Содержание
Одним из ключевых компонентов системы электроснабжения в доме, офисе, учреждении, на производстве является источник бесперебойного питания (ИБП, UPS) – устройство, которое обеспечивает непрерывное электропитание в случае отключения основного источника энергии, обеспечивая бесперебойную работу подключенного оборудования. Важная особенность ИБП – он может присоединяться к нескольким первичным источникам питания одновременно и переключаться между ними. К самому устройству может быть подключено в среднем от 2 до 6 потребителей.
Сегодня выпускается огромное количество разных моделей ИБП в зависимости от обслуживаемых потребителей и параметров электроснабжения. Эти приборы также называют источниками беспроводного питания. Чтобы выбрать нужный по характеристикам аппарат, а в дальнейшем правильно его эксплуатировать, необходимо знать, что такое бесперебойник, зачем нужен ИБП, каковы его функции, конструкция, виды, параметры. Об этом и о других аспектах использования данного агрегата мы расскажем в статье.
Основные функции ИБП:
- Обеспечение бесперебойного электропитания.
Короткое замыкание, плановое или аварийное отключение электричества – реалии нашей жизни, которые приводят не только к бытовым неудобствам, но могут повредить и даже полностью вывести из строя электрооборудование. А также привести к потере данных в домашнем ПК или офисной технике. Для предотвращения этого и сохранения работоспособности приборов нагрузку подключают к основной сети через блок бесперебойного питания. Это приоритетное назначение ИБП. В случае перегрузки в сети, отключения электричества или другого форс-мажора бесперебойник переключает потребителей на питание от встроенных или внешних аккумуляторных батарей, что позволяет оборудованию некоторое время работать в автономном режиме.
- Защита от скачков напряжения и перебоев в электроснабжении.
В моделях двойного преобразования и линейно-интерактивного типа ИБП присутствует функция стабилизации напряжения. В случае отклонения параметров электроэнергии от нормы по мере прохождения по проводникам характеристики выравниваются до приемлемых значений, что очень важно для чувствительной домашней или офисной техники.
- Поддержание стабильного напряжения и частоты электрического сигнала.
Бесперебойники снабжаются опцией фильтрации частотных и импульсных помех, снижения уровня шумов. Для поддержания оптимальных параметров тока предназначена также световая и звуковая индикация состояний системы питания, отображающая значения напряжения и частоты, потребляемой мощности нагрузки.
- Защита от короткого замыкания и перегрузки.
Большинство моделей оснащено системой защиты локальных сетей. Защита сетевого оборудования осуществляется с помощью подключения информационных кабелей через выделенные разъемы RJ-45 и RJ-11
Источники бесперебойного питания, в первую очередь модели нового поколения, имеют и другие дополнительные возможности: «холодный старт» (запуск без подключения к основной сети, за счёт энергии АКБ), таймер выключения/включения нагрузки в заданное время, параллельное подключение, деактивация защищаемого оборудования в критических условиях, отслеживание аварийных ситуаций и выдача сигналов и т. д.
Один из самых широких функционалов имеют ИБП линейки STARK COUNTRY Online. Например, функция преобразования частоты обеспечивает им совместимость практически со всеми типами генераторов, даже при минимальной нагрузке на выходе.
Применение ИБП в различных областях
Использование источников бесперебойного питания затрагивает практически все сферы, где используется электричество. Так, серия STARK COUNTRY Online включает 15 областей применения. Возможность использования в той или иной сфере зависит от мощности агрегата. По этому критерию можно выделить три основные группы потребителей:
- Коммерческие предприятия. Сюда можно отнести крупные производства, бизнес-центры, отели, складские помещения, а также учреждения с критическим оборудованием. Для их обслуживания необходим высокомощный ИБП. Такие же бесперебойники требуются для систем жизнеобеспечения в загородном доме, например, для отопительного оборудования.
- Бытовые системы. В эту группу входят небольшие офисы, торговые точки, кафе, предприятия малого бизнеса, дачные участки и т. д. Как правило, на этих объектах достаточно блоков с невысоким показателем мощности. Они используются также для обеспечения конкретных бытовых потребностей в доме – устанавливаются на какой-то определенный прибор, например, на морозильную камеру.
- Информационные технологии. К ним относится оборудование в сфере телекоммуникаций, устройств дистанционной связи, локальных сетей дата-центров и т.п. Для обеспечения их непрерывной работы, как правило, устанавливают UPS средней мощности.
