Если подключить к ибп большую нагрузку
Обновлено: 05.07.2024
20 января 2015 г. | МакФарлейн Роберт | Категория: Обсуждаем статью
Неоднозначная терминология и постоянно меняющаяся вычислительная нагрузка могут изрядно затруднить выбор мощности источника бесперебойного питания. Если вы сделали неверные расчеты, не волнуйтесь, что ваш ЦОД попадет в ситуацию, показанную в фильме Майкла Бэя. Ниже – информация о том, как выйти из положения, если ваш ИБП оказался слишком маломощным или, наоборот, избыточным для поставленных задач.
Путаница между киловаттами (кВт) и вольт-амперами (кВ) многие годы смущает людей и вызывает существенные ошибки в расчетах при выборе источника бесперебойного питания.
С какими проблемами можно столкнуться, если вы неправильно выберете мощность своего ИБП?
Для начала, не следует опасаться, что в вашем ЦОДе что-то взлетит на воздух от неверных расчетов.
Если вы поставите системы ИБП недостаточной мощности, то проблема очевидна: когда дата-центр испытывает перегрузки, ИБП выключается и переходит в режим байпаса. Это приводит к тому, что IT-системы работают на неотфильтрованной энергии от поставщика, и так они работают бóльшую часть времени. Современное вычислительное оборудование не столь чувствительно, как предыдущие поколения, и это, кстати, одна из причин, по которой все более популярными становятся экономичные варианты ИБП.
Однако, ИБП в режиме байпаса не обеспечивает защиту от перебоев электричества или падения напряжения в сети и прочих тому подобных аномалий. Проект энергоснабжения ЦОДа должен предусматривать наличие устройства защиты от перенапряжения в режиме байпаса для предотвращения серьезных скачков в то время, когда производятся регламентные работы или осуществляется замена ИБП.
Установка ИБП бóльшей мощности, нежели требуется, выливается в зря потраченные деньги: заказчик платит дополнительно за мощность при покупке, а затем оплачивает счета за энергию, напрасно потребляемую ИБП, а также за энергию, потраченную на охлаждение горячего неэффективного ИБП. Когда ИБП работает с загрузкой менее 40%, его эффективность резко падает.
Мощность ИБП должна быть всегда чуть выше, чем требуется для обслуживания нормального роста. Превышение на 20% или 30% является нормальным и приемлемым: в дальнейшем при расширении будет где развернуться, а также это покроет время пиковой нагрузки и краткосрочные параллельные включения новых IT-систем во время обновления оборудования. Но если ИБП выбран с превышением требуемой мощности в два или три раза в расчете на будущий рост, то деньги выброшены на ветер.
Если масштабы роста предсказать сложно, то стоит подумать о модульной архитектуре ИБП. Это позволит добавлять элементы, наращивая мощность постепенно понемногу, и при этом сохраняя высокий уровень эффективности по мере увеличения мощности.
Настоящая проблема при неправильном расчете мощности ИБП – это системы резервирования. Система мощностью 100 кВт с резервированием N+1 (включает три модуля по 50 кВт каждый), имеет избыточную мощность 33%. Дополнительная мощность при этом расходуется только на цели резервирования. Если сверх этого добавить запас мощности еще 30% (то есть, если нагрузка составляет 70 кВт), это значит, что система эксплуатируется на 70% от проектной мощности в 100 кВт, но лишь на 47% от реальной мощности в 150 кВт.
Системы резервирования находят широкое применение в модульных ИБП. При относительно небольшой мощности модулей, система мощностью 100 кВт N+1, построенная из десяти модулей по 10 кВт, на самом деле имеет мощность 110 кВт, - тем самым эффективность поднимается до 64% при нагрузке 70 кВт.
Еще сильнее осложняется проблема неправильного выбора ИБП при резервировании по схеме N+2, когда источники бесперебойного питания делят нагрузку в пропорции 50/50. Теперь нагрузка в 70 кВт распределяется по 35 кВт на каждый 100-киловаттный ИБП, то есть они работают лишь на 35% от заявленной мощности. Эта ситуация типична для систем полного резервирования и служит главной причиной перехода на модульные ИБП – во избежание еще большего превышения. Дополнительная мощность в 50% для ИБП по схеме 2N означает эксплуатацию лишь на 25% от действительной мощности на каждом устройстве, и это поистине глубокий провал на кривой эффективности.
Чтобы оставить свой отзыв, вам необходимо авторизоваться или зарегистрироваться
Надёжная защита компьютеров, работоспособность и долгий срок службы источников бесперебойного питания (ИБП) зависят от правильно подобранной мощности ИБП по отношению к нагрузке. В этом посте мы рассмотрим простые правила подбора ИБП по мощности — они помогут и сэкономить бюджет, и остаться уверенным, что эти устройства обеспечат защиту в случае внезапного сбоя или отключения электроснабжения.
