
Каталог ДБЖ з можливістю підключення зовнішніх батарей.
ККД UPS (приблизно можна взяти 0,85). Використовуємо формули:
- V - номінальна напруга батарей (V),
- AH - ємність однієї батареї (AH),
- N – кількість батарей.
- E - загальна ємність (Вт * год),
- KPD - ККД джерела безперебійного живлення (за замовчуванням можна взяти 0,85,
- P – споживана потужність підключеного обладнання.
Візьмемо для прикладу ДБЖ PowerCom BNT-800AP USB. Виробник заявляє час автономної роботи 5 хвилин під час максимального завантаження. А скільки зможуть пропрацювати наш комп'ютер з монітором із споживаною потужністю 310 Вт?
Загальна ємність (Вт * год) ДБЖ = 12В * 7,2 AH * 1 = 86,4 Вт * год.
Час = 86,4 * 0,85 / 310 = 0,237 години ≈ 14 хв.
Висновок
Тепер давайте коротко підіб'ємо підсумки.
Для того, щоб вибрати ДБЖ, необхідно:
сайт
- Визначити, який тип UPS вам потрібний.
- Розрахувати необхідну повну та активну потужність ДБЖ, з урахуванням пускових струмів та невеликим запасом.
- Якщо потрібна підтримка харчування протягом якогось певного часу – розрахувати, яка ємність ДБЖ для цього потрібна. І в залежності від розрахованої ємності купувати звичайний безперебійник або ДБЖ і комплект додаткових батарей до нього.
Джерело безперебійного електроживлення (ДБЖ) - це автоматичний пристрій, основна функція якого - живлення підключеного навантаження за рахунок енергії акумуляторних батарей при зникненні напруги мережі або виходу його параметрів (напруга, частота) за допустимі межі. Крім цього, деякі ДБЖ можуть коригувати параметри електроживлення під час роботи від електричної мережі, тобто. виконувати функції фільтра та стабілізатора.
У цій статті вибір ДБЖ ілюструється на прикладі продукції компанії APC (American Power Conversion), заснованої в 1981 трьома інженерами-електротехніками, які закінчили Массачусетський технологічний інститут (MIT).
Перший ДБЖ був випущений компанією у 1984 році, а з 2007 р. APC є підрозділом корпорації Schneider Electric і в даний час є лідером ринку систем безперебійного електроживлення та володарем численних нагород.
На початку 2010 року компанія APC випустила оновлену модель серії RS - Back-UPS RS 550 () Цей пристрій має нову цікаву функцію енергозбереження. Вона реалізована у вигляді "залежних" вихідних розеток UPS, які знеструмлюються, якщо ви вимикаєте комп'ютер, підключений до "основних" розеток пристрою.
Таким чином, можна економити енергію, автоматично відключаючи обладнання типу хабів, модемів, роутерів та іншої периферії, зазвичай непотрібної при непрацюючому комп'ютері. Ще одним важливим нововведенням, що робить використання UPS зручнішим, є наявність рідкокристалічного дисплея, що відображає розгорнуту інформацію про стан ДБЖ та електромережі.
Для довідки: У Російській Федерації стандарт побутового електроживлення наступний: діюча напруга - 220 ± 10%, частота 50 Гц ± 1%, коефіцієнт несинусоїдності - тривало до 8%, короткочасно до 12%. Таким чином, напруга в мережі повинна змінювати своє значення по синусоїді з періодом 1/49 - 1/51 сек, перебувати в межах 196 - 242 і відрізнятися за формою від ідеальної синусоїди не більше ніж на 8%.
Потужність джерел безперебійного живлення вказується у вольт-амперах (VA), а потужність більш звичних у ватах (Вт) можна дізнатися, помноживши потужність у вольт-амперах на коефіцієнт 0,6. Наприклад, ДБЖ з характеристикою потужності 700VA захистить безперебійним живленням техніку з максимальним споживанням 420 Вт.