Конструкция ИБП
Независимо от схемы построения и функционала, каждая модель источника бесперебойного питания включает следующие основные компоненты конструкции:
- Аккумуляторы (электронакопители). Аккумулируют электроэнергию для питания нагрузки при переключении в автономный режим. Для продления автономии могут комплектоваться дополнительными внешними батареями. От характеристик АКБ, в первую очередь емкости, на 30% зависит эффективность ИБП.
- Инвертор – устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное и наоборот. Формирует выходной сигнал подключенной нагрузки.
- Зарядное устройство – для зарядки аккумулятора.
- Контроллер (электронный блок управления). Предназначен для работы UPS разной мощности с любыми блоками питания. Обеспечивает автоматическую работу ИБП и АКБ в соответствии с заявленными параметрами. Позволяет регулировать настройки прибора.
В конструкцию также могут входить выпрямитель, байпасный блок, бустер, интерфейс, фильтры и другие дополнительные элементы.
Типы ИБП по конструкции
В соответствии с Международным стандартом IEC 62040-3 «Системы бесперебойного энергоснабжения (UPS)» ИБП классифицируются по схеме построения на три типа:
- Резервные (off-line или стендбай). Бюджетный вариант. Из-за отсутствия встроенной защиты от перепадов напряжения используются только в сетях с относительно стабильным напряжением.
- Линейно-интерактивные (line-interactive). Оснащены встроенным ступенчатым стабилизатором на входе, что позволяет применять их в сетях со значительными отклонениями показателей напряжения от нормы.
- Двойного преобразования (online). Универсальное устройство длительной автономии. Главная особенность схемы такого ИБП – отсутствие автотрансформатора и коммутационных элементов в силовой части, подвергающихся механическому износу. Поэтому ИБП онлайн способны проработать намного дольше аналогов других типов. Важное преимущество - чистый синус на выходе.
Базовые характеристики ИБП
Выбирать источник бесперебойного питания следует, исходя из того, для чего именно требуется ИБП. От предназначения прибора и характера подключаемой нагрузки зависит, какими параметрами должен обладать аппарат. Рассмотрим основные характеристики ИБП.
- Выходная мощность, передаваемая на потребителя, измеряется в ваттах (активная) или вольт-амперах (полная). Это основной критерий выбора, он указывает допустимую максимальную нагрузку. Данные величины должны превышать потребляемую мощность подключенных устройств с запасом 20%. Если нагрузка имеет высокие пусковые токи, например погружной скважинный насос, ИБП выбирается по максимальной величине пускового тока.
- Время переключения на питание от АКБ и обратно (инерционность) . Измеряется в миллисекундах, колеблется в пределах 0 – 15 мс. Если изменение рабочего режима ИБП происходит медленно, на выходе возможны обрывы электропитания. Некоторые особо чувствительные устройства необходимо резервировать только онлайн ИБП с переключением 0 мс.
- Форма выходного сигнала (Uвых). Подаваемое на нагрузку напряжение при работе от АКБ может быть с идеальной («чистой») или модифицированной синусоидой. Для большинства электроприборов требуется «чистый» синус, который могут обеспечить модели оnline, off-line и некоторые линейно-интерактивные.
- Время автономной работы – длительность питания нагрузки от аккумуляторных батарей в минутах. Определяет емкостью АКБ и мощностью защищаемой нагрузки. Для ИБП со встроенными аккумуляторами в среднем составляет 4-20 мин. Для сохранения данных в персональном ПК достаточно 5-10 мин. Для промышленного и офисного оборудования, как правило, увеличивается до 30-45 мин. Для обеспечения непрерывной работы потребителей от АКБ время автономии должно быть не менее 20-30 минут. В этом случае рекомендуется выбирать модели с возможностью подключения внешних батарей с увеличенной емкостью.
- Функция коррекции напряжения – осуществляет корректировку значения и формы выходного сигнала без перехода в автономный режим. Присутствует в ИБП онлайн и линейно-интерактивных.
- Ток зарядного устройства – чем выше этот параметр, тем более емкие батареи можно подключить и обеспечить длительное время автономии.
Следует обратить внимание и на другие характеристики, в том числе входное напряжение, фазность, регулировку частоты (для моделей онлайн), допустимая нагрузка, подключение солнечных панелей, удаленное управление и мониторинг, срок службы и т. д.
Специфика работы ИБП
Рассмотрим подробнее особенности функционирования каждого из типов UPS.
- Принцип действия ИБП off-line (резервного типа) . Второе название устройства standby значит «находящийся в режиме ожидания». В обычном режиме, при наличии тока от центральной сети подает его напрямую на выходы, одновременно поддерживая заряд АКБ. При пропадании или просадке напряжения с помощью реле переключается на питание нагрузки от батарей. Время срабатывания – от 3 до 15 мс, для некоторых приборов такой перебой критичен. Другой недостаток ИБП данного типа: как правило, в нем – модифицированная синусоида, что недопустимо для многих приборов, например, циркуляционных насосов и отопительного оборудования. Устройства могут быть использованы для защиты приборов, нетребовательных к качеству тока, например, трансформаторов. Совместимы с офисными и домашними ПК. Важно знать: ИБП типа офф-лайн марки STARK COUNTRY обеспечивают чистый синус на выходе.
- Принцип действия Онлайн ИБП (двойного преобразования) . Приборы выполняют непрерывное изменение переменного напряжения. Переменный ток поступает из сети, в выпрямителе его трансформируют в постоянный (с подзарядкой аккумулятора), потом в инверторе снова преобразуют в переменный с идеальной синусоидой на выходе. Данная технология обеспечивает полную независимость качества выходного напряжения от состояния сети. Благодаря этому достигается наиболее эффективная защита нагрузки не только от пропадания центрального электроснабжения, но и от отклонения показателей напряжения от нормы.
Поскольку в ИБП онлайн аккумулятор всегда имеет сообщение с сетью, переход в режим автономии осуществляется моментально. Это гарантирует наиболее действенную защиту подключенной нагрузки. Бесперебойники данного типа могут использоваться для высокочувствительной техники даже при низком качестве электроэнергии в сети. Подходят для защиты серверного оборудования, видеоаппаратуры, электронного блока управления отопительных котлов и т. д. Их обычно выпускают с высоким показателем мощности, многие модели рассчитаны на использование в комплексе с топливным электрогенератором и внешним АКБ.
Важно знать: ИБП типа онлайн марки STARK COUNTRY могут работать с изолирующим трансформатором на выходе.
- Принцип действия линейно-интерактивного ИБП. Основное отличие от прибора резервного типа: наличие AVR – автоматического регулятора напряжения. Данный элемент имеет несколько фиксированный ступеней регулировки, например, две ступени на понижение и три на повышение. При понижении напряжения ниже нормы AVR включает ступень на повышение, нормализуя характеристики. При повышении, напротив, включается «понижающая» ступень. Если сетевое напряжение пропадает или его показатели выходят за пределы значений работы регулятора, ИБП с помощью реле переключается на питание от аккумулятора. Устройства этого типа могут быть использованы в серверах, инженерных системах, в банках, для мини-АТС и т. д. Некоторые старшие модели, в том числе марки STARK COUNTRY, оснащены инвертором с синусоидальной формой выходного напряжения, что повышает возможности использования линейно-интерактивных UPS – для электродвигателей, насосов, холодильников и другого ответственного оборудования.
Условия эксплуатации ИБП
Для корректной работы и сохранности самого источника бесперебойного питания и подключенного к нему оборудования необходимо соблюдать требования к эксплуатации ИБП.
- Температурный режим. Рекомендованный температурный режим для большинства моделей UPS – от 5 до 40°С. Оптимальной для стабильной работы считается температура 20-25°С. Более низкая может провоцировать появление конденсата, который может вызвать короткое замыкание. Слишком высокая температура негативно влияет на состояние прибора и сокращает срок службы АКБ. Недопустимо размещение поблизости радиаторов и отопительных приборов, а также попадание солнечных лучей.
- Влажность – этот показатель не должен превышать 80%.
- Вентиляция. Выделяемое при работе тепло должно постоянно отводиться либо за счет принудительного обдува, то есть вентилятора, либо естественной циркуляции воздуха вокруг корпуса прибора и через его корпус. Расстояние от вентиляционных отверстий до стены или другой поверхности должно быть не менее 15-20 см.
- Электрическая защита. Кабель для подключения к электрической сети и провода, соединяющие агрегат с подключаемыми приборами, должны располагаться без натяжения. Необходимо исключить вероятность их повреждения по неосторожности, желательно закрепить их на стене. Силовой кабель следует подключать к розетке с заземлением. Не перегружать ИБП, подключать только действительно необходимую нагрузку.
- Сервисное обслуживание. Нужно периодически проводить тесты на работоспособность и емкость батарей и включать процедуру самотестирования ИБП. После отключения электроэнергии следует выключать оборудование, оставив включенным в сеть только ИБП, чтобы при возобновлении подачи прибор мог зарядить свой аккумулятор. Необходимо обеспечить сервисное обслуживание источника бесперебойного питания, заключив договор с соответствующей организацией.
Заключение
Таким образом источник бесперебойного питания необходим в доме, офисе, на производстве для того, чтобы обеспечить непрерывную работу подключенного оборудования в случае кратковременного или длительного отключения электроэнергии. Помимо этой функции, ИБП выравнивает напряжение на входе и выходе, осуществляет фильтрацию помех, защищает от короткого замыкания и перегрузки. Всё это продлевает срок службы оборудования, в том числе дорогостоящего, предотвращает риск преждевременного выхода приборов из строя.
При выборе UPS необходимо руководствоваться характеристиками самого бесперебойника и защищаемой нагрузки. Наилучшую защиту дадут надежные устройства проверенных марок, таких как STARK COUNTRY. Многообразие моделей позволяет сделать оптимальный для Вас выбор.
Ответы на популярные вопросы
Вопрос:
К какому типу оборудования относится ИБП?
Ответ:
Источник бесперебойного питания – устройство для резервирования электроэнергии, поддерживающее непрерывное электроснабжение подключенных приборов при сбоях в централизованной сети. ИБП относится к вспомогательному электротехническому оборудованию, обеспечивающему условия для качественной и стабильной работы другой техники.
Вопрос:
Что такое режим байпаса в ИБП?
Ответ:
Многие модели источников бесперебойного питания оснащены опцией «байпас». Покупатели часто спрашивают, что это такое и для чего он нужен. Bypass («обход», англ.) – режим работы, в котором ИБП осуществляет питание нагрузки напрямую «от розетки», в обход схем преобразователей. Байпас представляет собой резервную электроцепь, которая при необходимости позволяет перенаправить ток в обход всей системы ИБП или определенного участка. Bypass обеспечивает непрерывность питания подключенных приборов в случае неисправности силовой части ИБП. Опция бывает автоматической (электронной) или механической. Активируется во внештатных ситуациях, например, при перегрузке, поломке узла или детали. Сервисный байпас позволяет провести ремонт или обслуживание без обесточивания нагрузки. Кроме того, пользователи часто включают обходную цепь для экономии электроэнергии, но это допустимо только при стабильном входящем напряжении. Как перевести ИБП в режим байпаса, можно узнать из инструкции производителя.
Вопрос:
В чем различие полной и активной мощностей ИБП?
Ответ:
Один из ключевых критериев выбора ИБП – выходная мощность устройства. При этом во избежание путаницы нужно знать, чем отличается полная мощность от активной в ИБП. Активная (эффективная или полезная) мощность выражается в ваттах (Вт). Это часть поступающей от бесперебойника энергии, которая реально используется нагрузкой для выполнения своих функций. Полная мощность представляет собой общую мощность нагрузки, которую ИБП способен передать подключенному оборудованию без перегорания внутренних компонентов. Она измеряется в вольт-амперах (ВА). Таким образом, активная мощность является одной из составляющих полной; они отличаются единицами измерения и тем, какие показатели ИБП отображают. При выборе бесперебойника надо принимать во внимание оба значения.
Вопрос:
Что такое входной коэффициент мощности ИБП?
Ответ:
Для оценки эффективности системы резервирования энергии большое значение имеет коэффициент мощности ИБП (Power Factor, PF). Он бывает входной и выходной. Рассмотрим входной коэффициент мощности (Input PF), что это такое и как его рассчитать. Данный параметр характеризует входные цепи ИБП как нагрузку/потребителя для питающей сети или генераторной установки. Он показывает, насколько эффективно ИБП расходует поступающую от внешнего источника энергию. Рассчитывается коэффициент как отношение входной активной мощности, которую ИБП потребляет из внешней сети, к полной входной мощности, которую он от нее получает. Числовое значение данного параметра варьируется от 0 до 1. Чем это значение ближе к максимальному, тем меньше потери энергии, выше общая эффективность системы резервирования и меньше нагрузка на всю систему электроснабжения. Например, для офисной техники и газового котла рекомендуется входной PF не менее 0,9.
Вопрос:
Что такое выходной коэффициент мощности ИБП?
Ответ:
В технических характеристиках ИБП, как правило, указывается выходной коэффициент мощности (Output PF). При выборе устройства важно знать, что это за параметр и какое значение он имеет. Коэффициент мощности на выходе отображает активную мощность, получаемую нагрузкой. Другими словами – ту часть полной мощности, которую бесперебойник способен передать потребителям в виде активной мощности. Для вычисления данного параметра нужно активную выходную мощность ИБП разделить на полную выходную мощность. Диапазон полученного значения – от 0 до 1. Чем выше этот показатель, тем большую реальную нагрузку способен питать бесперебойник.
Вопрос:
Что такое горячая замена батарей в ИБП?
Ответ:
Горячая замена батарей минимизирует простои электрооборудования, упрощает обслуживание и повышает эффективность системы резервирования в ИБП (hot-swap). Что это такое и для чего требуется – частый вопрос от неопытных пользователей. Это технология, по которой можно заменить АКБ без отключения бесперебойника. Данная функция предусматривает модульную конструкцию аккумуляторного блока со сменными картриджами. Во время замены извлекают старый картридж и устанавливают новый. При этом нагрузка продолжает получать питание от сети через инвертор ИБП. Технология удобна для большинства пользователей и критична для оборудования, чувствительного к непрерывности энергоснабжения, например для медицинских приборов, серверных, дата-центров и т. д.
Вопрос:
Что такое универсальный форм-фактор ИБП?
Ответ:
В описании устройств резервирования часто можно увидеть понятие «универсальный форм-фактор ИБП». Что это значит? Так называются универсальные по монтажу устройства, которые можно устанавливать как в стойку, так и на полу и других поверхностях, при соблюдении всех условий эксплуатации. Выбор зависит от требований заказчика и возможностей помещения. Для этих ИБП характерны наличие креплений в стойку (крепления и направляющие для установки) и опоры (подставки) для установки на горизонтальную поверхность. ИБП с универсальным форм-фактором, как правило, имеют продвинутые функции защиты от широкого спектра проблем в сети, в том числе их нередко оснащают технологией двойного преобразования. Для данных моделей характерны надежность и долговечность; это идеальный выбор для критически важных нагрузок и IT оборудования.
Вопрос:
Что такое ИБП RT?
Ответ:
Выбирая источник бесперебойного питания, покупатель часто встречает аббревиатуру ИБП RT. Например, ИБП STARK COUNTRY 1000 Online RT. Поясним, что она означает. Эта маркировка обозначает универсальный тип корпуса или форм-фактор (Rack/Tower, Rackmount/Tower), который можно монтировать как в 19-дюймовую стойку, так и на пол. ИБП серии RT, как правило, работают по технологии двойного преобразования, но в условиях стабильной сети могут работать в режиме ECO.
Вопрос:
Что такое полная выходная мощность ИБП?
Ответ:
Один из базовых параметров ИБП – полная выходная мощность. Что это за характеристика и в чем её значение, важно знать каждому пользователю. Этим термином обозначается максимальная полная мощность нагрузки, которую можно подключать к источнику бесперебойного питания. Характеристика измеряется в вольт-амперах (ВА, VA) и указывается в маркировке изделия. Например, ИБП STARK COUNTRY 2000 Online, где 2000 ВА – полная выходная мощность данной модели UPS. Параметр состоит из активной и реактивной составляющих. Реактивная мощность образуется за счет индуктивных компонентов нагрузки, главным образом электродвигателей и трансформаторов.
Вопрос:
Что такое эффективная выходная мощность ИБП?
Ответ:
Для правильного выбора резервного источника питания под конкретную нагрузку важно понимать, что такое эффективная выходная мощность ИБП. Это реально потребляемая подключенной техникой энергия, необходимая для выполнения конкретной работы: отопления, освещения, сигнализации и т. д., и которую способен выдать ИБП. Измеряется в ваттах (Вт). Для расчета номинальной выходной мощности ИБП, необходимой для обеспечения питания нагрузки, нужно суммировать потребляемую мощность подключенного оборудования с учетом потребления при запуске и оставить запас мощности в 25-30%.