Расчёт нагрузки при выборе мощности ИБП
При подборе ИБП оперируют тремя величинами:
- мощность нагрузки,
- номинальная мощность ИБП,
- требуемое время автономной работы ИБП от батареи.
С определением мощности нагрузки всё относительно просто — суммируется мощность всех устройств, которые планируется подсоединить к одному ИБП (обычно это группа устройств, расположенных рядом друг с другом). Затем полученные цифры суммируются по всем ИБП, обслуживающих такие группы устройств. Мощность, потребляемую мониторами, принтером, колонками, роутером, внешним дисководом и т.д., можно найти на этикетках устройств. Для ПК или сервера берётся мощность указанная на блоке питания.
Знатоки скажут, что это весьма приблизительный подсчёт нагрузки, поскольку в разных режимах потребляемая мощность каждого устройства может существенно отличаться от той, что указана на этикетках или в спецификациях на блоки питания. Это будет абсолютной правдой, но они же согласятся, что таким образом определяется мощность «по верхнему пределу потребления». Если реальная мощность нагрузки в результате окажется ниже рассчитанной, то ничего плохого не случится.
Дальше идёт первый нюанс — он связан с номинальной мощностью ИБП: обычно она указывается в вольт-амперах (В·А) и выносится в виде цифр в название модели ИБП. Например, модель ИБП Eaton 5P 850 имеет номинальную мощность 850 В·А. При этом мощность нагрузки подсчитывается в ваттах (Вт), так как именно в ваттах маркируются блоки питания компьютеров, мониторов и других ИТ-устройств. Удобные онлайн-калькуляторы пересчёта «В·А в Вт» есть в интернете. Если же вы хотите пересчитать самостоятельно, можно воспользоваться следующей формулой:
Активная мощность (ватты) = Полная мощность (вольт-амперы) × Коэффициент мощности (Cos φ)
Второй нюанс состоит в том, что неизвестной величиной в этой формуле будет коэффициент мощности (Cos φ). И, кстати, в онлайн-калькуляторе тоже потребуется указать значение этого параметра. Для измерения «косинуса фи» для конкретного устройства существуют специальные приборы, называемые фазометрами. Но в малом бизнесе столь точные расчеты Cos φ обычно никто не проводит. Как правило, пользуются оценочными значениями Cos φ, характерными для данного типа устройств.
Так, для типового ПК эта величина составляет 0,7, и именно с этим коэффициентом указана мощность ИБП в ваттах в каталогах Eaton.
А какой Cos φ у современных серверов, систем хранения данных и сетевого оборудования (коммутаторов, маршрутизаторов и прочего)? В них используются блоки питания с коррекцией коэффициента мощности, поэтому его значение приближается к единице (1,0). Принято считать, что такое оборудование является нагрузкой с небольшой ёмкостной составляющей, и коэффициент мощности принимают равным 0,95.
Отдельным вопросом является использование таких блоков питания с ИБП – при их использовании требуется выбрать ИБП бОльшей мощности, особенно, если ИБП выдает не чистую синусоиду напряжения на выходе, а меандр.Также могут возникнуть дополнительные требования к ИБП, связанные с принципом работы таких источников. Тема требует отдельной статьи, и таких статей уже написано множество.
Следующий параметр, значение которого следует знать перед выбором мощности ИБП — это желаемое время работы ИБП в режиме «от батарей». В каталоге для каждой модели ИБП приводится оценочное время автономной работы при нагрузке 50% и 70% от номинальной мощности.
Узнать мощность нагрузки можно с помощью самого ИБП. Источник: Eaton
Обычно для корректного завершения работы операционной системы на компьютерах достаточно 5 минут, особенно если автоматизировать этот процесс посредством программного обеспечения мониторинга и управления ИБП — стороннего или от производителя ИБП (например, Eaton Intelligent Power Manager). Однако если требуется значительно большее время на поддержание работы компьютеров, то следует выбирать более мощные модели ИБП или даже докупать и устанавливать дополнительные внешние батареи. Такие внешние батареи доступны для моделей ИБП, работающих в корпоративном секторе.
Давайте выполним пример расчёта мощности ИБП для защиты электропитания двух современных серверов, позиционируемых как «серверы для малого бизнеса» с блоками питания по 200 Вт (то есть общая мощность двух серверов — 400 Вт). Низкая мощность блоков питания объясняется тем, что в таких серверах нет никаких движущихся частей, кроме вентиляторов охлаждения. Дисковая память реализована на SSD и нет CD-дисковода. Да, и ещё предполагается, что мощных видеокарт тоже нет.