Розрахувати потужність підключеного навантаження можна, підсумувавши потужність всіх підключених до ДБЖ споживачів, для персональних комп'ютерів ця потужність завжди менше, ніж номінальна потужність їх блоків живлення (як правило - у півтора-два рази) і залежить від особливостей конкретної конфігурації, орієнтовно її можна розрахувати, наприклад, скориставшись .
Приклад: системний блок комп'ютера з блоком живлення номіналом 350Ват споживає 250 Вт + монітор 45Вт = 295 Вт, розділивши цю цифру на 0.6, отримуємо 491VA, тобто. для такої конфігурації мінімально підходяща потужність ДБЖ - 500VA.
Приблизний час роботи ДБЖ при заданому рівні навантаження найпростіше з'ясувати, подивившись документацію, надану виробником. У цій статті наводяться посилання на діаграми часу роботи всіх згадуваних сімейств ДБЖ APC. Зазвичай для максимального навантаження час автономної роботи вимірюється кількома хвилинами, що, як правило, достатньо для збереження даних і коректного вимикання обладнання.
Пам'ятайте також, що залежність часу автономної роботи від потужності підключеного навантаження має нелінійну форму через падіння ККД перетворювача при зниженні номінального навантаження, наприклад, для ДБЖ серії BackES ця залежність має вигляд, наведений на графіку зліва. Розуміння цього факту позбавить вас від покупки занадто потужного ДБЖ з метою забезпечення тривалої роботи підключеного обладнання - подібна витівка навряд чи скінчиться успішно, так як при роботі від батарей на потужності, в рази меншій за номінальну для ДБЖ, їх ресурс буде переважно витрачатися інвертором, а не навантаженням.
Ще одним фактором, що знижує час автономної роботи ДБЖ, є зниження ємності акумуляторних батарей. Місткість акумуляторних батарей падає протягом терміну експлуатації, про це необхідно пам'ятати, якщо акумулятори в даному ДБЖ експлуатуються істотну частину їх життєвого циклу (зазвичай він становить від двох до чотирьох років).
Як вибрати оптимальну конфігурацію ДБЖ для організації безперебійного живлення обладнання та побутових приладів у будинку
Відповісти на питання щодо вибору конфігурації джерела безперебійного живлення для забезпечення надійного електроживлення опалювальних та інженерних систем, побутових електроприладів досить складно. По суті це рівняння з багатьма невідомими. Адже, заздалегідь невідомо, наскільки поганим буде мережне електроживлення, і якою буде тривалість відключень електроенергії.
На першому етапі необхідно визначити загальну потужність усіх споживачів енергії, роботу яких необхідно забезпечувати у разі відсутності електроживлення. Виходячи з цього значення необхідно вибрати ДБЖ потужністю на 20%, що перевищує максимальне значення навантаження. Після цього потрібно визначиться із ємністю зовнішніх акумуляторних батарей, виходячи з необхідного часу резервування.
Найбільш оптимальним рішенням безперебійного живлення буде розбити навантаження на більш маленьких груп споживачів. І вирішувати завдання забезпечення резерву окремо різних груп споживачів залежно від своїх важливості. При виборі конфігурації джерела безперебійного живлення та акумуляторів слід враховувати, що збільшення запасу потужності ДБЖ не призводить до лінійного збільшення тривалості резерву. Для забезпечення великої потужності навантаження необхідний потужніший ДБЖ, а для забезпечення великого часу резерву необхідно збільшувати ємність зовнішніх акумуляторних батарей.
Простий спосіб розрахунку часу резерву безперебійника
Час резерву живлення визначається насамперед двома параметрами: потужністю корисного навантаження та загальною ємністю всіх акумуляторних батарей.
Проте слід зазначити, що залежність часу резерву цих параметрів не лінійна. Але для швидкої оцінки часу резерву можна використовувати просту формулу.
