Выбор источников бесперебойного питания (ИБП, UPS)

Отредактировано 27.05.2019


Выбирая себе ИСБ немного узнал про них. Решил написать небольшую статью. Может кому-то будет полезной.


СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Какие бывают ИБП
3. Мощность
4. Синусоида
5. Аккумуляторы.
6. Розетки
7. Отображение информации.
8. Защита линий.
9. Передача данных.
10. Холодный старт.
11. Конструктивное исполнение.
12. Входное напряжение
13. Заключение.

1. Введение

Что такое источник бесперебойного питания (ИБП, UPS)? По сути – это блок питания, предназначенный для электропитания при кратковременном отключении основного источника электропитания, а также для защиты от существующих помех в сети с сохранением допустимых параметров для сети основного источника. Поэтому его основная задача – обеспечение стабильной подачи электропитания переменного тока к подключенным к нему устройствам.
К примеру, в быту это могут быть: выключение компьютера без потери данных при отключении электроэнергии, схемы управления отопительными котлам и т.п.

2. Какие бывают ИБП

Существуют разные виды классификаций источников бесперебойного питания.

2. 1. Виды источников бесперебойного питания по схеме работы

2.1.1. Резервный (Off-Line, Standby, Back-UPS)

Во время отключения электричества переключаются на работу от аккумуляторов. Самый лучший вариант для домашнего компьютера. Единственный минус таких устройств, это нехватка функции стабилизатора напряжения. Если у вас постоянно "прыгает" напряжение сети, то лучше подобрать ИБП со стабилизатором, иначе аккумулятор быстро выйдет из строя.
Он самый простой в изготовлении. Благодаря этому самый дешевый. Состоит из аккумулятора, зарядного устройства его питающего, инвертора и реле.
За счёт такой схемы работы КПД ИБП около 99 % (при наличии напряжения сети) практически бесшумны и имеют минимальное тепловыделение.

2.1.2. Линейно-интерактивный (Smart-UPS, Line-Interactive)

Строится на базе резервного ИБП и дополнительно включает в себя стабилизатор напряжения. Во время отклонений напряжения сети от нормы эти ИБП не переключаются на аккумулятор, а просто выравнивают напряжение до 220 В, что и продлевает срок его службы. Также это дополнение позволяет работать в более широком диапазоне входящих напряжений.

2.1.3. Двойного преобразования (On-Line)

В данных источниках бесперебойного питания входное переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное, затем в переменное и подается на выход. Но на это тратится энергия. Поэтому эти ИБП обладают невысоким КПД (порядка 85% — 95%).
Благодаря такой схеме отсутствует реле переключения, аккумуляторы подключены постоянно, поэтому эти ИБП имеют нулевое время переключения. Это обуславливает сферу применения данных ИБП для обеспечения техники критической к параметрам входящего питания. Эти источники бесперебойного питания регулируют не только напряжение (как линейно-интерактивный), а еще и частоту, тем самым подавая всегда качественное питание.
Из-за сложности схемы для домашнего использования они не рентабельны, как по цене, так и по мощности.

2.2. Виды источников бесперебойного питания по назначению

2.2.1. Источник бесперебойного питания для всего дома

Самым полноценным, но и самым дорогим способом обеспечения бесперебойным электрическим питанием всех приборов в доме является установка одного большого источника бесперебойного питания для всего дома. Такой источник питания требует использования целого ряда мощных аккумуляторных батарей, устанавливаемых на специальных стеллажах в специально отведённом служебном помещении.

К большим источникам питания предъявляется и ряд специальных требований. Прежде всего, возможность работы с мощными электрическими потребителями и надёжная защита от аварий в сети.

Мощные ИБП должны эффективно выполнять одновременный заряд большого количества АКБ. Для монтажа больших бесперебойников требуются квалифицированные специалисты. Источники бесперебойного электрического питания для всего дома должны обеспечивать сигнал "чистый синус" на выходе. То есть, график напряжения на выходе ИБП не должен отличаться от правильной синусоиды. Это важно для корректной работы всех электродвигателей приборов дома. Нарушение этого требования приводит к повышенному нагреву и быстрому износу электрических приборов, имеющих электродвигатели.