При коэффициенте мощности 0,95 и ориентации на 70-процентную нагрузку от номинальной мощности получим, что требуется ИБП не менее, чем на 600 В·А: (400 ÷ 0,95) ÷ 0,7. Таким требованиям удовлетворит, скажем, ИБП Eaton 5P 650 в корпусе «башня» или «для стойки, 1U». Согласно каталогу, время автономной работы такого источника будет порядка 6 минут. Однако если вы не уверены, что точно знаете коэффициент мощности БП вашего сервера, то лучше ориентироваться на стандартное значение 0,7, а не на близкое к идеальному 0,95. Тогда наш расчёт (400 ÷ 0,7) ÷ 0,7 даст требуемую мощность ИБП 816 В·А. Следовательно, следует выбрать следующую по мощности модель ИБП Eaton 5P 850. Всегда лучше выбирать ИБП с запасом, т.к. время автономной работы в каталогах указано приблизительно и может варьироваться в зависимости от реальной нагрузки, возраста батареи и уровня её заряда, температуры окружающей среды.
Заметим тут же, что ИБП, как и любой компонент системы электропитания (к примеру, трансформатор), должен быть рассчитан на полную мощность нагрузки. Поэтому в нормальном режиме линейно-интерактивный ИБП работает через автотрансформатор и приведенная выше методика справедлива. Но при работе от батареи преобразуется только активная составляющая, поэтому необходимо учитывать номинальную активную мощность ИБП. Для ИБП Eaton 5-й серии это значение обычно подсчитывается как S·0,6 (0,7). Для класса онлайн-ИБП в любом режиме (кроме байпаса) необходимо учитывать и активную мощность, и полную, и разрешенный диапазон коэффициента мощности нагрузки.
Мониторинг и управление шатдауном нагрузок
После того, как расчёты сделаны, ИБП куплен и нагрузка подключена, в процессе эксплуатации желательно контролировать реальный уровень нагрузки. Это можно делать, используя служебный дисплей ИБП или с помощью ПО удалённого мониторинга. На основании этих наблюдений, сделанных при разных режимах работы нагрузок, можно окончательно определить, правильно ли подобрана мощность ИБП для защищаемых устройств.
Скриншот ПО управления ИБП. Источник: Eaton
Для удалённого мониторинга нагрузок Eaton предлагает компаниям фирменное ПО управления системой бесперебойного электроснабжения Intelligent Power Manager (IPM).
Базовая версия на десять ИБП доступна бесплатно, для контроля большего числа источников потребуется платная лицензия. IPM обеспечивает удалённый контроль корпоративной инфраструктуры гарантированного энергоснабжения с любого компьютера с использованием веб-интерфейса. Кроме физических серверов, IPM поддерживает управление питанием виртуальных машин — можно автоматически завершать работу гипервизоров VMware, HyperV, RedHat KVM и Xen.
С источниками бесперебойного питания (ИБП) связаны несколько расхожих и укоренившихся заблуждений, уверенность в правдивости которых мешает пользователю правильно подбирать и эксплуатировать устройство. Наша статья развенчает эти заблуждения и поможет избежать некоторых распространённых ошибок при покупке и использовании прибора.
Содержание
Миф 1. Все ИБП одинаково успешно справляются с сетевыми проблемами и подходят для любых нагрузок
Данное утверждение часто приводит к попыткам использовать простейшие компьютерные ИБП для работы c требовательным к качеству электропитания оборудованием. Логика понятна: зачем переплачивать, если даже недорогой «бесперебойник» защищает от всех сетевых проблем… а ведь именно так многие и считают. К сожалению, это суждение ошибочно, и в итоге человек вместо экономии может получить дополнительные расходы на ремонт прибора, оставшегося без защиты из-за подключения к неподходящему для него ИБП.
Как обстоят дела в действительности?
Любой ИБП способен запитать соответствующую по мощности нагрузку в момент отключения основной электросети, но не все устройства делают это одинаково быстро и качественно!
Например, у бюджетных ИБП резервного типа (off-line ИБП) время перехода на аккумуляторы составляет от 4 до 15 мс, в течение которых электропитание нагрузки не осуществляется. Кроме того, подобные ИБП не способны повышать качество электроэнергии без перехода на батареи, а также характеризуются малым диапазоном допустимых сетевых значений и искажённой (несинусоидальной) формой выходного напряжения в автономном режиме. На практике указанные недостатки осложняют работу со многими бытовыми электроприборами и сужают область применения off-line ИБП. В неё, в частности, не попадают котлы современных отопительных систем, холодильники, насосы, стиральные машины, кондиционеры, компоненты системы «Умный Дом», а также вообще любые нагрузки, если сеть имеет стабильно низкое качество напряжения.
Линейно-интерактивный (line-interactive) тип ИБП совершенней вышерассмотренного и отличается, во-первых, сокращённым (но не нулевым) временем подключения аккумуляторов, а, во-вторых, наличием функции стабилизации напряжения, позволяющей сглаживать часть поступающих на вход колебаний без перехода на батареи. Однако и такие ИБП имеют весомый недостаток – скачкообразное изменение выходного напряжения при отклонениях входного (данное явление обусловлено принципом работы встроенного регулятора). Отметим также проблемы с формой выходного сигнала: при работе от сети все входные искажения передаются на нагрузку, а при работе от батарей большинство моделей не формируют чистую синусоиду.