T = E * U / P(годин),
деЕ - ємністьакумуляторів,U - напругаакумуляторів,Р - потужність навантаженнявсіх приладів, що підключаються.
Уточнений спосіб розрахунку часу резерву безперебійника
Для уточнення розрахунку часу резерву додатково запроваджуються спеціальні коефіцієнти: ККД інвертора, коефіцієнт розряду акумулятора, коефіцієнт доступної ємності залежно від температури навколишнього середовища.
З урахуванням цих коефіцієнтів формула розрахунку набуває наступного вигляду.
T= E * U / P *KPD * KRA * KDE(годин),
де KPD (коефіцієнт корисної дії інвертора) знаходиться в діапазоні 0,7-0,8,
KRA (коефіцієнт розряду акумуляторів) знаходиться в діапазоні 0,7-0,9,
KDE (коефіцієнт доступної ємності) знаходиться в діапазоні 0,7-1,0.
Коефіцієнт доступної ємності має складну залежність від значення температури та швидкості прикладання навантаження. Чим холодніша температура повітря, тим нижче коефіцієнт доступної ємності. Чим повільніше витрачається енергія батарей, тим більше значення коефіцієнта доступної ємності.
Готові таблиці значення часу резерву безперебійників серії SKAT та TEPLOCOM
Необхідний один зовнішній акумулятор напругою 12 Вольт
| Ємність, в Ач | Потужність навантаження, ВА | ||||
| 100 | 150 | 200 | 250 | 270 | |
| 26 | 2ч 18хв | 1ч 22хв | 55хв | 44хв | 39хв |
| 40 | 3ч 37хв | 2год 15хв | 1ч 36хв | 1ч 15хв | 1ч 09хв |
| 65 | 7ч 01хв | 4ч 00хв | 2год 45хв | 2год 12хв | 1ч 54хв |
| 100 | 12год 00хв | 7ч 12хв | 5ч 00хв | 3год 40хв | 3ч 26хв |
Таблиця зразкового часу резерву
Необхідно два зовнішні акумулятори напругою 12 Вольт
| Місткість 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 |
Таблиця зразкового часу резерву
Необхідно 8 зовнішніх акумуляторів напругою 12 Вольт
| Місткість АКБ, Ач | ||||||
| 500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | |
| 65 | 12год 20хв | 5ч 10хв | 2ч 55хв | 2год 15хв | 1ч 40хв | 1ч 25хв |
| 100 | 19год 25хв | 8год 40хв | 5ч 20хв | 3год 40хв | 2год 45хв | 2год 15хв |
| 120 | 23год 05хв | 11год 35хв | 7ч 00хв | 4ч 45хв | 3год 30хв | 2год 45хв |
| 150 | 28год 55хв | 14год 20хв | 8год 45хв | 6ч 30хв | 4ч 50хв | 3год 40хв |
| 200 | 38год 30хв | 19год 10хв | 12год 45хв | 8год 45хв | 7ч 00хв | 5ч 20хв |
Лінійка ДБЖ марок SKATі TEPLOCOMзабезпечує можливість організації надійного безперебійного харчування споживачів різної ємності та призначення. Безперебійники дають можливість організувати безперебійне живлення від маленького опалювального котла або циркуляційного насоса до живлення всього будинку або офісу. Спеціалізовані ДБЖ дають можливість організації безперебійного живлення особливо важливих об'єктів, таких як системи зв'язку, комунікаційне обладнання, системи безпеки та контролю.
Для збільшення часу резерву живлення корисного навантаження є кілька шляхів. Всі ці методи випливають із формули розрахунку часу резерву.
Для збільшення часу резерву можна збільшити ємність зовнішніх АКБ, зменшити корисне навантаження, створити оптимальні умови експлуатації ДБЖ та акумуляторних батарей.
