Шина постоянного тока ибп

Обновлено: 07.07.2024

В статье рассмотрены виды ИБП, принципы работы ИБП, а также приведены реальные осциллограммы напряжений на выходе.

Зачем нужен UPS (ИБП)

ИБП в основном используются там, где пропадание электропитания может вызвать негативные последствия. Например, питание компьютеров и серверов, питание устройств связи и распределения сигналов (роутеры), питание устройств, автоматическая перезагрузка (перезапуск) которых без участия человека невозможна.

Вот пример, как мой читатель доработал ИБП для стратегически важной системы (2 сервера, и т.д.). Кроме того, усовершенствовал схему, и добавил возможность использования обычного автомобильного аккумулятора.

Для бытовых вещей это прежде всего компьютеры и системы отопления.

Следует понимать, что ИБП выбираются на время работы нагрузки 10-15 мин, редко до получаса. Предполагается, что за это время питание появится, либо человек (оператор) предпримет необходимые действия (сохранит данные, позвонит в энергослужбу предприятия, завершит технологический процесс).

ИБП нельзя рассматривать в качестве резервного источника питания. Он является лишь аварийным источником, и в лучшем случае используется очень редко, в общей сложности не более 10 минут в год (несколько раз, на время не более минуты). Если это время больше, то следует задуматься о повышении качества электропитания.

Резервным источником питания можно считать такие источники, которые полностью могут заменить основное питание на длительное время, от нескольких часов до нескольких суток. Это может быть другая линия (см.статью про автоматический ввод резерва), генератор, солнечная батарея, ветряной генератор. Теоретически, для этих целей может служить и ИБП, но для этого нужны аккумуляторы огромной ёмкости, что значительно повлияет на цену такой системы.

Виды источников бесперебойного питания

Виды (типы) ИБП имеют множество названий, но их всё равно ровно три. Разберёмся.

Итак, три основных вида ИБП:

Back UPS

Чем-то напоминает работу реле напряжения, которое отключает нагрузку, а Back UPS не отключает, а переключает на аккумулятор, что позволяет ей некоторое время поработать.

Smart UPS

Smart UPS действуют умнее, как следует из названия. Они ещё дополнительно переключают внутренний автотрансформатор, в некотором смысле стабилизируя входное напряжение. И только в крайнем случае переходят на батарею.

Online UPS

Исследование ИБП с помощью осциллографа

Напряжение на выходе Back UPS

Я провёл исследование с использованием осциллографа Fluke 124. Осциллограммы (форма импульсов и колебаний на выходе ups) привожу и комментирую ниже.

Back UPS. Осциллограмма при переходе с сети на батарею.

Back UPS. Напряжение на выходе при питании от батарей.

Осциллограф померял RMS напряжение (среднеквадратическое), оно соответствует норме. Однако, когда я измерил это же напряжение мультиметром, я получил значение 155 В. Почему на выходе UPS низкое напряжение?

Вот укрупненный график, где видно, что напряжение после переключения сначала повышается на пол секунды до 400В, а потом стабилизируется:

Back UPS. Выход, длительность 2 секунды

А вот как меняется форма напряжения на выходе Back-UPS в момент перехода с батарейного на сетевое питание:

В качестве испытуемого был ИБП APC Back-500-RS, параметры на фото ниже:

Напряжение на выходе Smart UPS

Теперь приведу для полноты картины осциллограммы напряжений на выходе Smart UPS. Испытаниям подвергался UPS Ippon Smart Power Pro 1000.

Плавного изменения напряжения на входе я не делал, поскольку не было такой цели. Полагаю, что в данном случае Умный ИБП ведёт себя точно так же, как и релейный стабилизатор напряжения.

Данные исследования проведены в рамках проекта по включению ИБП в цепь управления промышленного холодильника.

• APC_Smart-UPS_450-1500_Back-UPS_250-600 / Устройство и ремонт ИБП. Пособие по ремонту. Схемы и их обзор., pdf, 1.93 MB, скачан: 2024 раз./

Независимый источник, решающий проблему стабильного электрического питания для бытовых и промышленных устройств называется — ИБП постоянного тока. Основной принцип работы устройства заключается в преобразовании тока. На входе выпрямителя он переменный, а к потребителю уже приходит постоянный ток. При этом определённая его часть перенаправляется к АКБ для подзарядки. Как только из внешней сети электричество перестаёт поступать мгновенно происходит отключение выпрямителя. Объясняется это тем, что рабочий диапазон напряжения модуля перестаёт соответствовать величине напряжения в самой сети. Происходит процесс разрядки батарей, которого хватает на завершение всех текущих задач. Как пример — проведение операций на расчётно-кассовых аппаратах или сохранение данных в операционной системы ПК.

За это время можно подключить дополнительный, резервный источник энергии. В производственных и бытовых условиях таковым может являться автономный генератор.

Основные функции

Помимо функции преобразования ИБП постоянного тока решает ещё целый ряд важных задач:

предохранение работающей техники от скачков напряжения;
генерация качественного электрического питания в двух режимах ("резервный" и "основной");
переключение потребителя на резервный источник питания за минимальный промежуток времени.

Где находит себе применение?

Востребованность ИБП обусловлена большим числом потребителей в число которых входит:

сложная электроника энергетических систем;
оборудование радиоэлектронного профиля с номиналом 12 Вольт;
СКУД, а также пожарные и охранные сигнализационные системы;
наружное и внутренне видеонаблюдение;
медицинские приборы;
автоматические блоки управления производственного назначения;
электронные, кодовые замки.