Линейно-интерактивный ИБП справится с защитой устройств, снабжённых импульсными блоками питания, но не гарантирует обеспечение необходимого качества электропитания для изделий, содержащих чувствительную электронику либо электродвигатель.
Максимальная защита возможна только при использовании ИБП с двойным преобразованием энергии (онлайн ИБП). Эти наиболее современные «бесперебойники» отличаются моментальным переходом в автономный режим и снабжают нагрузку напряжением с номинальным значением и синусоидальной формой при любом состоянии внешней сети.
Именно онлайн ИБП решает все проблемы с качеством сетевой электроэнергии и подходит для абсолютного большинства нагрузок как в бытовом секторе, так и в промышленности. Ознакомиться с полным модельным рядом онлайн ИБП «Штиль».
Миф 2. ИБП не нуждается в защите
Из-за уверенности пользователей в том, что «защитнику не нужен защитник» некоторые ИБП остаются без какой-либо защиты по входу.
Как обстоят дела на самом деле?
Согласно ГОСТу, устанавливающему требования безопасности для систем бесперебойного энергоснабжения, в проводке на месте подключения ИБП должно присутствовать устройство отключения сетевого питания.
На практике данное требование выполняется установкой в цепь между «бесперебойником» и источником электропитания автоматического выключателя или другого, схожего по функционалу, коммутационного устройства.
Если ИБП включен в питаемую от распределительного щитка бытовую розетку, то требование ГОСТа можно считать выполненным по умолчанию.
Особую опасность для ИБП представляют высоковольтные скачки, вызываемые, в частности, попаданием молнии в линию электропередач. Поэтому при прямом подключении бесперебойника к сетевому вводу, помимо автомата, перед ним рекомендуется установить ещё и устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).
Миф 3. Регулярный полный разряд аккумуляторов ИБП увеличивает продолжительность их работы
Это заблуждение связано с весьма сомнительным «народным» методом продления жизни автомобильных аккумуляторов. Некоторые умельцы, в основном из числа автолюбителей, пытаются применить его и к батареям ИБП.
Как обстоят дела на самом деле?
Любой свинцово-кислотный аккумулятор рассчитан на определённое количество циклов заряда-разряда, поэтому каждый разряд «в ноль» не увеличивает его ресурс, а наоборот снижает. Кроме того, частые глубокие разряды могут спровоцировать необратимые изменения в химической структуре батареи, приводящие к её постепенному выходу из строя.
Точно такие же последствия имеют и систематические недозаряды аккумулятора, вызванные, например, неправильной работой зарядного устройства или периодическими переходами «бесперебойника» в автономный режим до момента полного заряда батарей.
Не следует путать полный разряд батареи с предназначенной для контроля её технического состояния процедурой контрольно-тренировочного цикла, которая проводится строго до определённого конечного напряжения и только в полном соответствии с установленными производителем правилами.
Стоит отметить, что в функционал некоторых современных ИБП заложена возможность автоматического и безопасного проведения операции контрольно-тренировочного цикла аккумуляторов – так называемый «Разрядный тест» или «Тест до полного разряда».
Миф 4. Время автономной работы ИБП зависит от его мощности
Расхожий миф, вера в который приводит к покупке ИБП с мощностью, намного превышающей необходимую, что по сути является пустой тратой денег.
Как обстоят дела на самом деле?
Продолжительность работы «бесперебойника» в автономном режиме определяется емкостью применяемых аккумуляторов и фактическим энергопотреблением питаемого оборудования.
Из двух ИБП большее время резервирования для одной и той же нагрузки обеспечит не модель с большей выходной мощностью, а модель с большей емкостью батарей (при условии, что значение выходной мощности этой модели достаточно для питания данной нагрузки).
Следует понимать, что одна и та же модель ИБП с одними и теми же батареями при разных уровнях нагрузки будет иметь разную продолжительность автономной работы.
Отметим, что ИБП, поддерживающие подключение внешних аккумуляторов, более вариативны по длительности автономии. Благодаря быстрому присоединению/отсоединению дополнительных батарей их работу легко подстроить под конкретную сетевую ситуацию. Однако бесконечно наращивать время батарейной поддержки всё-таки не получится, так как возможности зарядного устройства у любого ИБП ограничены и отдаваемого им тока может просто не хватить для большого количества аккумуляторов.
Миф 5. Качество аккумуляторов, свободно продающихся на рынке, хуже, чем у установленных в ИБП производителем
Указанное заблуждение объясняется большим количеством некачественных изделий, заполонивших отечественный аккумуляторный рынок.
Как обстоят дела на самом деле?
Большинство применяемых в ИБП аккумуляторных батарей представлены и в розничной продаже. Их качество и характеристики ничем не отличаются от образцов, которыми комплектуются «бесперебойники» при изготовлении.