Перший варіант- Найпростіший, але витратний. Для збільшення ємності батарей доведеться купувати дорожчі акумулятори та ДБЖ, що дозволяють виробляти їхній ефективний заряд. Крім витрат на обладнання знадобиться і виділення спеціального приміщення, призначеного для зберігання та роботи акумуляторних батарей, забезпеченого гарною системою вентиляції.
Другий метод- Зменшити навантаження. Насамперед потрібно розбити навантаження на групи залежно від необхідності забезпечення безперебійного живлення. Якщо електроенергії не буде тривалий час, потрібно буде вибирати між важливістю забезпечення роботи інженерних систем опалення, водопостачання та необхідністю користуватися холодильником або кондиціонером. Так сучасний холодильник дозволяє забезпечити прийнятну температуру близько 20 годин, якщо його вкотре не відкривати. Ще однією групою споживачів є система освітлення, для освітлення можна використовувати автономні джерела безперебійного живлення або аварійні світильники з акумуляторною батареєю. Зрештою можна посидіти і при світлі ліхтарика або старої доброї свічки, все краще, ніж розморозити систему опалення.
Третій методполягає у підвищенні якості обслуговування ДБЖ та батарей. Тут найважливішими моментами є утримання устаткування чистоті, забезпечення хорошого температурного режиму. Окремо варто наголосити на необхідності проведення правильного заряду АКБ та проведення тренувань акумуляторів. Часто буває так, що проблем з електрикою немає, і акумулятори не зазнають циклів розряду та заряду. Через війну кілька місяців різко падає реальна ємність АКБ. Для тренування АКБ необхідно використовувати спеціальне обладнання або періодично імітувати відключення електроенергії, даючи можливість батареям працювати.
Джерела безперебійного живлення (ДБЖ) використовуються для забезпечення роботи електроустаткування за відсутності електроживлення, а також для захисту від стрибків напруги в електромережі. Про те, як раціонально вибрати ДБЖ, на що орієнтуватися і як не зробити поширених помилок, буде розказано у цій статті.
Тип
Джерела безперебійного живлення поділяються на три категорії: резервні (offline/standby), інтерактивні (line-interactive) та з подвійним перетворенням (online/double-conversion).
Найпростішим типом є резервний. За наявності напруги в мережі ДБЖ подає на вихід живлення від мережі, пропущене через вбудовані пасивні фільтри. За відсутності напруги або при виході його значень за встановлені межі ДБЖ перемикає навантаження на власні акумулятори. При відновленні напруги ДБЖ переходить у базовий режим, заряджаючи акумулятори.
Головна перевага таких ДБЖ - низька ціна. Основний недолік - відносно великий час перемикання живлення від акумуляторів (4 - 15 мс), що для деяких пристроїв може бути суттєвим. Тим не менш, до резервних ДБЖ можна підключати комп'ютери, які мають механізм захисту від мікрострибків напруги.
Інтерактивний тип відрізняється від резервного наявністю ступінчастого стабілізатора напруги, що дозволяє підтримувати досить стабільну вихідну напругу при значних відхиленнях вхідного, не переходячи на використання акумуляторів. Така схема продовжує термін служби акумуляторних батарей і дає трохи менший час перемикання на батареї.
ДБЖ інтерактивного типу підійдуть як для комп'ютерів, так і для більшої частини побутової електроніки, але для приладів з асинхронними двигунами (пральні машини, холодильники) вони не підходять.
ДБЖ з подвійним перетворенням використовуються для живлення чутливого дорогого обладнання з високими вимогами до якості та надійності живлення – серверів, робочих станцій, активного мережевого обладнання тощо. Отримуючи на вході живлення змінного струму, ДБЖ перетворює його в постійний, а на виході знову видає змінний, «очищений» струм напругою точно 220 В. При цьому акумулятори ДБЖ постійно підключені до ланцюга і при відсутності напруги на вході ніяких перемикань не відбувається.
Такі ДБЖ значно дорожче інших, і навіть вони сильніше гріються і більш шумні. Їх слід розміщувати у приміщеннях, не призначених для постійного перебування людей. ДБЖ із подвійним перетворенням можуть використовуватися для живлення приладів з асинхронними електродвигунами, такими як холодильні або опалювальні системи.