И это только часть тех областей, где использование ИБП постоянного тока не находит себе альтернатив на сегодняшний день

ИБП постоянного тока представляют собой независимый источник, обеспечивающий стабильное, беспроблемное электропитание потребителям постоянного тока.

Основные задачи ИБП постоянного тока

Потребителями ИБП постоянного тока являются:

Устройство и принцип действия ибп постоянного тока

Самый простая схема ИБП постоянного тока состоит из выпрямителя (одного или нескольких) и аккумуляторов (от одного до нескольких).

С учетом различных требований, уровня ответственности и решаемых задач более совершенный вариант ИБП ПТ может состоять состоит из следующих компонентов:

Переменный ток из внешней сети поступает на вход выпрямителя (блок питания бесперебойника), далее уже постоянный ток идет к потребителю, а часть его осуществляет подзарядку АKБ. Как только электричество во внешней сети исчезает величина напряжения в ней перестает соответствовать рабочему диапазону напряжений ИБП, выпрямитель сразу же отключается. Нагрузка начинает получать резервное питание от аккумуляторов. Батареи начинают разряжаться. Время их разряда должно координироваться со временем, необходимым для завершения текущей задачи потребителем, корректного выключения нагрузки или подключения другого источника питания более долгого действия (электрогенератора). После того, как энергообеспечение во внешней линии восстанавливается, происходит обратное переключение, и в работу снова вступают выпрямители.

Как правило, аккумуляторы шунтированием подключены сразу к выходной линии ИБП. Чтобы не допустить paзpядa, АKБ защищают контактором, устанавливаемым в последовательную цепь батарея-нагрузка. C падением напряжения до критического уровня, мощный контактор размыкает линию аккумулятор-нагрузка и отключает устройство-потребитель.

В большинстве случаев колебания по напряжению нa выxoдe ибп допускаются в рамках – плюс-минус 15 %, a иногда и шире. Если питаемые ИБП устройства предъявляют более жесткие требования к колебаниям выходного напряжения, и они должны быть меньше, то в выходной цепи источника бесперебойного питания ставят стабилизирующее устройство (конвертер).

Иногда бывает так, что полезная нагрузка ИБП в большинстве своем состоит из потребителей постоянного тока, но среди них есть небольшая часть, работающая на переменном токе. В таких случаях ИБП ПТ дополнительно имеет еще инвертор. Однако при этом доля потребителей мощности устройств переменного тока не допускается выше 10 % общей выходной мощности ИБП.

Как не совершить ошибку в выборе ИБП

В таблице можно найти все основные критерии и особенности выбора ИБП постоянного тока.

1. Выбор ИБП по величине выходного тoкa.

Первый важный момент, который надо учитывать выбирая ИБП постоянного тока, это то, что ток с его выхода не полностью в режиме основного питания подается к нагрузке. Определенная доля его расходуется на зарядку аккумулятора.

В связи с этим номинал выходного тока вашего ИБП определится суммой:

I_max _нагр. – наибольший ток, забираемый нагрузкой;

I_{заряда АКБ} – зарядный ток аккумулятора.

Оптимальная величина тoкa заpяда аккумуляторов принимается равной 10 % емкости батареи. Максимальноo допустимоe значенииe токa, тo при котором происходит наиболее быстрая зарядка, это примерно 30 % емкости аккумулятора.

Предположим, что максимальная величина тока, необходимого для питания нагрузки равна 150А. Для обеспечения нужной длительности работы нагрузки в аварийном режиме потребуется аккумулятор емкостью 300Ач. Зарядка разряженной батареи должна осуществляться в минимальные сроки. Тогда номинальное значение выходного тока ИБП можно посчитать следующим образом:

30 % ёмкости АKБ = 300 x 0.3 = 90Ач.

Соответственно принимаем максимальный ток зaряда

Тогда искомая величина номинала тока ИБП будет:

I_{ИБП ПТ} = 150 + 90 = 240 А.

Производители аккумуляторов обычно указывают среди технических характеристик и рекомендуемoе значение токa заряда. В некоторых моделях ИБП выпрямители содержат устройство, автоматически ограничивающее наибольший зapядный тoк до рекомендуемой величины.

2. Выбор ИБП по параметрам АКБ.

Другим важным и ответственным моментом в выборе ИБП является подбор емкостей АKБ. Определяться емкость должна характеристиками разряда АКБ по постоянной мощности, а не по постоянному току.

Следует также принимать во внимание то, что те ИБП, которые обладают устройством, не допускающим глубокий разряд аккумуляторов, имеют разное значение порогового напряжения, отключающего ради этого нагрузку. У разных моделей ИБП оно разное, а объем емкости АКБ, отдаваемой потребителю, имеет от него непосредственную зависимость.

Кроме этого, надо знать, что для увеличения срока службы АКБ большое значение играет соблюдение режима температурной компенсации при заряде аккумуляторов. Между напряжением на выходе и температурой нагрева батареи существует обратно пропорциональная зависимость – напряжение тем ниже, чем выше температура АКБ. Эта зависимость характеризуется температурным коэффициентом. Производитель батареи этот температурный параметр определяет для каждого типа аккумулятора. Иногда в схеме ИБП предусматривается наличие температурного датчика, который в режиме компенсации температуры подстраивает величину выходного напряжения выпрямительного устройства до значений, рекомендованных изготовителем АКБ.