Остерегаться следует только подделок известных брендов и изделий, с даты выпуска которых прошло более года, поскольку неизвестно, соблюдались ли условия их безопасного хранения.
Важно!Для замены выработавших свой ресурс аккумуляторов следует применять либо аккумуляторы такой же марки (рекомендованный вариант), либо аналогичные им по всем параметрам. Важно!
Самостоятельная замена батарей допускается не во всех ИБП, некоторые модели могут подвергаться данной процедуре только в лицензированных сервисных центрах. Если производитель разрешает пользователю извлекать и устанавливать батареи в бытовой обстановке, то выполнять данные операции необходимо строго в соответствии с представленной в технической документации инструкцией.
Миф 6. Автомобильные аккумуляторы – недорогая альтернатива специализированным батареям ИБП
Часто умельцы из интернета рассказывают на всевозможных форумах как они сэкономили, приладив к ИБП автоаккумуляторы, которые стоят дешевле, чем предназначенные для «бесперебойников» специализированные AGM VRLA батареи.
Как обстоят дела на самом деле?
Автомобильные аккумуляторы рассчитаны на кратковременную отдачу большого тока. Автономная работа ИБП, характеризующаяся длительным разрядом малым или средним током, станет для таких изделий «стрессовой» ситуацией, ведущей к ускоренному износу.
Кроме того, зарядное напряжение, выдаваемое обычным ИБП, меньше необходимого автомобильным аккумуляторам, что чревато их хроническим недозарядом и опять же сокращает срок службы.
В итоге подключенные к «бесперебойнику» автомобильные аккумуляторы скорее всего прослужат значительно меньше заявленного производителем времени, а затраты на приобретение новых аккумуляторов полностью нивелируют экономию, полученную при изначальном отказе от покупки предназначенных для ИБП AGM VRLA батарей.
Важно!В процессе заряда автомобильные аккумуляторы выделяют опасные вещества, поэтому размещение и использование их связки с ИБП в жилом помещении нежелательно.
Миф 7. Последовательное подключение двух ИБП увеличивает надёжность защиты и/или значительно продлевает длительность автономной работы
Подобное заявление сразу выдаёт отсутствие у его автора опыта в практической организации систем бесперебойного питания.
Как обстоят дела на самом деле?
Даже если первый «бесперебойник», перейдя в автономный режим, сможет запитать последующий (возможно далеко не всегда), то часть энергии его аккумулятора будет рассеяна в результате потерь на втором устройстве и просто не дойдёт до нагрузки.
Поэтому увеличение времени резервирования достигается путём наращивания суммарной емкости используемых батарей, а не последовательным подключением ещё одного ИБП.
Что касается общей надежности системы бесперебойного питания, то она повышается параллельным объединением нескольких ИБП. Например, с помощью схемы N+1, в которой одно устройство питает нагрузку, а второе находится в «горячем» резерве и при отказе первого автоматически включается в работу. В случае необходимости количество резервных единиц может быть увеличено и распределено по независимым питающим линиям (схемы N+2, 2N, 2(N+1) и подобные им).
Миф 8. Опции мониторинга бесполезны для домашнего или офисного ИБП
Ложное утверждение, появление которого, скорее всего, дело рук производителей, неспособных заложить в свои изделия возможности для обмена информацией с другими устройствами.
Как обстоят дела на самом деле?
Установка в ИБП адаптера, снабжённого коммуникационными портами, позволит использовать различные интерфейсы связи и наладить передачу данных через локальное или дистанционное подключение.
В результате пользователь, находясь на любом удалении от устройства, сможет в режиме реального времени контролировать работу «бесперебойника» и своевременно реагировать на любые проблемы с электроснабжением, что в быту не менее важно, чем на производстве.
В качестве примера рассмотрим средства мониторинга однофазных ИБП «Штиль». На сегодняшний день они включают в себя пять плат расширения интерфейсов, взаимодействие с которыми осуществляется через специализированное программное обеспечение или web-интерфейс.
Возможности специализированного ПО «Штиль» (доступно для скачивания):
- автоматическое и корректное завершение работы подключенного оборудования в случае разряда аккумуляторов;
- мониторинг состояния ИБП (одного или нескольких) с графическим отображением схемы изделия и указанием текущих числовых значений каждого параметра;
- дистанционное изменение настроек ИБП (основные настройки, настройки аккумуляторных батарей, действия с неприоритетной нагрузкой);
- ведение журнала событий по всем контролируемым изделиям и оперативное оповещение об аварийных ситуациях.
Возможности при подключении к ИБП «Штиль» по web-интерфейсу (через браузер компьютера или смартфона):
Какой выбрать ИБП? Эту тему мы подняли в предыдущей статье и рассмотрели типы бесперебойников, которые предлагают производители. Сегодня поговорим о том, как выбрать источник бесперебойного питания в зависимости от ваших задач и типа вашего оборудования, а также рассчитаем необходимую мощность UPS.