Требования к источнику бесперебойного электропитания

• Высокая мощность ИБП
• Большая перегрузочная способность ИБП
• Возможность эффективного заряда мощных АКБ
• Надёжная защита ИБП от аварий в сети
• Мощная защита от импульсного перенапряжения
• Надёжная эффективная молниезащита ИБП
• Чистый синус на выходе ИБП
• Наличие автоматического режима "Байпас"

2.2.2. Источник бесперебойного питания для инженерных систем (отопления и водоснабжения)

Требования к источнику бесперебойного электропитания

• Длительный резерв питания
• Большая перегрузочная способность ИБП
• Возможность работы с высокими пусковыми токами
• Надёжная защита ИБП от аварий в сети
• Мощная защита от импульсного перенапряжения
• Чистый синус на выходе ИБП
• Правильная фазировка сигнала

2.2.3. Источник бесперебойного питания для персонального компьютера (ПК)

Требования к источнику бесперебойного электропитания

• Надёжная защита ИБП от аварий в сети
• Быстрое переключение в режим резерва
• Быстрый заряд аккумуляторных батарей в условиях плохого электропитания

2.3. Международная классификация источников бесперебойного питания

Стандартом IEC 62040-3 введена следующая классификация ИБП:

1-я группа символов — зависимость выходного сигнала ИБП от входного (сети).

• VFI (Voltage and Frequency Independent) — напряжение и частота на выходе ИБП не зависят от входной сети.
• VI (Voltage Independent) — выход ИБП зависит от частоты входа, но напряжение поддерживается в заданных пределах пассивным или активным регулированием.
• VFD (Voltage and Frequency Dependent) — напряжение и частота на выходе ИБП зависят от входной сети.

2-я группа символов — форма выходного сигнала ИБП.

• SS — синусоидальная форма выходного сигнала (коэффициент гармонических искажений Kги<8 %) при линейной и нелинейной нагрузке.
• XX — несинусоидальная форма выходного сигнала при нелинейной нагрузке (синусоидальная при линейной).
• YY — несинусоидальная форма сигнала при любой нагрузке.

3-я группа символов — динамические характеристики ИБП. Обеспечение стабильности выходного напряжения ИБП при трёх типах переходных процессов (1 — класс 1, отлично; 2 — класс 2, хорошо; и т. д.):

• 1-я цифра: нормальный режим -> автономный режим -> режим bypass,
• 2-я цифра: 100 % изменение линейной нагрузки в нормальном или автономном режиме (худший параметр),
• 3-я цифра: 100 % изменение нелинейной нагрузки в нормальном или автономном режиме (худший параметр).

Пример обозначения типа ИБП стандартом IEC 62040-3: VFI SS 111.

2.4. Источники бесперебойного питания постоянного тока

ИБП постоянного тока имеются такие же работы, что и описанные выше в "2. 1. Виды источников бесперебойного питания по схеме работы", только отличается отсутствием инвертора в схеме.

2.5. Источник бесперебойного питания по мощности

Маломощные ИБП чаще всего имеют настольное исполнение, реже – напольное, либо для монтажа в телекоммуникационную стойку. Они подключаются непосредственно к резервируемому оборудованию и питаются от электросети, за что их в народе прозвали "розеточными ИБП". Данные устройства выпускаются в мощностном диапазоне 250 – 3000 ВА.

ИБП средней мощности отличаются от предыдущих моделей наличием встроенного розеточного блока, посредством которого осуществляется подключение защищаемой техники, либо групповой розеточной сети, отведенной специально под питание резервируемого оборудования. Подобные ИБП к питающей сети подсоединяются при помощи кабеля, подключенного к распределительному щиту через защитный коммутационный аппарат. Такие ИБП существуют в напольном исполнении и могут монтироваться в коммуникационную стойку. Зачастую их приобретают для установки в специально приспособленных для этого серверных залах, технологических комнатах и электромашинных помещениях с целью защиты инфокоммуникационного оборудования средней мощности. Типичным диапазоном мощности для устройств данного класса считается 3 – 40 кВА.

ИБП, имеющие большую мощность подключаются к питающей сети таким же образом, как и вышеописанные устройства, а к защищаемым электропотребителям – посредством групповой розеточной сети. Ввиду достаточно немалых габаритных размеров такие приборы имеют исключительно напольное исполнение и предназначены для установки в специально отведенных серверных и электромашинных залах. Для подобных ИБП характерна мощность, стартующая с отметки в 10 кВА и заканчивающаяся несколькими сотнями кВА. Сегодня на рынке можно найти модели мощностью до 1000 кВА. Обеспечить потребность в нескольких тысячах кВА способны сложные энергетические массивы и параллельные системы ИБП.

3. Мощность

При выборе ИБП надо обязательно обращать внимание на мощность. Ее обозначают в Вольт-Амперах (ВА или VA) или в Ваттах (Вт или W).
Но обычно производители указывают мощность в ВА. Для пересчета ВА в Вт необходимо ВА умножить на коэффициент (см. ниже) (формула выглядит так Вт = ВА x коэффициент).

Выбор коэффициента

• если оборудование относится к активной нагрузке, а это практически все сетевое, телекоммуникационное оборудование, приборы освещения и обогрева, то есть техника без индуктивности, без реактивной мощности, а также компьютерная техника с блоками питания с регулировкой коэффициента мощности (APFC), то коэффициент можно принять равным 1, или лучше с небольшим запасом — 0,95.
• если вы собираетесь подключать к ИБП лазерный принтер, кондиционер, люминесцентные лампы — оборудование, в котором есть электродвигатели и тому подобное, все, где есть индуктивность и реактивная мощность, а также компьютеры с блоками питания без APFC, то коэффициент мощности нужно посмотреть в паспорте устройства или на наклейке на задней стенке. Для такой техники его чаще всего указывают. Обозначается коэффициент мощности как Power Factor (PF) или cos φ.
• в том случае, когда производитель не указал значение коэффициента мощности, но нагрузка однозначно не является полностью активной, можно взять наиболее распространенную величину: 0,7.

При максимальной нагрузке, естественно ИБП, будет держать совсем мало. Поэтому рекомендуют иметь запас мощности в 20-30 % (иногда в интернете можно встретить рекомендуемый запас мощности до 50 %), т.к. чем меньше вы подадите нагрузку на ИБП, тем дольше сможет оставаться во включенном состоянии ваше оборудование.
Некоторое оборудование (например, холодильники или погружные насосы автономных водопроводов) имеет так называемые "пусковые токи". Это означает, что в момент пуска двигателя устройство кратковременно потребляет мощность, в 3—7 раз превышающую паспортную. ИБП должен выбираться с учётом этого факта.

4. Синусоида

Во время выбора обратите внимание на выходную синусоиду. Если производитель об этом не пишет, считайте что это не правильная синусоида. Так как если ИБП выдает на выходе правильную синусоиду, производитель обязательно постарается указать такое важное преимущество модели.
4.1. Более дорогие варианты имеют на выходе чистую синусоиду. Обычно в характеристиках ИБП об таких синусоидах пишут "правильная синусоида", "чистый синус", "гладкий синус", "синусоидальная форма".
От ИБП с такой синусоидой можно питать любое оборудование.
Для многих видов электрооборудования с трансформаторными блоками питания или объемными индукционными катушками, с электродвигателями, с дросселями, с блоками питания APFC - любая форма выходного напряжения/ сигнала КРОМЕ ПРАВИЛЬНОЙ (ЧИСТОЙ) СИНУСОИДЫ - может оказаться губительной. Какая-то техника сгорит через несколько часов работы на таком электропитании, какая-то - вообще не будет работать, у другой срок службы существенно сократится.
4.2. Более дешевые варианты выдают модифицированную не правильную синусоиду. Обычно в характеристиках ИБП об таких синусоидах пишут "аппроксимированная синусоида", "квази-синусоида", "модифицированная синусоида", "модифицированный синус", "моделированная синусоида (синус)", "аппроксимированная синусоида", "ступенчатая синусоида"
От ИБП с такой синусоидой можно питать только приборы, нетребовательные к качеству питания, то есть, например, все приборы с импульсными блоками питания, где питающее напряжение выпрямляется и фильтруется (но в некоторых импульсных блоках питания нет такого и, поэтому, возможно выведение оборудования из строя). То есть компьютеры и значительная часть современной бытовой электроники. Также можно питать осветительные и обогревательные приборы.

Точный способ определения, насколько форма выходного напряжения/ сигнала соответствует синусоидальной - это значение параметра "коэффициент нелинейных искажений" (или гармоник, от английского обозначения параметра Total Harmonic Distortion). Правила говорят о том, что: значение коэффициента - 0 % — идеальная синусоида; значение коэффициента около 3 % — форма сигнала очень близка к синусоиде; значение коэффициента около 5 % — форма сигнала приближена к синусоиде; значение коэффициента < 21 % — ступенчатая или трапециевидная форма сигнала (модифицированный синус или меандр с паузами); значение коэффициента приближается 43 % и более — прямоугольный сигнал (меандр в чистом виде). На практике за чистую синусоиду принимается коэффициент гармоник меньше 8%. Но, к сожалению, этот параметр не всегда указан в паспорте производителя.

5. Аккумуляторы

Обычно аккумуляторы в источниках бесперебойного питания служат 1-2 года.
Обычно они обладает параметрами 12 V и от 7 Ah до 9 Ah. Чем больше Ah, тем мощнее аккумулятор и следовательно дольше сможет поддерживать ваше устройство включенным.
В ИБП мощностью больше 800 ВА обычно ставят несколько (2 и более) аккумулятора.
На некоторых ИБП есть возможность подключения дополнительных аккумуляторных батарей. В том числе и "на горячую" (не отключая ИБП от электросети). Это позволяет увеличить время автономной работы ИБП.
После первого включения ИБП в электросеть требуется 8-12 часов для полной зарядки аккумулятора. Это связано с тем, что батареи нового ИМБ частично разряжены, вследствие прошедшего времени транспортировки и хранения на складе.

Иногда можно встретить описание, что на ИБП, для увеличения времени работы, заменили стандартный аккумулятор на другой аккумулятор. Как правило – на автомобильный. Это не следует делать по следующим причинам:

• инвертор обычного ИБП не рассчитан на долгую работу, при которой возможен его перегрев и выход из строя
• если к ИБП подключён нештатный аккумулятор большой ёмкости - у такого аккумулятора будет постоянный недозаряд
• автомобильный кислотный аккумулятор имеет больший зарядный ток, т.е. будет перегрузка зарядника ИБП
• нарушением санитарных норм при использовании автомобильных аккумуляторов (испарения паров кислоты, её проливание и т.д.)

6. Розетки

В зависимости от устройства ИБП розетки могут быть нескольких видов. Одни обеспечивают бесперебойным питанием, а другие питают напрямую от сети. В некоторых моделях ИБП разъем для питания от сети может иметь защиту только от перенапряжения и помех. В основном это относится к маломощным устройствам.

6.1. IEC 320-C13

Данные ИБП рассчитаны на стандарт кабелей IEC 320-C13. Это трёхпроводные системы с максимальным током на 10 А (таким разъемом, к примеру, подключается электропитание к блоку питание системного блока).
Данные розетки предназначены для компьютеров. Также к таким розеткам можно подключить переходник или сетевой фильтр с обычными розетками – это поможет решить проблему.

6.2. Евророзетки (CEE 7/4 Schuko).

Эти розетки выглядят как корпус с рядами обычных розеток. Такой источник бесперебойного питания допускает подключение любых потребителей.

6.3. Универсальные розетки.

В данные розетки можно включить несколько видов розеток. В живую не видел, но, судя по разъемом, это могут быть как розетки евророзетки, так и розетки с парой плоских параллельных контактов-ножей (возможно и с заземляющим контаком-ножом).
В общем, в данную розетку можно подключить розетки "типа А", "типа В", "типа С". Насчет других типов не уверен.

7. Отображение информации

Обычно эту функцию выполняют светодиодные индикаторы.
В более дорогих моделях информация может выводиться на небольшой ЖК-экран.
Также используются различные сочетания звуковых сигналов.
Разные модели ИПБ - могут иметь отличия в значениях сочетаний свето-звуковых сигналов, поэтому надо внимательнее читать прилагающуюся, к электроприбору, инструкцию, чтобы детально разобраться в работе ИБП и правильно его эксплуатировать.

8. Защита линий

У некоторых моделей ИБП имеются разъемы для телефонных (RJ-11) и локальных сетевые (RJ-45) сетей.
Бывают случаи, когда в телефонных линиях и локальных сетях возникает, например, высоковольтная наводка, например, во время грозы, фильтр импульсных помех (который и стоит в ИБП) сгладит бросок напряжения и защитит ваше оборудование.

9. Передача данных

Некоторые ИБП включают в себя еще и USB и Com-порты, для передачи информации о состоянии аккумулятора, параметрах электросети и переходе на автономное питание. Также возможно автоматическое отключение ПК в том случае, если ИБП разрядился. Такими устройствами можно управлять с компьютера. Для этого к ИБП прилагается диск с программой и драйверами.

10. Холодный старт

ИБП с функцией холодного старта позволяют включать оборудование при полном отсутствии электричества. Правда, на короткое время.

11. Конструктивное исполнение

Конструктивное исполнение ИБП, в первую очередь, определяется их предназначением, мощностью и обеспечиваемым временем резервирования нагрузки.

По конструктивному исполнению ИБП можно разделить на настольные (как правило, розеточные), напольные и стоечные.

Напольные и настольные ИБП имеют малую и среднюю мощности. Выполнены, в основном, в едином корпусе с аккумуляторными батареями. При необходимости подключить дополнительные АКБ их устанавливают в аналогичный корпус.

Стоечные ИБП имеют среднюю (реже) и большую мощность. Они представляют собой шкафы, в которых размещаются инвертор, выпрямитель и система управления, а аккумуляторные батареи располагаются в отдельных модулях, типоразмеры которых могут варьироваться в зависимости от количества и емкости применяемых источников электроэнергии.

12. Входное напряжение

При выборе ИБП также стоит обращать внимание на такой показатель, как диапазон входных напряжений. Здесь можно выделить ИБП:

• со стандартным диапазоном (в среднем от 140 до 260 В – однофазные агрегаты, от 300 до 430 В – трехфазные)
• с широким диапазоном (у хороших моделей может составлять 80–305 В для однофазных ИБП и 240–480 В для трехфазных).

13. Заключение

Как видно из вышеописанного при выборе ИБП можно выбирать ориентируясь на различные характеристики и возможности ИБП. Но самыми главными, на что обязательно надо обратить внимание при выборе ИБП это: тип, мощность, синусоида ИБП... И, частично, на розетки - что бы в последствии не мучиться с поиском других кабелей и переходников.