Режим ускоренной зарядки АКБ. В некоторых моделях ИБП предусматривается как ручное, так и автоматическое включение ускоренного заряда аккумуляторов. Автоматический режим заряда имеется всегда, когда аккумулятор разряжен до порогового предела.

В некоторых типах ИБП постоянного тока предусмотрена такая функция как тестирование аккумуляторов. Тестирование имеет или ручное включение, или автоматическое, или может быть задействован при выявлении аномалии с асимметрией АКБ.

3. По типу выпрямителя.

В общем-то, по этому параметру выбор стоит между импульсными и линейными блоками питания ИБП постоянного тока.

В зависимости от частоты преобразования выпрямительные устройства классифицируют следующим образом.

Диапазон 30кГц - 50кГц. На этом частотном диапазоне были задействованы еще выпрямители первых поколений 20-30 летней давности. В основе – использование широтно-импульсной модуляции. Недостатки – невысокая надежность.

Диапазон 60кГц - 120кГц. Такой частотный диапазон предпочитают многие современные однофазные выпрямители. В основе также принцип широтно-импульсной модуляции. Выпрямитель, имеющий корректор выходной мощности, не допускает искажений в питающей сети.

Выпрямительные устройства до 2кВТ, как правило, работают с однофазной сетью. Более 2кВТ – с трехфазной. Применение однофазных выпрямителей эффективно можно использовать, подключая их к каждой фазе цепи, это повышает надежность ИБП, если при аварии исчезнет одна фаза.

Сегодня современные ИБП в большинстве своем базируются на выпрямителях высокочастотного преобразования. Это импульсные блоки питания, отличается они достаточно большой величиной пульсаций выходного сигнала. В некоторых случаях, например, для систем связи, телекоммуникаций величина пульсаций регламентируется специальными нормативными документами.

Если нагрузка особо чувствительна к пульсациям питающего напряжения, то необходимо остановить свой выбор на ИБП с выпрямителем, в основе которого задействована линейная схема.

4. По наличию контроллера.

Какие преимущества дает многофункциональный контроллер источнику бесперебойного питания:

- мониторинг параметров текущего состояния блоков и устройств ИБП с сохранением в памяти всех основных событий, как штатных, так и внештатных;

- возможность контроллера осуществлять в случаях пропажи внешнего напряжения последовательные отключения второстепенных нагрузок (и в резервном режиме от АКБ), что обеспечит таким образом более длительную и устойчивую работу наиболее важных потребителей;

- проведение диагностики нарушений рабочих режимов и неисправностей отдельных элементов, причем, с возможностью реагирования уже на симптоматику вероятных критических ситуаций;

- современные типы контроллеров обладают возможностью дистанционного управления и контроля основным функционалом, автоматической обработки статистики событий и передачи данных.

Поскольку надежность ИБП постоянного тока во многом все-таки зависит от надежной работы аккумуляторов, то для контроллеров таких ИБП особо важной функцией является контроль состояний АКБ:

- контроль текущих параметров разряда батареи;

- контроль тока заряда с возможностью его ограничения;

- отключение АКБ по завершении разряда и защита от ложных срабатываний;

- контроль рабочей температуры;

- контроль температурной компенсацией при заряде батареи;

- возможности индивидуального выравнивания слабых элементов с помощью их единичной автоматической подзарядки;

- поэлементный или поблочный принцип мониторинга и управления АКБ;

- проведение периодических тестирований АКБ.

Благодаря всем этим возможностям использование контроллера продлевает срок надежной службы ИБП.

5. По типу охлаждения.

В ИБП постоянного тока используется и принудительная система охлаждения, и естественная.

Принудительная система подразумевает самовентилирование, то есть наличие вентиляторов в самом ИБП. При такой конструкции вентилятор (один или несколько) устанавливается в силовом блоке (в выпрямительном устройстве) или в специальной корзине, где располагаются выпрямители. Если для охлаждения требуется система из нескольких вентиляторов, то при выходе из строя одного из них ИБП должен продолжать максимально долго обеспечивать нагрузку номинальной мощностью. Температурный режим блоков и элементов при этом не должен выходить за рамки допустимых значений. Для особо ответственной нагрузки предусматривают стопроцентное резервирование вентиляторных устройств. Иногда, для снижения уровня шума и продления срока службы вентиляторов, предусматривают автоматическое снижение их скоростей, когда нагрузка сокращает потребление мощности на 20-30%.

В некоторых случаях использование вентиляционного охлаждения в ИБП не выгодно. Это может быть связано с отраслью применения ИБП. Например, если в воздухе рабочего помещения слишком велик процент пыли или мелкодисперсности. Большие затраты на обслуживание и ремонт вентиляторов вынуждают в таких условиях использовать ИБП с естественным охлаждением. Кроме того, ИБП с вентиляторным охлаждением имеют, как правило, большие габариты и, соответственно, претендуют на больший объем рабочего пространства.

6. Необходимость дополнительного инвертора.

Бывают ситуации, когда источник бесперебойного питания постоянного тока большой мощности с аккумуляторным блоком большой емкости заранее предусматривают для запитывания не только основных потребителей постоянным током, но и какой-то другой техники током пeременным с U = 220В/380В (ну, или возникает вдруг такая производственная необходимость). Тогда для решения дополнительной задачи к выходу бесперебойника ставят инвертор–преобразователь напряжения. При этом надо помнить, во-первых, о том, что диапазоны напряжений на входе инвертора обязаны быть больше или равны диапазонов выходных напряжений ИБП ПТ. А, во-вторых, то, что лучше не использовать инверторы, у которых большая амплитуда пульсаций потребляемого тока, поскольку они существенно сокращают срок службы аккумуляторов.

Сегодняшний рынок электротехнической продукции позволяет организовать надежное и качественное энергоснабжение любого оборудования, любой сложности, требуется только со знанием дела, с учетом детальных рекомендаций специалистов отнестись к подбору именно того ИБП, который наиболее соответствует конкретным задачам потребителя.

В первой части статьи был сформулирован перечень тем, рассмотрение которых позволило бы получить ответ на вопрос: что же превращает некую электроустановку в систему оперативного постоянного тока со своей логикой внутренних и внешних связей? Были рассмотрены принципы построения системы РЗА, оказывающие максимальное влияние на эту логику. Рассмотрен состав приемников оперативного тока и дана их классификация. Следуя намеченной программе, рассмотрим следующие ее пункты.

Схема питания оперативным током должна обеспечить возможность подключения каждого потребителя к нескольким источникам оперативного тока. От надежности этой схемы зависит общая надежность работы потребителя оперативного тока. Все схемы питания оперативным током можно разделить на следующие категории надежности в порядке ее убывания:

А. Шины ЩПТ, имеющие питание от двух ЗПУ (подключенных к разным секциям собственных нужд) и от аккумуляторной батареи (накопителя электрической энергии). АБ может подключаться как напрямую к шинам ЩПТ (рис. 5 и 6), так и через вольтодобавочное устройство (ВДУ) (рис. 7). При этом должны выполняться следующие условия:

должна сохраняться гальваническая связь АБ с цепями потребителей;
сопротивление ВДУ не должно ограничивать ток КЗ;
надежность ВДУ должна быть не ниже надежности АБ. Снижение надежности в этом случае (ВДУ включено последовательно с АБ) будет компенсироваться повышением надежности, которую даст стабилизация напряжения у потребителя даже при глубоком разряде АБ.

Данная категория имеет следующие подкатегории:

А1. Питание от шин ЩПТ (ED) или от шин ШАВ (EF), к которым подключаются потребители только «чистой» зоны, имеющие самую высокую надежность [1, 2];

А2. Питание от шин ШАВ (ЕС), к которым подключаются потребители только «грязной» зоны, надежность которых снижена тяжелыми условиями эксплуатации.

Рис.5. АБ подключена напрямую к ЩПТ. ЗПУ подключены к ЩПТ через общий с АБ предохранитель. Данный вариант используется тогда, когда величины тока от ЗПУ недостаточно для перегорания собствен- ного предохранителя при КЗ в распределительной сети СОПТ

В. Шины, имеющие гальваническую развязку с АБ и ЗПУ, а также индивидуальные блоки питания. Такое схемное решение значительно снижает вероятность влияния аварийных процессов, происходящих в их цепях, на нормальную работу приемников, подключенных к источникам оперативного тока категории А, или на работу РЗА соседних присоединений.

Данная категория имеет следующие подкатегории:

В1. Питание от шин, подключенных к АБ через DC/АСпреобразователь. Данный вариант используется как резервное питание через АВР для задвижек пожаротушения, работающих на переменном оперативном токе от сети собственных нужд.

В2. Питание от шин, подключенных к АБ через DC/DC-преобразователи (рис. 8). Особенностью данной схемы является наличие двух DC/DC-преобразователей, подключенных к разным ЩПТ (к разным секциям одного ЩПТ при наличии только одной АБ) и работающих параллельно. Этот вариант используется:

для устройств, которые требуют высокой надежности питания, но сами вы- сокой надежностью не обладают (цепи ВПС, аварийное освещение);
для организации шины резервного питания.

В3. Питание от шин ИБП. Это устройство имеет в своем составе АБ более низкого напряжения и преобразователь на выходе, доводящий ее напряжение до параметров оперативного тока. ИБП могут рассматриваться как источники питания в распределенной СОТ или как основное питание серверов АСУ ТП.

В4. Комбинированные блоки питания, подключенные к ТТ и ТН. В этой подкатегории отсутствует накопитель электрической энергии. Однако по надежности питания собственных потребителей и по отсутствию влияния на работу других потребителей она сопоставима с подкатегориями схем питания категории В. Применяется для небольших ПС до 35 кВ.

С. Шины выпрямленного тока (рис. 9). Шины имеют питание от двух выпрями
тельных устройств (ВУ), подключенных к разным секциям ЩСН 0,4 кВ ПС. Выходы ВУ объединены на параллельную работу. Этот вариант применяется для питания потребителей подкатегории С1 (оперативная электромагнитная блокировка разъединителей). Особенностью этого варианта является применение ВУ без стабилизации, которые способны обеспечить достаточный (для срабатывания автоматических выключателей) уровень токов КЗ.

Рис. 7. Питание устройств через ВДУ. Подключение ЗПУ через БВП

D. Шины собственных нужд 0,4 кВ ПС (рис. 10). Шины, объединенные секционным выключателем, имеющие АВР. Этот вариант применяется для питания потребителей категорий С2, С3 и D (приводы высоковольтных выключателей и разъединителей, приводы автоматических выключателей СН и РПН, технологический обогрев, освещение и тому подобное). Представленные категории расположены в порядке уменьшения надежности схем питания в таблице № 5. Учет категорий надежности потребителей и схем питания есть условие необходимое, но недостаточное для выбора правильной конфигурации СОПТ. Определенные требования должны предъявляться и к самим источникам питания (АБ, ЗПУ, ВУ, DC/DC, DC/AC, ИБП и так далее) [3]. Кроме того, следует учитывать особенности выбранных источников оперативного тока. Таковыми являются:

а) способность обеспечить величину токов КЗ, достаточную для селективной работы защитных устройств;

б) способность обеспечивать импульсную нагрузку потребителей (только для тех случаев, когда это требуется).

Для обеспечения надежного отключения КЗ за DC/DC-преобразователем, не имеющим внутренней защиты ми- нимального напряжения, таковую необходимо установить дополнительно. Ее действие должно быть отстроено по времени от действия электромагнитных отсечек автоматических выключателей потребителей и резервировать их.

При выборе ЗПУ, не имеющего своей внутренней защиты при снижении выходного напряжения или не рас- считанного на выдачу кратковременного импульса тока при КЗ, его подключение допускается только за предохранителем АБ (рис. 5).

Схема питания устройств, имеющих большую импульсную нагрузку, может быть выполнена:

с применением индивидуальных накопителей энергии в этих устройствах (гидро-, воздушные или меха- нические аккумуляторы энергии приводов выключателей, конденсаторные накопители);
с применением дополнительных элементов АБ;
с применением вольтодобавочных устройств.

В процессе эксплуатации СОПТ может находиться в одном из трех режимов работы: нормальный, расчетный аварийный, аварийный.

А. Нормальный режим работы СОПТ Основную часть времени СОПТ находится в нормальном режиме работы, при котором АБ полностью заряжена и подключена к шинам постоянного тока с параллельно работающим ЗПУ. ЗПУ обеспечивает питание постоянной нагрузки и одновременно подзаряжает АБ, компенсируя ее саморазряд и поддерживая напряжение поляризации АБ заданной величины. Питание импульсной нагрузки обеспечивается АБ.

Нормальным режимом является режим питания от шин ЩСН ПС 0,4 кВ, если при этом:

напряжение на клеммах электроприемников СОПТ находится в пределах 0,95–1,05 Uном;
отсутствуют повреждения во вторичных цепях;
включены и исправны все преобразователи электрической энергии;
заряжены до номинальных значений все накопители электрической энергии;
отсутствуют электромагнитные помехи выше допустимого уровня;
температура окружающего воздуха на- ходится в заданных пределах;
отсутствуют механические воздействия выше допустимого уровня.

Б. Расчетные аварийные режимы работы СОПТ Расчетными аварийными режимами СОПТ являются режимы, при которых СОПТ выполняет свою главную функцию — обеспечивает питание потребителей оперативным током, но при этом возможно наличие одного или нескольких следующих событий:

Исчезновение напряжения на шинах ЩСН 0,4 кВ ПС с сохранением питания от заряженных накопителей электрической энергии (автономный режим);
Исчезновение напряжения на одной из секций ЩПТ или ШАВ СОПТ (режим технического обслуживания);
Неисправность либо отключение одного из накопителей электрической энергии (режим параллельной работы);
Режим ускоренного заряда;
Режим уравнительного заряда;
Контрольный разряд АБ;
Неисправность либо отключение одного или всех преобразователей электрической энергии (режим параллельной работы);
Снижение напряжения на клеммах приемников СОПТ в пределах 0,8– 0,95 Uном (автономный режим);
Повышение напряжения на шинках СОПТ в пределах 1,05–1,1 Uном;
Замыкание одного из полюсов СОПТ на землю;
КЗ в одной или нескольких точках СОПТ (количество допустимых точек КЗ зависит от типа СОПТ и требований к ней);
Попадание на шинки СОПТ напряжения 0,4 кВ промышленной частоты;
Параллельная работа двух ЩПТ.

При исчезновении напряжения переменного тока системы собственных нужд ПС, а также при неисправности ЗПУ, СОПТ переходит в автономный режим работы. В этом режиме питание постоянной и толчковой нагрузок обеспечивается от АБ. В соответствии с требованиями нормативного документа [4] АБ должна обеспечивать максимальный расчетный толчковый ток после двух часов разряда постоянным током нагрузки. Длительность периода автономной работы АБ на конкретной ПС может быть увеличена. (Его величину необходимо указать в техническом задании. Расчетная длительность режима должна учитывать время прибытия персонала на необслуживаемую ПС, выявления им неисправностей и принятия мер по восстановлению нормального режима работы АБ [5].) Автономный режим работы АБ является расчетным аварийным режимом.

По истечении режима автономной работы, ЗПУ должны автоматически перейти в режим ускоренного заряда. В режиме ускоренного заряда превышение напряжения на шинах не должно быть более 1,1 Uном. При необходимости иметь напряжение выше указанной величины применяется схема с дополнительными балластными диодами. Режим ускоренного заряда АБ является расчетным аварийным режимом.