То, какой бесперебойник вам нужен, зависит от нескольких основных моментов:
- От каких именно неполадок в сети вы хотите защитить оборудование?
- Особенности конструкции оборудования, которое вы хотите подключить к ИБП.
- Планируемая мощность нагрузки на ИБП.
- Необходимое время автономной работы.
Итак, в этой статье мы рассмотрим выбор бесперебойника, учитывая следующие вопросы:
Зачем вам нужен ИБП?
Ответ на вопрос: какой бесперебойник выбрать - зависит прежде всего от того, зачем он вам нужен.
Если вашему оборудованию подходит несинусоидальная форма сигнала, покупайте ИБП офф-лайн или линейно-интерактивный, но повышенной емкости, с расчетом на долгую работу от батарей. Как рассчитать емкость, вы можете прочитать ниже.
Самый большой запас времени работы в автономном режиме – у ИБП с внешними батареями, за счет возможности увеличить емкость дополнительными аккумуляторами (подключаются параллельно). Такие бесперебойники чаще всего – из категории дорогих, с двойным преобразованием.
Если необходимо действительно долгое время работы, десятки часов, возможно, лучшим выходом будет приобретение генератора.
Отметим, что если вам необходима только стабилизация питания и не требуется обеспечение автономной работы оборудования при отключении электричества, целесообразнее купить отдельный стабилизатор.
Также, довольно часто используют связку стабилизатор + недорогой ИБП (бесперебойник включается в сеть ПОСЛЕ стабилизатора). Такой тандем не только позволяет регулировать напряжение в том случае, если в UPS этого не предусмотрено, но и продлевает срок эксплуатации батарей ИБП.
Для защиты какого оборудования вы покупаете ИБП?
Какой выбрать бесперебойник – также зависит от особенностей конструкции подключаемой техники.
Общее правило таково: к ИБП с правильной синусоидой на выходе можно подключать практически любую технику, требуется лишь правильно рассчитать мощность. К остальным UPS, особенно оффлайн типа, можно подключать далеко не все оборудование.
Элементы, чувствительные к несинусоидальной форме сигнала.
Наиболее часто встречаемый случай – это устройства с электродвигателем, насосом, компрессором, в том числе насосы газовых котлов, а также практически вся бытовая техника: холодильники, фены, стиральные машинки, электродрели и т. д. На электродвигатель ступенчатая синусоида или, тем более, меандр, воздействуют негативно: возникают вихревые токи, падает индуктивное сопротивление, в результате двигатель перегревается вплоть до сгорания.
В некоторых устройствах, например, лазерных принтерах, ксероксах также могут присутствовать компоненты, которым для работы требуется синусоидальная форма напряжения, и при работе от ИБП с прямоугольной или ступенчатой формой сигнала они прослужат гораздо меньше.
Индуктивные элементы (катушки индуктивности, дроссели).
Довольно часто возникает вопрос – можно ли подключать к обычному дешевому бесперебойнику устройства с индуктивной нагрузкой, к примеру, люминесцентные лампы? На практике подключают, и все вроде как работает. Но следует учитывать, что многие производители этого категорически не рекомендуют и относят случаи поломки бесперебойника после подключения индуктивной нагрузки к негарантийным.
Кроме того, встречались случаи, когда реактивная нагрузка повреждала не рассчитанный на нее ИБП.
Трансформаторный (линейный) блок питания.
Выбирая ИБП для устройств с трансформаторными блоками питания, нужно с осторожностью относиться к UPS, который не выдает на выходе чистую синусоиду. При питании напряжением в форме меандра или ступенчатой синусоиды потери в трансформаторе увеличиваются, что, при сильной его нагруженности, приведет к уменьшению ресурсов трансформатора в десятки раз. Также на практике встречались случаи, когда сгорал сам УПС, к которому подключалась такая нагрузка. С другой стороны, довольно часто аппаратура с маломощными трансформаторными блоками питания, например, радиотелефоны, спокойно работает в паре с ИБП off-line типа.
Однако многие производители, как и в случае индуктивной нагрузки, чаще всего не советуют подключать трансформаторные БП к обычным ИБП.
Как отличить трансформаторный блок питания от обычного импульсного? Если мы говорим о внешнем БП, то импульсный – обычно легкий и небольшой, а трансформаторный – тяжелее и больше, за счет того, что внутри него размещен, собственно, трансформатор. Тип встроенного блока питания определить сложнее, здесь нужно ориентироваться на документацию производителя.
Хорошая новость – в большинстве случаев в электронной технике, такой как модемы, коммутаторы, роутеры, компьютеры сейчас используются именно импульсные БП.
Конструктивные элементы, чувствительные к качеству питания.
Практически все знают, что техника болезненно воспринимает перепады напряжения в сети, или постоянно заниженное (завышенное) напряжение. Однако качество электропитания определяется не только напряжением. Чувствительное телекоммуникационное, аудио-видео, измерительное, медицинское оборудование также негативно реагирует на:
- нестабильную частоту питания,
- радиочастотные помехи в сети,
- гармонические искажения напряжения,
- наносекундные и микросекундные импульсы напряжения.
Все это может не только искажать работу техники, но и сокращать срок ее работы.
Пусковые токи.
Оборудование, имеющее электродвигатели, насосы, компрессоры и прочие конструктивные элементы, которые в момент пуска потребляют большое количество электроэнергии, нельзя подключать к маломощным ИБП. Пусковые токи могут превышать стандартное потребление в 3-7 и более раз.
Как рассчитать мощность ИБП?
Для того, чтобы правильно выбрать бесперебойник, необходимо посчитать общую мощность оборудования, которое вы собираетесь к нему подключить. Значения мощности можно уточнить в технических характеристиках (паспорте или инструкции к технике).
- компьютер на 250 Вт,
- монитор LCD на 60 Вт,
- кондиционер на 2000 Вт (cos φ = 0,8).
Здесь есть один момент: даже если мощность всех устройств выражена в одной единице, в данном случае в Вт, подсчитать нужно две мощности: в вольт-амперах и ваттах.
Мощность в вольт-амперах и ваттах - в чем разница?
Мощность, которая выражается в вольт-амперах (ВА, VA) называют полной мощностью. Она показывает реальную нагрузку оборудования, с учетом активной и реактивной.
Мощность, которая выражается в ваттах (Вт, W), называют активной мощностью.
Это две разные величины, и обе нужно учитывать при выборе ИБП нужной вам мощности. Это особенно важно, если вы собираетесь подключать к ИБП реактивную нагрузку, так как в таком оборудовании полная и активная мощность могут серьезно отличаться.
Расчет мощности в вольт-амперах.
Для пересчета активной мощности (в ваттах) в полную мощность в вольт-амперах используем формулу:
- VA - полная мощность,
- W - активная мощность,
- P - коэффициент мощности оборудования.
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.
- для компьютера с монитором:(250+60)/0,7 =442 VA,
- для кондиционера: 2000/0,8 =2500 VA,
- Вместе: 2942 VA.
Расчет мощности в ваттах.
Чаще всего встречается самый простой случай - когда мощность в ваттах, ее также называют активной мощностью, уже указана в документации к оборудованию. Если нет, можно пересчитать мощность из вольт-амперов в ватты, используя ту же методику, что и для полной мощности.
- компьютер с монитором - 310 Вт,
- кондиционер - 2000 Вт,
- Вместе: 2310 W.
Запас мощности
Во-первых, нужно учесть, что ИБП не должен работать с максимальной загрузкой. Разные производители советуют разный запас мощности, в среднем бесперебойник не должен быть загружен больше чем на 70-80% от максимума. Значит, нам нужно "накинуть" еще хотя бы 20% на расчетное потребление подключенного оборудования.
Также нужно учесть возможный апгрейд техники (хотя бы 10%). Установка более мощной видеокарты в компьютер, замена монитора на модель большей диагонали - все это повлечет за собой увеличение потребляемой мощности, как активной, так и полной.
Посчитаем запас для нашего оборудования.
Полная мощность: 2942+20% + 10%= 3883 VA.
Активная мощность: 2310+20% + 10% = 3049 W.
Итак, выбранная нами перед этим модель ИБП не подходит, ведь там всего лишь 3000VA и 2700W.
Но и это еще не все.
Пусковые токи
Оборудование, имеющее электродвигатели, насосы, компрессоры, отличается от обычного тем, что в момент включения потребляет в 3-7 и выше раз большую мощность, чем обычно. Это и есть так называемые пусковые токи. Если не учесть их наличие при расчете мощности и взять ИБП, который не выдержит эту нагрузку, то бесперебойник в лучшем случае будет выключаться при включении такой техники, в худшем - сгорит.
Пусковые токи есть также у устройств, которые содержат инерционные элементы или катушки индуктивности. Например, обычные лампочки накаливания и люминесцентные лампы при включении потребляют гораздо большую мощность, чем во время работы. Другое дело, что изначально это малые величины, и если мы говорим о нескольких лампах, такой пусковой ток можно не учитывать. Если же речь идет, к примеру, об огромном помещении с сотнями ламп, то скачок мощности может быть довольно заметным.
Большинство моделей ИБП рассчитаны на перегрузку, но редко больше чем на 150%. Опять же лучше перестраховаться и ориентироваться на меньшую, чем указано в паспорте, например, 120-130%.
В нашем примере наибольшее значение имеют пусковые токи кондиционера. Допустим, они в 3,5 раза превышают обычную мощность, тогда мы имеем 7кВт активной и 8,75 кВА полной нагрузки при старте.
Пусковые токи компьютера и монитора в этом примере рассматривать не будем, так как вероятность одновременного старта всего оборудования чрезвычайно мала (или же можно целенаправленно избегать такой ситуации).