Вихідна потужність
Ключовим параметром при підборі ДБЖ є його вихідна потужність, яка вказується у вольт-амперах (VA) або Ват (W). Вона повинна відповідати споживаній потужності навантаження, тому перед покупкою ДБЖ необхідно визначитися з сумарною потужністю пристроїв, що захищаються. Як правило, у паспорті приладу-навантаження (або в описі приладу на сайті виробника) вказується максимально споживана потужність пристрою при штатній роботі, виражена у ВАТ. Якщо до одного ДБЖ планується підключити кілька пристроїв, необхідно сумувати споживану потужність кожного з них.
Щоб запобігти поширеним помилкам, необхідно враховувати такі фактори.
Вихідна потужність ДБЖ у вольт-амперах (VA), що вказується виробниками, часто не збігається з потужністю цього ж пристрою у ватах (W). Тому, якщо потужність навантаження дана у ВАТ, при виборі ДБЖ слід звертати увагу на потужність ДБЖ саме у ВАТ, а не вольт-амперах, і навпаки. Якщо помилитися та придбати ДБЖ з недостатньою вихідною потужністю, то навантаження запитати не вдасться, і гроші будуть витрачені даремно.
Деякі пристрої з електродвигунами (холодильники чи лазерні принтери) мають звані «стартові (пускові) струми». У момент включення вони споживають струм набагато більшої сили, аніж за штатної роботі. ДБЖ може бути не в змозі забезпечити такий струм, хоча матиме вихідну потужність достатню для забезпечення штатної роботи пристрою. У таких випадках необхідно підбирати ДБЖ з вихідною потужністю, що забезпечує пікове навантаження. Інформацію про максимальні «пускові струми» слід шукати в паспортах пристроїв, супровідних інструкціях та на сайтах виробників.
Час роботи
Час автономної роботи ДБЖ під навантаженням є іншим ключовим параметром, який слід враховувати під час вибору. Скільки часу підключений пристрій зможе пропрацювати без електроживлення, залежить від ємності батарей. Щоб не переплачувати за непотрібну ємність, при виборі пристрою необхідно підходити до тривалості автономної роботи максимально раціонально. Виробники вказують час автономної роботи, розрахований під час роботи ДБЖ під повним навантаженням. Так, якщо ДБЖ має вихідну потужність 400 Вт і час автономної роботи при повному навантаженні 3 хв , а навантаженням є комп'ютер з монітором сумарною потужністю 300 Вт, то реальний час автономної роботи пристроїв буде трохи більшим (слід враховувати, що час автономної роботи залежить від потужності навантаження нелінійно, тому прямі пропорції не слід складати). Деякі виробники на своїх сайтах розміщують графіки часу автономної роботи ДБЖ залежно від навантаження або викладають значення по кількох контрольних точках – інформацію можна отримати звідти.
Якщо ДБЖ необхідний для збереження робочих документів на комп'ютері у разі вимкнення електроживлення, кілька хвилин роботи буде достатньо, щоб коректно завершити роботу комп'ютера. Якщо, навпаки, стоїть завдання забезпечити максимально великий термін автономної роботи, слід вибирати ДБЖ з можливістю підключення резервних батарей в окремому корпусі та, відповідно, докупити ще один комплект акумуляторів.
У ситуаціях, коли ДБЖ використовується для захисту пристроїв, що вимагають безперервної роботи (наприклад, ключове ІТ-обладнання, холодильні установки, обладнання кондиціювання), і немає можливості знеструмити прилади, провести обслуговування та заміну батарейного комплекту, що втратив ресурс, слід вибирати ДБЖ з можливістю «гарячої заміни » батарей, тобто заміни комплекту батарей без вимкнення ДБЖ з мережі та знеструмлення підключеного навантаження.