Рис. 9. Организация питания шин выпрямленного тока

Режим уравнительного заряда АБ вводится для получения более однородной плотности электролита по высоте элемента АБ, для устранения разности напряжений между элементами АБ, накапливающейся в процессе эксплуатации, и для предотвращения сульфатации электродов. Уравнительный заряд производится повышенным напряжением (более 1,1 Uном), уровень которого определяется инструкцией по эксплуатации АБ данного типа. В этом режиме ЩПТ необходимо отключить от своей АБ и перевести питание его секций на питание от секций соседнего ЩПТ. Продолжительность режима уравнительного заряда зависит от состояния АБ и должна быть не менее 6 часов [6]. Режим уравнительного заряда АБ является расчетным аварийным режимом.

Рис. 10. Питание от разных секций ШСН 0,4 кВ

Контрольный разряд АБ выполняется для определения ее фактической емкости. Результаты измерений при контрольных разрядах должны сравниваться с результатами измерений предыдущих разрядов. Значение тока разряда каждый раз должно быть одно и то же [6]. Для проведения контрольного разряда АБ рекомендуется использовать переносное разрядное сопротивление с контролем тока АБ (типа COMBAT либо подобное), позволяющее проводить этот режим без отключения АБ. В этом случае разряд ведется током потребителей, подключенных к данной АБ, с доведением его величины до заданной путем автоматического регулирования разрядного сопротивления. Альтернативой данному устройству может служить установка обратимых ЗПУ, способных инвертировать постоянный ток в сеть переменного тока. При отсутствии этих устройств и наличии в СОПТ только одной АБ режим контрольного разряда может проводиться только при проведении регламентных или ремонтных работ на ПС при отключении всех потребителей. Контрольный разряд является расчетным аварийным режимом.

В режиме технического обслуживания отключается часть потребителей и производится контроль технического состояния оборудования, относящегося к одной из секций шин. Конструктивное исполнение оборудования СОПТ должно обеспечивать возможность безопасного выполнения работ. Режим технического обслуживания не должен выходить за рамки расчетного аварийного режима.

Режим параллельной работы двух ЩПТ возможен при наличии на ПС двух комплектов источников питания (двух АБ и двух ЗПУ) в следующих случаях:

при неисправности одной АБ;
в режимах уравнительного заряда, контрольного разряда или технического обслуживания одной АБ.

В этом режиме питание всех потребителей обеспечивается от одного комплекта источников питания через секционные перемычки в ЩПТ. Режим параллельной работы двух ЩПТ является расчетным аварийным режимом. Параллельная работа двух АБ допускается только на время перевода нагрузки с одной АБ на другую.

В. Аварийный режим работы СОПТ

Аварийный режим СОПТ — это режим, при котором невозможно выполнение главной функции СОПТ — питание потребителей постоянным оперативным током. Признаком аварийного режима является одно из следующих событий:

Потеря всех накопителей СОПТ и всех преобразователей СОПТ;
Снижение напряжения питания на зажимах потребителей ниже 0,8 Uном;
Превышение напряжения на шинах СОПТ выше 1,1 Uном;
Потеря всех секций распределительного устройства СОПТ;
Появление в цепях СОПТ электромагнитных помех, способных вызвать повреждение или ложную работу устройств;
Изменение климатических условий в помещениях, где размещены устройства СОПТ, сверх допустимых пределов;
Наличие механических воздействий на устройства СОПТ или на помещения, в которых они расположены,
выше допустимых пределов;
Злоумышленное отключение СОПТ.

Изложенный в двух первых частях материал показал неоднородность составных частей СОПТ и недопустимость произвольного их подключения между собой. Во второй части рассмотрено еще несколько блоков из фундамента возводимого здания.

Сколь бы надежен не был ваш поставщик электропитания, броски напряжения иногда случаются на любых линиях. Каждый пользователь ПК хоть раз, да сталкивался с внезапной перезагрузкой или отключением компьютера из-за неполадок на питающей линии. И компьютеры – не единственный вид техники, требующий бесперебойного электропитания.

Продолжительное отключение электропитания может привести к заморозке системы отопления частного дома. ИБП с подключаемыми аккумуляторами способен «продержать на плаву» циркуляционный насос и электронику котла в течение нескольких часов, и стоить такой ИБП будет намного дешевле, чем генератор с автозапуском.

Роутер, подключенный к ИБП, позволит оставаться «онлайн» и при отсутствии электропитания. Потребляет роутер совсем немного и емкости аккумулятора даже недорогого «бесперебойника» хватит на пару-тройку часов его работы.

Серверам и внешним дисковым накопителям бесперебойное питание совершенно необходимо – внезапное отключение электричества может привести к потере данных.

И вообще, наличия ИБП требует любая автоматика, сбой в работе которой может привести к серьезным последствиям – медицинское и технологическое оборудование, системы пожарной и охранной сигнализации и т.д. Но параметры электропитания у разных видов техники разные, поэтому и ИБП для них потребуется с различными характеристиками.

Характеристики источников бесперебойного питания.

Вид устройства.

Резервный ИБП имеет наиболее простую конструкцию. Электроника источника следит за уровнем входного напряжения, и, при его выходе за установленные рамки (обычно +10% от номинала), переключается на питание от аккумулятора.