Итого расчетная мощность ИБП, который нам нужен:
Полная:
8750 (кондиционер) + 442 (комп и монитор) + 10% на апгрейд + 20% запас = 12133 Ва (12,1 кВА).
Активная:
7000 (кондиционер) + 310 (комп и монитор) + 10% на апгрейд + 20% запас = 9650 Вт (9,6 кВт).
Сбросим 30% на перегрузочную способность, которую должен взять на себя ИБП.
Итого, вместо бесперебойника на 3000 VA, который был нам нужен на первый взгляд, на самом деле требуется купить мощный ИБП не менее, чем на 9300 VA/7420W.
Такие бесперебойники можно найти только в линейке дорогих.
И вот в этом месте стоит задуматься о целесообразности покупки ИБП примерной стоимостью выше 80 000 грн для кондиционера c ценником, к примеру, 5 000 грн :)
Именно из-за большой величины пусковых токов мало кто покупает ИБП для холодильников, стиральных машин и прочей подобной техники. Это просто экономически нецелесообразно.
Выбросив кондиционер из нашего примера, получим гораздо более адекватную величину нагрузки: ≈580 VA (400W) (пусковые токи для компьютера и монитора не считаем, так как они чаще всего покрываются перегрузочной способностью стандартного ИБП).
Для этих целей вполне подойдет, к примеру, APC Back UPS ES 700VA.
Как рассчитать необходимую емкость бесперебойника?
Обычно при выборе источника бесперебойного питания у нас есть какие-то определенные требования к времени, на протяжении которого он будет поддерживать работу подключенного к нему оборудования в случае отключения электроэнергии. Многие производители указывают примерный диапазон, например, пишут, что в зависимости от нагрузки, время работы от батарей составит 4-20 минут. Или указывают, что при работе с максимальной нагрузкой это время составит 5 минут.
Но это приблизительно, а нам нужно точно быть уверенным, что купленный нами UPS обеспечит работу от батарей для определенного перечня оборудования. Или же рассчитать, сколько времени будет держать нашу нагрузку какая-то выбранная нами модель ИБП.
Рассчитываем емкость аккумуляторов для известного времени автономной работы
Для расчетов нам понадобится:
- Общая активная мощность (в ваттах), оборудования, которое мы собираемся подключить к ИБП (W).
- Время автономной работы (T).
- КПД UPS (примерно можно взять 0,85).
- Номинальное напряжение батарей.
- T - время планируемой автономной работы (ч),
- P - мощность подключенного оборудования (ВТ),
- KPD - КПД источника бесперебойного питания (можно взять примерно 0,85).
И формулу пересчета емкости в Вт*ч в емкость в AH:
Допустим, нам нужно, чтобы компьютер и монитор из приведенного выше примера проработали 2 часа после отключения электроэнергии.
Емкость (Вт*ч) = 2 * 310 / 0,85 = 730 Вт*ч.
Однако емкость батарей принято указывать в ампер-часах. Чтобы пересчитать емкость в ватт-часах в ампер-часы, потребуется указать номинальное напряжение батарей.
Для батарей 12В:
Емкость (А*ч) = 730/12 = = 60,83 ≈ 61Ah.
Для батарей 24В:
730/24 = 30,42 ≈ 30Ah.
Поскольку чаще всего в ИБП используется 1-2 батареи, реже 4, емкостью 7-9AH, то подобрать ИБП стандартной комплектации для таких значений общей емкости нам будет сложно. Лучше всего купить источник бесперебойного питания с возможностью подключения внешних батарей и подбирать емкость по потребностям.
Например, могут подойти такие модели:
Преимуществом в этом случае также является то, что при увеличении нагрузки, подключаемой к ИБП, можно будет купить и подключить еще одну дополнительную батарею.
Рассчитываем время автономной работы, зная емкость ИБП
Для расчетов нам понадобится:
- Общая активная мощность (в ваттах), оборудования, которое мы собираемся подключить к ИБП (W).
- Общая емкость всех батарей ИБП в ватт-часах (Вт*ч).
- КПД UPS (примерно можно взять 0,85).
- V - номинальное напряжение батарей (V),
- AH - емкость одной батареи (AH),
- N - количество батарей.
- E - общая емкость (Вт*ч),
- KPD - КПД источника бесперебойного питания (по умолчанию можно взять 0,85,
- P - потребляемая мощность подключенного оборудования.
Возьмем для примера ИБП PowerCom BNT-800AP USB. Производитель заявляет время автономной работы 5 минут при максимальной загрузке. А сколько смогут проработать наш компьютер с монитором с потребляемой мощностью 310 Вт?
Общая емкость (Вт*ч) ИБП = 12В * 7,2AH * 1 = 86,4 Вт*ч.
Время = 86,4*0,85 / 310 = 0,237 часа ≈ 14 мин.
Читайте также: