Источники бесперебойного питания

ИБП обеспечивает резервное электропитание за счет дополнительных накопительных источников – аккумуляторных батарей. Кроме резервирования, выполняют также функцию улучшения качества электропитания, обеспечивая его характеристики в заданных пределах. Принцип действия резервных ИБП заключается в том, что при выходе сетевого напряжения за допустимый диапазон (в среднем он составляет 160-280 В) или полного прекращения подачи электроэнергии они переводят питание нагрузки на аккумуляторные батареи и снова переключаются на сеть в случае возвращения входного сигнала в рабочий диапазон. Сетевое напряжение они не корректируют.

Резервный источник питания необходим для жизнеобеспечения дома: отопления, роутеры, компьютеры, серверы, системы “умного дома”. Выдать необходимый минимум для поддержания работы устройств могут и генераторы, и ИБП с аккумуляторами.

Достоинства:

✓  работает полностью автоматически;

✓  работает бесшумно;

✓  не требует обслуживания;

✓  экологическая чистота;

✓  стабилизация питающего напряжения;

✓  защита от «скачков» напряжения (по основному вводу);

✓  фильтрация помех электросети;

✓  можно добиться запаса автономии больше, чем время беспрерывной работы генератора;

✓  существенно меньше требований к месту монтажа;

✓  время переключения на питание от аккумуляторов от 0 до 20мс (ПК, газовый котел не успевают перезагрузиться);

✓  возможна интеллектуальная работа с генератором: запуск при низком заряде аккумуляторных батарей;

✓  функции стабилизации и фильтрации предусмотрены не у всех моделей, а только у линейно-интерактивных (Smart UPS), On-Line и с двойным преобразованием (наиболее качественные, используются для питания серверов).

Недостатки:

-   ограничение времени работы десятками минут (для моделей до 20 кВт);

-  особенности размещения из-за шума и необходимости охлаждения, невозможно размещать на улице, или в неотапливаемых помещениях;

-   шум при работе (от вентилятора охлаждения);

-   значительный вес;

-   значительная стоимость.

Итак, система имеет следующие характеристики понятные и полезные для потребителя:

▶  Длительная выходная мощность резерва. Это номинальная мощность инвертора. Это способность подключить к нему совокупные нагрузки определенной мощности.

▶  Напряжение аккумуляторного блока. 12,24 или 48 вольт. ИБП онлайн, также имеют напряжения 72 вольт и выше.

▶  Максимально допустимые емкости аккумуляторов. Это напрямую связано с максимальным зарядным током инвертора. От емкости зависит длительность резерва.

▶  Настраиваемое многостадийное  интеллектуальное зарядное устройство инвертора с термокомпенсацией.

▶  Перегрузочная способность инвертора. Lineinteractiveи On-lineтипы ИБП имеют очень слабую перегрузочную способность – всего лишь 20-30 % над номинальной мощностью, поэтому их следует устанавливать на понятные  по мощности нагрузки – да их и ставят на котлы, сервера, видеонаблюдение. Инвертора OFFLine, которые в основном и представлены в данном разделе имеют двух-трехкратный кратковременный  перегруз для запуска тяжелых нагрузок –например холодильников , кондиционеров и погружных насосов. Именно их следует устанавливать  на резерв дома ( группы нагрузок дома).

▶  Возможность  мониторинга процессов в системе: статистика событий, отслеживание предупреждений, диагностика ошибок. Система общается с Вами – вы должны иметь возможность реагировать на это.

Виды ИБП:

▶  Резервные ИБП

Данные устройства работают по такому же принципу, как и сетевые фильтры и часто имеют схожий внешний вид. Их выходная мощность редко превышает 1 кВт, поэтому они рассчитаны на автономное электропитание маломощных бытовых электроприборов, например, телевизора или компьютера. Резервные ИБП обычно содержат в своем составе не более двух аккумуляторов, за счет которых нагрузка может запитываться на непродолжительное время: не более 10 мин при 100% загрузке. Этого будет достаточно, например, для корректного завершения работы компьютера.

Принцип действия резервных ИБП заключается в том, что при выходе сетевого напряжения за допустимый диапазон (в среднем он составляет 160-280 В) или полного прекращения подачи электроэнергии они переводят питание нагрузки на аккумуляторные батареи и снова переключаются на сеть в случае возвращения входного сигнала в рабочий диапазон. Сетевое напряжение они не корректируют.

▶  Линейно-интерактивные ИБП

Линейно-интерактивные бесперебойники отличаются от предыдущего типа только тем, что имеют в своем составе ступенчатый регулятор напряжения, способный выполнять коррекцию поступающего из сети сигнала.

Данные ИБП переводят электропитание подключенной нагрузки на АБ при полном отключении электричества в сети или выходе напряжения за допустимый диапазон (в среднем 165-290 В). Если входное напряжение изменяется в его пределах, то устройство стабилизирует сигнал, продолжая питать нагрузку от сети.

В линейно-интерактивных ИБП для обеспечения автономной работы потребителей используются как встроенные АБ, так и внешние аккумуляторы различной емкости, которые позволяют обеспечить работу нагрузки от нескольких минут до суток и более.

▶  ИБП для дома топологии on-line (со стабилизацией напряжения)

Самыми лучшими бесперебойниками для обеспечения автономного электроснабжения бытовой электротехники в доме считаются модели топологии онлайн. За счет примененной в них технологии двойного преобразования поступающий из сети сигнал сначала трансформируется в постоянный, а затем обратно в переменный, но уже с высокими характеристиками, абсолютно независящими от состояния электросети.

Благодаря этому данные ИБП можно применять с самой электрочувствительной нагрузкой в электросетях со значительными перепадами напряжения. Также важно отметить, что устройства имеют более совершенную систему электронной защиты от перенапряжения, перегрузки, короткого замыкания, перегрева и сетевых помех.

У онлайн ИБП автономная работа нагрузки обеспечивается встроенными батареями и/или внешними аккумуляторными решениями: аккумуляторными модулями или фронтерминальными батареями в стеллажах или шкафах. Как правило, их емкость не превышает более 250 Ач, что может обеспечить резервное электроснабжение подключенных электроприборов больше суток.

Какие же есть варианты подключений?

▶  I. Однофазное подключение дома

Однофазные ИБП с внутренними аккумуляторами имеют преимущества в компактности (габарите). Все располагается в одной "стойке/башне". Как правило время автономии 5-15 минут, в зависимости от нагрузки. Увеличить время автономии нельзя. Такие ИБП предназначены для защиты от провалов (скачков) и кратковременных отключений электроэнергии, с успехом компенсируют временное прекращение электропитания в момент перехода на питание от резервного генератора и исключают всплески амплитуды напряжения при переключении обратно.

Однофазные ИБП для работы с внешними аккумуляторами. Необходимо рассчитать, купить, смонтировать внешние АКБ. Количество от 16 до 20 шт. Тем самым достигается резерв на время более 10-15 минут. Конструктивно состоят из самого ИБП, который выполняет функцию управления, преобразования, контроля за сетью, зарядного устройства большой мощности и одного или нескольких батарейных стеллажей или шкафов с АКБ большой емкости.

Вариант 1. Подключение на резервное питание частного дома от аккумулятора отдельных автоматов в щитке, которые питают самые важные потребители, среди которых могут быть:

-         система отопления,

-         насос водоснабжения,

-         холодильник,

-         основной свет,

-         гостиная и т.п.

В этом случае, определяются совокупная возможная мощность потребителей, средняя длительная нагрузка на систему и рассчитывается объем аккумуляторных батарей под заданную автономию. Как правило, в таком случае используются ИБП и инверторы мощностью от 2 до 6 кВт.

Вариант 2. Подключение всего дома. В этом случае, как правило, мощность источника бесперебойного питания подбирается под номинал вводного автомата:

-         Автомат 16А - инвертор 3,5-4кВт (например, МАП ПРО 4,5/48),

-         25А - 6кВт (МАП 6.0/48),

-         32А, 40А - 9кВт (МАП 9.0/48),

-         50А - 12кВт (МАП 12.0/48)

Для расчета аккумуляторного банка необходимо определить среднюю нагрузку во время отключений. Обычно, для газифицированных домов средняя длительная расчетная нагрузка находится в диапазоне 700-1000Вт.

▶  II. Трехфазное подключение участка

В зависимости от схемы, которую вы реализовали на участке, распределение по фазам может быть различным.

Вариант 1. Основной дом "сидит" на одной фазе, другие фазы распределены на подсобные помещения, баню, гостевой дом и т.п. В этом случае можно зарезервировать:

-         отдельные автоматы в электрощите дома (свет, холодильник, котел и т.п.). Мощность ИБП подбирается по совокупной нагрузке.

-         всю фазу пропустить через бесперебойник, мощность подбираем по номиналу вводного автомата.

Вариант 2. Все три фазы заходят в дом и далее по одной фазе на этаж. На резерв можно подключить:

-         отдельные автоматы,

-         всю фазу (весь этаж),

-         две фазы – одна через ИБП, другая через контактор,

-         3 фазы через автоматический коммутатор (АКФ), о котором подробнее будет изложено ниже. При использовании АКФ рекомендуемая мощность инвертора - 9кВт и более,

-         использовать ИБП с трехфазным входом и однофазным выходом (3в1) или трехфазные ИБП/инверторы (3в3)

Вариант 3. Три фазы заходят в дом и равномерно распределяются по всем этажам. В этом случае подключаются на резерв:

-         отдельные автоматы, которые выводятся из под общей схемы. Как правило, это одна фаза.

-         две фазы – одна через ИБП, другая через контактор,

-         все 3 фазы с использованием АКФ,

-         все 3 фазы через ИБП 3в1 или 3в3.

Трехфазные ИБП выпускаются как с внутренними, так и с внешними аккумуляторами. Такие ИБП контролируют наличие напряжения на всех трех фазах, при аварии на одной фазе и исчерпания энергии батарей обесточиваются все три. В случае перегрузки одной из фаз, так же выключаются все остальные. Ну и в случае поломки или плановой профилактики без защиты остаются все потребители в доме. Трехфазники используют один банк батарей и это единственный плюс.

Простую, надежную, отказоустойчивую систему можно сделать из трех однофазных ИБП. Но при этом придется делать три банка батарей, для экономии их можно сделать разными. Но ответственную нагрузку больше, на менее нужную, меньше.

Если в доме есть трехфазные потребители, то применять надо трехфазный ИБП, или исключать их из цепи бесперебойного питания. Как правило, основными трехфазными потребителями являются духовой шкаф и сауна с электронагревом. Есть здравый смысл отказаться печь индейку в духовке во время аварии на подстанции и не сидеть в сауне.

В частных домах, если в них не установлены ранее перечисленные аппараты, трехфазные ИБП не нужны.

Чем отличается ИБП для дома от ИБП не для дома

При расчете и подборе системы бесперебойного питания к примеру, для сервера, четко известны мощность и то, что оборудование потребляет заявленную мощность круглосуточно. Расчет автономии получается точным. В случае с загородным домом, все гораздо сложнее:

1.    Прежде всего, разным характером нагрузок. В загородном доме есть и мощные потребители, типа скважный (погружной) насос, посудомойка, стиральная машина, электродуховка в плите, микроволновки и чайники, газонокосилки и прочий электроинструмент. Одновременно с ними есть и работает маломощная аппаратура, которая наиболее чувствительна к перепадам напряжения.

2.    Неравномерностью распределения потребляемой мощности. высоким коэффициентом одновременного включения. Что это значит? Допустим ситуацию, когда ночью в доме работает только циркуляционный насос отопления и иногда включается холодильник, получается примерно 45-200 Ватт. А вечером, например 31 декабря. Работает все: насос качает воду, включаясь на 3-5 минут, это 600-1000 Вт, в плите - индейка на гриле "ест" 1.5 кВт, чайник микроволновка, а еще машинка стирает и дамы активно пользуются феном (еще + 1200 Вт). Плюс освещение, пылесос 400 Вт (к новому году должно быть чисто). Итого, раз в год набегает одновременного включения на 6-9 кВт смешанной по характеру нагрузки. Мощность системы должна быть рассчитана на этот пиковый момент, иначе праздник Вам придется встречать в темноте при свечах.

Длительность автономной работы ИБП зависит от таких факторов, как емкость аккумуляторных батарей и потребляемая мощность нагрузки.

Время автономии. Три оптимальных варианта:

1.    При наличии генератора с автоматическим самозапуском время автономной работы принято считать равной времени запуска генератора плюс 2-3 минуты на стабилизацию частоты вращения и напряжения. Обычно 5-10 минут. Такое время обеспечивают мощные ИБП 6-10 кВА с внутренними аккумуляторами. Они отлично скомпенсируют провал в напряжении при переходе на питание от генератора и не допустит резких скачков и импульсных помех при коммутации.

2.    При наличии генератора без автозапуска, требование к времени автономной работы повышается и составляет 1-3 часа. С такой задачей могут справится только ИБП с внешними аккумуляторами средней емкости.

3.    Если нет генератора, устанавливают системы резервного питания с внешними АКБ, но большой емкости. Они являются накопителями электроэнергии для дома.

Оптимальная схема подключения ИБП - генератор - ДОМ

Установка генератора существенно экономит на батареях. При наличии генератора с электрозапуском и системой АВР (автоматический ввод резерва) задача ИБП упрощается в плане время резерва (автономии). Нет необходимости в большом банке батарей и достаточно 5-7 минут автономной работы что бы запустился генератор и далее питание поступает как и раньше от внешней сети, только с генератора.

Отдельно обратим Ваше внимание на важные элементы:

1.    Грозозащита - нельзя пренебрегать этим элементом безопасности. При попадании остаточного напряжения в линию электропередач сопротивление изоляции электропроводки в доме не выдерживает импульса и плавится, вызывая множественные короткие замыкания, приводящие к возгоранию. Наличие в щитках "автоматов по току" не всегда спасает от пожара, т.к. здесь все зависит от из качества.

2.    Второй рубеж защиты - ограничитель перенапряжения. Его роль не допустить резких всплесков, от которых разрушается блоки питания и другая электроника во входных цепях бесперебойника.

▶    Мобильные. Расположены, как правило, на специальных рамах или колесах.

▶    Контейнерные. Имеют автономную установку с обслуживающей системой. Расположены в контейнерах, защищающих от пагубных воздействий окружающей среды. 

▶    Закрытые. Генератор ставится в специальный, поглощающий шум. 

▶    Открытые. Ставится на металлическую раму. Данный тип, ничем не защищен от внешних воздействий. 

▶  Фазы двигателя:

▶ Однофазные. Такие типы электростанций, применяются в основном для работы с бытовыми приборами. Выдают напряжение в 220В.

▶   Двухфазные и трехфазные. Сфера использования различна. Выдают напряжение в 220В и в 320В.

▶  Вид охлаждения двигателя:

▶   Жидкостное охлаждение. Используется специальная охлаждающая жидкость, например тосол.

▶   Воздушное охлаждение. Обдув, за счет специального вентилятора.