Конструкция проста и надежна, но в некоторых ситуациях от такого ИБП будет больше вреда, чем пользы. Например, если он имеет минимальное входное напряжение 180 В и используется для защиты компьютера с блоком питания, работающим от 110 до 240 В. Без ИБП компьютер бы спокойно работал, а ИБП при падении напряжения ниже входного (180 В) перейдет на аккумулятор и после его разряда выключит питание компьютера. Поэтому для этого вида ИБП следует обеспечить соответствие минимального и максимального напряжений «бесперебойника» и потребителя – лучше всего, если диапазон напряжений ИБП будет незначительно (5-10В) уже диапазона напряжений электроприбора. Например, для диапазона рабочих напряжений потребителя 180-240 В, диапазон ИБП должен быть примерно 190-230 - это позволит перейти на питание от аккумулятора до того, как напряжение станет неприемлемым для защищаемого прибора.

Кроме того, переключение на аккумулятор занимает некоторое время, что может быть критичным для некоторых видов техники. Например, для импульсных блоков питания с активным корректором мощности (APFC), которым оснащено большинство таких БП мощностью более 400 Вт. При подборе ИБП для компьютеров, специальной аппаратуры, аудио- и видеотехники с подобными блоками питания следует оставлять большой запас по мощности, либо выбирать ИБП другого вида.

Линейно-интерактивный ИБП, фактически, состоит из резервного ИБП и стабилизатора. При наличии в сети пониженного или повышенного напряжения, автоматический регулятор напряжения (AVR) стабилизирует его, а на аккумулятор ИБП переключается только при настолько большом отклонении напряжения от нормального, что стабилизировать его уже невозможно.

Линейно-интерактивные ИБП немного дороже резервных, но для бытового применения именно этот вид является оптимальным. Единственный случай, когда ему следует предпочесть резервный – когда в вашей сети стабильно пониженное напряжение, подходящее, однако, для защищаемого электроприбора. Резервный ИБП просто пропустит это напряжение в компьютер, а линейно-интерактивный будет его повышать до нормального. Но продолжительная работа в таком режиме может сильно сократить ресурс AVR (особенно на недорогих «бесперебойниках»).

Недостаток, связанный с кратковременным отсутствием питания во время переключения на аккумулятор у линейно-интерактивных ИБП также присутствует.

Такие ИБП стоят заметно дороже остальных видов, зато выдают стабильную частоту, напряжение и форму синусоиды при любых помехах на входной линии питания.

Выходная мощность (ВА) стабилизатора определяет максимальную суммарную полную мощность подключенных к нему электроприборов. Однако следует иметь в виду, что приведенное в паспорте на электроприбор значение в Ваттах – это его активная мощность, т.е., выделяющаяся в виде тепла или света.

Многие подключаемые к ИБП электроприборы создают вдобавок к активной еще и реактивную нагрузку, и полная выходная мощность ИБП должна подбираться с её учётом. Для определения полной мощности электроприбора следует активную мощность поделить на коэффициент мощности (cos(φ)), обычно указанный в паспорте. Если найти это значение не удается, можно воспользоваться таблицей:

Поскольку чаще всего ИБП используется для защиты ПК, часто возникает вопрос: какую мощность имеет компьютер? Самый точный способ определения мощности – расчет на основе замера потребляемого им тока. Проще и безопаснее всего это сделать с помощью токовых клещей и самодельного удлинителя с раздельными проводниками.

Измерение тока с помощью мультиметра связано с опасностью поражения электрическим током и делать это, не обладая соответствующими навыками, небезопасно.

Измерение следует производить, дав на процессор и видеокарту максимальную нагрузку – это можно сделать с помощью требовательной к ресурсам игры или с помощью специальных программ (например, OCCT в режиме power supply). Измеренное значение умножается на величину напряжения в сети – это и будет искомая полная мощность (ВА) компьютера.

Простой, но грубый способ – взять максимальную мощность блока питания (в Ваттах), обычно приведенную на корпусе БП и поделить на коэффициент мощности. Реальная мощность компьютера, скорее всего, будет ниже, но уж точно не выше.

К примеру, для защиты компьютера с блоком питания без PFC мощностью 300 Вт и монитором мощностью 50 Вт потребуется ИБП с входной мощностью (ВА) 300/0,65+50/0,8 = 524 ВА. Поскольку реальная мощность системного блока, скорее всего, ниже 300 Вт, ИБП на 500 ВА могло бы и хватить для этого компьютера. Однако с учетом того, что пусковые токи (неизбежные при переключении на аккумулятор) могут превышать номинальные вдвое, выбор ИБП на 750 или 1000 ВА представляется более оправданным.

Следует также отметить, что недорогие ИБП часто характеризуются слабой перегрузочной способностью и не могут выдерживать высокие токи даже очень непродолжительное время (менее 100 мс). Поэтому при покупке недорогого ИБП необходимо следить, чтобы пиковая мощность нагрузки не превышала выходную мощность «бесперебойника».

Если определение полной выходной мощности (ВА) представляется слишком сложным, можно подобрать ИБП по активной выходной мощности (Вт) – обычно этот параметр тоже приводится в паспорте ИБП.

Однако большинство производителей при указании активной выходной мощности ориентируются на cos(φ) = 0,6-0,7, подходящий только при использовании ИБП для защиты компьютеров с блоками питания без PFC.

Коэффициент мощности многой другой техники выше, и, подбирая ИБП по активной мощности в ваттах, вы рискуете переплатить, выбрав ИБП более мощный, чем вам действительно необходимо.

Тип формы напряжения может быть важен для некоторых видов техники. В электродвигателях, трансформаторах, катушках индуктивности «ступенчатая» форма питающего тока приводит к дополнительным нагрузкам – это может проявляться изменением звука работы, увеличенным нагревом обмоток и ускоренным износом. Проблемы могут возникнуть с некоторыми моделями аудио- и видеотехники, измерительными приборами и медицинской техникой.

Импульсные блоки питания к форме напряжения невосприимчивы – ступенчатая аппроксимация синусоиды подходит для любых компьютеров. Проблемы, возникающие на современных блоках питания с активным корректором мощности (APFC) чаще всего связаны не с формой сигнала, а с недостатком запаса по мощности и низкой перегрузочной способностью ИБП. При переключении на аккумулятор и падении входного напряжения, APFC резко увеличивает потребляемый ток, при этом нарастание потребления происходит так быстро, что ИБП часто отключается защитным автоматом (токовым реле), при том, что контроллер даже не успевает «заметить» перегрузку.

Однако, некоторые блоки питания с APFC плохо работают при ступенчатой синусоиде – корректор успевает среагировать на горизонтальную «ступеньку» как на пониженное напряжение, увеличивает ток потребления и перегружает ИБП, приводя к срабатыванию его защиты и отключению. И, хотя многие БП с APFC прекрасно «уживаются» со ступенчатой синусоидой, чтобы не оказаться в ситуации, когда ПК откажется работать с «бесперебойником», следует либо убедиться в их совместимости перед покупкой, либо выбирать ИБП подороже: с «чистой» синусоидой и запасом по мощности, либо ориентироваться на устройство с двойным преобразованием. В последнем случае чрезмерный запас по мощности не нужен, а синусоида у таких устройств и так «чистая».

Тип выходных разъемов питания на современных ИБП может быть различным. Старые ИБП все имели выходные разъемы стандарта IEC 320 C13 («компьютерные») для подключения питающих кабелей системного блока и монитора.

Но роутеры, внешние жесткие диски и многие современные мониторы для подключения к сети используют обычную «евро» вилку. Поэтому сегодня уместнее выбирать ИБП с выходными разъемами типа CEE 7/* - «евророзетками». Обратите внимание, чтобы количество розеток соответствовало количеству потребителей.

Некоторые специализированные ИБП, предназначенные для создания линий бесперебойного электропитания, оснащаются клеммами для удобства прямого подключения линейных проводов.

Удобно, если ИБП имеет какой-нибудь интерфейс, по которому он может «сообщить» работающему на ПК приложению о пропадании напряжения. Это позволит сохранить все открытые документы, записать на диск данные из буфера и корректно завершить работу компьютера в автоматическом режиме, даже если оператора поблизости нет. Особенно это важно для серверов: сбой сервера – вещь неприятная, но она может стать еще неприятнее, если «испортятся» хранящиеся на нём данные из-за некорректного завершения работы. ИБП с интерфейсом USB или RS-232 подключается интерфейсным кабелем непосредственно к защищаемому компьютеру, на котором должно быть запущено соответствующее ПО.

Функция «холодного старта» позволяет осуществить запуск подключенных к ИБП электроприборов при отсутствии питающего напряжения. Холодный старт позволяет использовать ИБП как автономный источник питания для маломощной нагрузки.

Время автономной работы зависит от емкости установленных аккумуляторов и суммарной мощности подключенных потребителей. Производителем обычно указывается продолжительность автономной работы при определенной мощности нагрузки. Но зачастую мощность нагрузки сильно отличается от приведенной производителем. В этом случае следует иметь в виду, что емкость аккумулятора сильно зависит от тока разряда. При быстрой разрядке (5-10 минут) аккумулятор выдает всего 20-30% от номинальной емкости.

Так, если производителем приводится время автономной нагрузки в 5 минут при нагрузке 200 Вт, то при вдесятеро меньшей нагрузке (20 Вт) время автономной работы будет не 50 минут, а около двух часов, потому что емкость при разряде такой продолжительности будет примерно вдвое больше. Максимальная (100%) емкость аккумуляторной батареи достигается при продолжительности разряда в 20 часов и более, это следует учитывать, если предполагается длительная работа оборудования от ИБП.

«Бесперебойники», рассчитанные на продолжительную автономную работу, часто имеют возможность подключения дополнительных батарей. Это позволяет набрать емкость, необходимую для поддержания работы потребителей в течение необходимого времени.

Имейте в виду, что аккумуляторная батарея имеет ограниченный ресурс и через некоторое время (0,5-5 лет в зависимости от качества батареи и частоты циклов заряда/разряда) она потребует замены. В этом случае возможность замены батарей будет совсем нелишней. Оборудование, которое должно работать непрерывно, следует защищать с помощью ИБП с возможностью горячей замены батарей - т.е., без отключения ИБП от сети.

Варианты выбора источников бесперебойного питания.

Для защиты от кратковременных падений напряжения маломощных потребителей (роутеров, модемов, точек доступа) предназначены ИБП с «евророзетками» мощностью до 400 ВА.

ИБП мощностью 500-1000 ВА сможет «поддержать на плаву» простой офисный компьютер в течение времени, достаточного для сохранения всех открытых документов.

ИБП с «холодным стартом» способен обеспечить автономное питание электроприборов в условиях полного отсутствия питающей сети.

Если вам важно стабильное электропитание на выходе «бесперебойника» по минимальной цене, выбирайте среди линейно-интерактивных ИБП.

ИБП с двойным преобразованием гарантируют высокое качество питающего напряжения и обеспечивают полное отсутствие переходных процессов при пропадании внешнего питания.

Читайте также: