активная мощность ибп что это
Что учитывать при выборе источника бесперебойного питания
Источник бесперебойного питания важный элемент при построении сложных систем, где нужна гарантия безопасности от непредвиденных перебоев в энергоснабжении и других проблем в электросети. Под катом расскажем о том, какие критерии необходимо учесть при выборе ИБП.
Сейчас рынок забит множеством устройства отличающихся, как ценником, так и качеством. Разобраться во всем этом многообразии невероятно сложно. Если же бюджет ограничен, то нужно подходить к выбору максимально ответственно. Поэтому для начала стоит ответить себе на несколько вопросов:
— Насколько ответственное оборудование вы собираетесь защищать?
— Какое время автономной работы оборудования в случае пропадания напряжения будет оптимальным?
Дабы ответить на поставленные вопросы стоит разобраться с тем какие классы ИБП сейчас существуют, и определиться с основными критериями, которые нужно учитывать при выборе ИБП.
Классы ИБП
Классы, представленных на рынке ИБП, отличаются друг от друга поведением в разных режимах работы и схематикой. Выделяют:
— Резервные или off-line ИБП (BackUp),
— Линейно-интерактивные ИБП (Line-interactive),
— ИБП с двойным преобразованием (on-line, double-conversion).
Off-Line ИБП считаются наиболее простыми и неприхотливыми. В нормальном режиме работы от сети электричество поступает на вход такого “бесперебойника, а после транзитом подается на основную нагрузку. При возникновении неполадок сети (перепадов и потерь напряжения) ИБП автоматически переходит на работу от аккумулятора.
Недостатки такой схемы работы — это длительное переключение питания на аккумуляторы (от 4 до 10 миллисекунд). Кроме того при работе ИБП от аккумулятора на оборудование подается не привычный для сети синус, а аппроксимированный синус.
Следующий класс источников бесперебойного питания Line-interactive не имеет кардинальных отличий от схемы Off-line. В случае аварии питание также переключается на аккумулятора, а затрачивается на это аналогичные (от 4 до 10 миллисекунд). На выходе также получается аппроксимированный синус.
Однако в ИБП этого класса на входе присутствует трансформатор, благодаря которому удается компенсировать те самые перепады напряжения. Стоит подчеркнуть, что ИБП класса Off-line и Line-interactive не предназначены для подключения ответственного оборудования.
При подключении ответственного оборудования рекомендуется использовать ИБП с двойным преобразованием (double conversion) или On-line ИБП. Работа таких источников бесперебойного питания устроена так, что входящее напряжение выправляется благодаря выпрямителю. После этого инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. При такой схеме аккумуляторы подключены к выходу выпрямителя и входу инвертора, что обеспечивает мгновенный переход (0 миллисекунд) к работе от аккумулятора.
Мощность
Один из наиболее важных параметров на который стоит обратить внимание при выборе ИБП — это мощность подключаемого оборудования. Недооценка этого фактора может привести к очень плачевным результатам — ИБП может просто не справиться с нагрузкой в случае аварии. При этом неэффективным будет и использование ИБП, мощность которого превышает, возлагаемую на него нагрузку.
Мощность применительно к источникам бесперебойного питания можно разделить на:
— Полную мощность — это это сумма активной и реактивной мощностей, а также отклонение от формы тока и напряжения от синусоидальной.
— Активную мощность — это та энергия, которую нагрузка отбирает от источника энергии для дальнейшего преобразования другую полезную энергию.
Чтобы определить мощность ИБП, нужно знать коэффициент мощности подключаемого оборудования. Иными словами, отношение активной мощности к полной
Как правило, в технических характеристиках ИБП указываются входной и выходной коэффициенты мощности. Входной указывает на поведение ИБП по отношению к электрической сети. Очень важен коэффициент мощности на выходе, потому что именно он показывает мощность, получаемую нагрузкой
Для расчета мощности ИБП, которая будет необходима для обеспечения нагрузки, нужно учесть сумму номинального потребления оборудования и нагрузку при запуске оборудования. При эт не стоит забывать о запасе мощности в 25%, то есть Мощность ИБП должна быть на 25% выше мощности оборудования.
Коэффициент полезного действия ИБП
Определиться с КПД источника бесперебойного питания очень важно, поскольку это главный показатель эффективности его использования. Неэффективная работа ИБП приводит к необоснованным затратам.
Помимо этого КПД определяет какое количество тепла в окружающую среду выделяет ИБП. Этот показатель важен при проектировании серверной. Например, если будет установлен ИБП небольшой мощности, то он не будет выделять много тепла. Напротив, при большой мощности “бесперебойника” в несколько десятков киловатт, тепловыделение будет большим. Чтобы избежать перегрева оборудования придется каким-то образом удалять тепло из помещения, а это дополнительные траты на мощные кондиционеры. Итог таков: чем больше коэффициент полезного действия ИБП, тем меньше будет выделяться тепло.
В качестве примера представим несколько вариантов эффективного и неэффективного использования ИБП:
— В первом случае, к ИБП мощностью 800 Ватт подключили оборудование мощностью 50 Ватт. На самообеспечение ИБП использует около 70 Ватт. Рассчитываем КПД по формуле и получаем 42%.
— Во втором случае, при нагрузке же в 600 Вт, коэффициент полезного действия ИБП будет значительно выше — 89%. Этот вариант более предпочтителен и эффективен.
Время автономной работы
Время автономной работы ИБП — это время, которое источник бесперебойного питания сможет поддерживать работу оборудования в случае аварийной ситуации в электросети. Время автономной работы в больше степени зависит от состояния аккумуляторов и потребляемой нагрузки.
Когда при проблемах в сети важно лишь корректно завершить работу оборудования в течение короткого промежутка времени, то свой выбор можно остановить на ИБП со встроенными аккумуляторами.
Если есть потребность в гораздо большем времени работы оборудования, то стоит рассчитать необходимый ток разряда батарей. Для расчета этого показателя есть специальная формула:
Для тех у кого нет времени или желания возиться с расчетами и учитывать множество технических, так и чисто физических нюансов, на сайте нашего магазина есть удобный инструмент — Калькулятор ИБП, при помощи которого можно определить все необходимые параметры.
ИБП: как определиться с выбором
Чтобы ответить на поставленные выше вопросы, необходимо детально вникнуть в классы представленных сегодня на рынке источников бесперебойного питания. А также определиться с основными критериями, которые необходимо учесть, чтобы сделать взвешенный выбор.
Классы ИБП
Все разнообразие современных источников бесперебойного питания, представленное сегодня на рынке, можно разделить на несколько классов, отличающихся друг от друга схематикой, а также поведением как в режиме нормальной работы, так и работы от аккумуляторов.
Самыми простыми и неприхотливыми считаются Off-Line ИБП. При работе сети в нормальном режиме электричество поступает на вход ИБП и, проходя через него, подается на основную нагрузку. В случае же потерь и перепадов напряжения в сети, «бесперебойник» автоматически переключается на аккумулятор. Основные недостатки такой схемы заключаются в том, что переключение питания ИБП на аккумуляторы занимает от 4 до 10 миллисекунд. При работе же в режиме питания от аккумулятора, на выходе ИБП выдается не привычный для сети синус, а аппроксимированный синус.
Line-interactive не имеет принципиальных отличий от схемы Off-line. Электричество также напрямую проходит через ИБП, который уже питает оборудование. При авариях в сети происходит переключение на работу от аккумуляторов (от 4 до 10 миллисекунд). На выходе получается аппроксимированный синус. Главное отличие от схемы Off-line — это наличие на входе трансформатора, позволяющее компенсировать незначительные перепады напряжения в сети. В целом, классы «бесперебойников» Off-line и Line-interactive предназначены для подключения не слишком ответственного оборудования.
При подключении ответственного оборудования применяют источники бесперебойного питания с двойным преобразованием (double conversion) или On-line ИБП. Схема double-conversion подразумевает, что поступающее напряжение выправляется с помощью выпрямителя, а затем с помощью инвертора постоянное напряжение преобразуется в переменное. В этой схеме аккумуляторы подключены к выходу выпрямителя и входу инвертора, что обеспечивает мгновенный переход (0 миллисекунд) к работе от аккумулятора.
Мощность
Для того, чтобы определиться с мощностью необходимого ИБП, нужно знать коэффициент мощности подключаемого оборудования. То есть, отношение активной мощности к полной.
В технических характеристиках источников бесперебойного питания всегда указывается два типа коэффициентов мощности — входной и выходной. Входной коэффициент определяет поведение ИБП по отношению к электрической сети. То есть, ИБП является своего рода нагрузкой для сети. Последние модели источников бесперебойного питания имеют входной коэффициент мощности равный единице. Такое значение достигается благодаря использованию на входе HDPD транзисторов корректора коэффициента мощности. Коэффициент мощности на выходе очень важен, поскольку именно на выходе преобразуется мощность, которую непосредственно получает нагрузка.
Чтобы рассчитать мощность «бесперебойника», необходимую непосредственно для обеспечения нагрузки вашего оборудования, нужно учесть сумму номинального потребления оборудования, а также включить в расчеты нагрузку, необходимую при запуске оборудования (запуск электродвигателей и т. д.). Кроме того, рекомендуется приобретать ИБП с запасом мощности до 25%.
Коэффициент полезного действия ИБП
Коэффициент полезного действия ИБП- это еще один пункт, определиться с которым очень важно — ведь это главный показатель того, как эффективно он используется. Неэффективная работа, а, следовательно, и необоснованные затраты, происходят, когда «бесперебойник» с большим коэффициентом мощности используется для подачи напряжения на оборудование, не требующее большой нагрузки.
Также, КПД определяет количество тепла выделяемого ИБП в окружающую среду. Например, когда при проектировании серверной подбирается ИБП небольшой мощности, то тепловыделение не будет иметь особого значения. При мощностях, к примеру, в несколько десятков киловатт, тепловыделение будет большим. Тепло, безусловно, необходимо будет утилизировать, а для этого придется подбирать более мощные кондиционеры, что приведет к дополнительным затратам. Чем больше коэффициент полезного действия ИБП, тем меньшим будет выделение тепла.
Разберем примеры эффективного и неэффективного использования ИБП.
В первом случае на источник бесперебойного питания с мощностью 800 Ватт повесили нагрузку мощностью 50 Ватт. На самообеспечение ИБП использует примерно 70 Вт. Если произвести расчет по формуле, то коэффициент использования ИБП будет равен 42%.
Время автономной работы
Собственно, один из самых важных критериев ИБП — это время его работы в случае аварийной ситуации. Этот показатель зависит от мощности потребляемой нагрузки и состояния аккумуляторных батарей.
Источник бесперебойного питания со встроенными аккумуляторами будет верным решением, когда при проблемах с напряжением в сети важно лишь корректное завершение работы оборудования, занимающее от 5 до 10 минут.
При необходимости большего времени работы оборудования, нужно рассчитать необходимый ток разряда батарей. Сделать это можно следующим образом:
Из всего вышесказанного становится ясно, что при выборе источника бесперебойного питания необходимо учесть множество как технических, так и чисто физических нюансов, определяющихся как конкретным месторасположением ИБП и оборудования подключаемого к нему, так и рядом других факторов.
Термины ИБП
Аварийный источник питания
Независимый резервный источник электрической энергии (ИБП или ДГУ), который при неисправности или отключении основного источника обеспечивает электропитание необходимого качества и необходимой мощности для продолжения работы оборудования пользователя
Аварийный (автономный) режим работы ИБП / UPS
Режим, в котором электроснабжение оборудования обеспечивается за счет энергии запасенной в аккумуляторной батарее ИБП
Автоматический выключатель
Защитный отключающий компонент, размыкающий цепь протекания тока при заранее заданной величине
Автономный генератор
Локальный преобразователь механической или какой-либо другой энергии в электрическую, например, дизель-электрогенератор (ДГУ), ветро-электрогенератор и т.д.
Аккумуляторная батарея ИБП / UPS
Источник энергии для ИБП / UPS на случай отсутствия или неудовлетворительного качества питающей сети. Напряжение аккумуляторной батареи зависит от схемотехнических решений выбранных производителем ИБП при его проектировании. Обычно аккумуляторная батарея собирается из свинцово-кислотных герметичных необслуживаемых аккумуляторов, в случае особых требований используются никель-кадмиевые аккумуляторы. При длительном времени работы стоимость батареи ИБП начинает занимать значительную долю в стоимости системы, и тогда применяют ДГУ в комплекте с ИБП на малое время работы. Срок службы батареи колеблется от 3 до 10 лет в зависимости от типа примененных батарей и условий их эксплуатации
Активная мощность (действующая мощность)
Термин, используемый для описания произведения эффективного значения тока, напряжения и коэффициента мощности. Выражается в Ваттах (Вт) или Киловаттах (кВт). Физически представляет собой мощность, реально потребляемую оборудованием
Активная нагрузка
Нагрузка, у которой входной коэффициент мощности равен «1», примером может послужить лампочка накаливания или ИБП с коррекцией входного коэффициента мощности. Мощность такой нагрузки, измеренная в Ваттах (Вт) совпадает с мощностью в Вольт-амперах (ВА)
Ампер (А) или киловольтампер (кА)
Единица измерения силы электрического тока. Ток равен одному Амперу при его протекании через проводник сопротивлением 1 Ом при приложенном напряжении 1 Вольт
Байпас (Bypass)
понятие имеет 2 смысла:
Бустер ИБП / UPS
Устройство, позволяющее повышать или понижать выходное напряжение за счет переключения обмоток автотрансформатора или за счет специфических схемотехнических решений. Применяется в линейно-интерактивных ИБП
Ватт (Вт) или Киловатт (кВт)
Единица измерения активной мощности. Электрически определяется как мощность, выделяемая в нагрузке при приложенном к ней напряжении 1 Вольт и силе тока в 1 Ампер
Вольт (В) или Киловольт (кВ)
Единица измерения напряжения
Вольтампер (ВА) или Киловольтампер (кВА)
Единица измерения полной мощности, определяется как произведение среднеквадратических (эффективных) значений напряжения и тока в цепи
Время переключения ИБП / UPS
Время перехода ИБП в автономный режим и обратно. У аппаратов класса Off-line и Line-interactive составляет от 5 до 20 мсек, может вызывать сбои в подключенной нагрузке. В аппаратах класса Оn-line время переключения не существует (равно нулю)
Входное напряжение
Напряжение, получаемое ИБП из внешней электросети от питающей подстанции или от дизель-генераторной установки (ДГУ)
Входной изолирующий трансформатор ИБП (UPS)
Трансформатор, включаемый во входную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки его внутренних узлов и входной электросети. Применяется во избежание короткого замыкания цепей ИБП, комплектуемого негерметичной аккумуляторной батареей с жидким электролитом, если существует вероятность его утечки. Также применяется при необходимости гальванической развязки цепи Bypass
Входной коэффициент мощности ИБП / UPS
Определяет, как ведут себя входные цепи ИБП по отношению к входной сети, т.е. какую нагрузку и с каким коэффициентом мощности представляет собой ИБП для питающей сети или ДГУ
Входной номинальный ток ИБП / UPS
Среднеквадратичное значение тока, потребляемого ИБП при условии его 100%-ой загрузки
Выпрямитель ИБП / UPS
Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. В современных ИБП выпрямитель также выполняет функцию коррекции входного коэффициента мощности ИБП
Выходной коэффициент мощности ИБП / UPS
Определяет оборудование с какими коэффициентами мощности возможно подключать к данному ИБП, т.е. допустимое соотношение полной и активной мощности на выходе инвертора ИБП. Например, выходной коэффициент мощности 0,8 показывает, что к ИБП с полной мощностью 100 кВА можно подключить оборудование с активной мощностью не более 80 кВт с коэффициентом мощности 0,8 (полная мощность оборудования составит 100 кВА). Но оборудование 80 кВт с коэффициентом мощности 0,7 к такому ИБП подключить уже не удастся, потому что его полная мощность составит 114 кВА
Выходной изолирующий трансформатор ИБП (UPS)
Трансформатор, включаемый в выходную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки между ИБП и его нагрузкой. В трехфазных системах применяется трансформатор «треугольник-звезда». Он образует выходную нейтраль нагрузки, полностью изолированную от входной нейтрали ИБП. Таким образом, удается полностью защититься от помех по входной нейтрали, широко распространенных на промышленных объектах. Выходными изолирующими трансформаторами оснащены ИБП Powerware серий PW9340, PW9370, PW9315, B4000
Выходной номинальный ток ИБП / UPS
Среднеквадратичное значение тока, которое могут обеспечить выходные цепи ИБП при условии их 100%-ой загрузки в кВА с нормированным коэффициентом мощности и при номинальном значении выходного напряжения
Выходное напряжение ИБП / UPS
Напряжение, обеспечиваемое выходными цепями ИБП для питания защищаемого оборудования. Обычно имеется возможность пользователю самостоятельно выбирать величину выходного напряжения из ряда – 220, 230, 240 Вольт
Гальваническая развязка
Схемотехническое решение при котором электрические цепи, не имеют замкнутой электрической связи между входом и выходом. Гальваническая развязка осуществляется трансформаторами, либо оптоэлектронными приборами
Генератор
Общее название устройства для генерирования электрического напряжения или тока, иликакой-либо другой энергии
Герц (Гц)
Дельта преобразование
Принцип дельта преобразования. Принцип такогого преобразования заключаются в том, что двойному преобразованию в ИБП / UPS подвергается не вся энергия, потребляемая от сети, а только ее часть (до 15%) необходимая для поддержания стабильного выходного напряжения (отсюда и такое название принципа), а это ведет к уменьшению потерь и естественно повышению КПД. Кроме этого значительно повышается входной коэффициент мощности ИБП
Децибел акустический (дБА)
Единица измерения уровня шума с наложенным на измеритель фильтром, учитывающим особенность восприятия шума слуховым аппаратом человека (нелинейность частотной характеристики уха). В дБА обычно измеряются шумовые характеристики ИБП / UPS
Диапазон входного напряжения ИБП / UPS
Верхний и нижний пороги входного напряжения, при которых ИБП переходит на питание от аккумуляторной батареи. Чем шире этот диапазон, тем меньше ИБП переходит на батарею, сохраняя ее емкость и, в конечном счете, срок службы
Диапазон частот ИБП / UPS
Допустимое отклонение входной или выходной частоты ИБП / UPS от номинального значения в установившемся состоянии
Дизель-генераторная установка (ДГУ)
Устройство, состоящее из двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора, применяемое для аварийного питания оборудования
Динамическая нестабильность выходного напряжения
ИБП / UPS — нестабильность значения выходного напряжения при скачкообразном изменении значения нагрузки на выходе ИБП (обычно данные приводятся при изменении мощности нагрузки от 0 до 100% и от 100% до 0). Чем ниже это значение, тем выше динамические характеристики ИБП
Дрейф частоты
Дрейф частоты это постепенное увеличение или уменьшение ее среднего значения при постоянной нагрузке
Ethernet
Один из наиболее распространенных типов ЛВС
Емкость аккумулятора
Способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Измеряется в Ампер-часах или Ватт-часах. В случае относительно быстрого разряда аккумулятора применяется более удобное понятие – мощность отдаваемая батареей при разряде до определенного порогового значения напряжения за определенный период времени
Инвертор ИБП / UPS
Индуктивность (L)
Любое устройство, в состав деталей которого входит железо, имеет некоторое количество магнитной инерции. Эта инерция препятствует любым изменениям тока. Характеристика контура, которая вызывает эту магнитную инерцию, известна под названием самоиндуктивность. Она измеряется в Генри и обозначается как L
Источник бесперебойного питания, ИБП, UPS
Устройство, поддерживающее заданное качество выходного напряжения при наличии неполадок во входном напряжении за счет использования энергии аккумуляторных батарей (пропадание, искажения формы, отклонения номинала и т.д.). ИБП с двойным преобразованием On-Line класса VFI-SS-111 обеспечивают защиту от любых неполадок питающей энергосети
Заземление (земля)
Выравнивание потенциалов металлических поверхностей оборудования с потенциалом земли (нулевым) для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, обеспечивается с помощью заземляющего проводника. Также служит для подавления синфазной помехи по фазному и нейтральному питающим проводникам. Правила выполнения заземления строго регламентируются в нормативной документации
Зарядное устройство ИБП / UPS
Часть ИБП, которая обеспечивает поддержание аккумуляторной батареи в заряженном состоянии. В современных ИБП зарядное устройство работает по сложному алгоритму, обеспечивающим максимальный срок эксплуатации аккумуляторной батареи ИБП, при условии рекомендованного диапазона температуры окружающей среды, и быстрый термокомпенсированный заряд
кВА (Кило-вольт-амперы)
Полная мощность оборудования, характеризует токи, например, текущие по проводам между ИБП и нагрузкой. ПО ПОЛНОЙ МОЩНОСТИ с необходимым запасом 10-20% выбирается мощность ИБП
кВт (Киловатты)
Активная мощность оборудования, характеризует мощность, потребляемую нагрузкой. Исходя из активной мощности, в сочетании с необходимым временем работы выбирается емкость внешней батареи ИБП
Коэффициент мощности
Короткое замыкание
Режим, при котором сопротивление нагрузки приближается к нулю. Ток в цепи в этом случае ограничивается выходным сопротивлением питающей сети и сопротивлением питающих проводников. В случае короткого замыкания на выходе ИБП ток ограничивается выходным инвертором ИБП или его выходным трансформатором. На практике токов короткого замыкания никогда не достигают, поскольку в цепях устанавливаются предохранители или автоматические размыкатели цепи
Коэффициент нелинейных искажений (КНИ или коэффициент несинусоидальности)
Определяет веса высших гармоник переменного напряжения по отношению к основной гармонике. Чем КНИ меньше, тем ближе форма напряжения к чистой синусоиде. Например: синусоидальная форма сигнала (КНИ=0), форма сигнала отлична от синусоидальной, но искажения не заметны на глаз (КНИ 5%), сигнал имеет трапецеидальную или ступенчатую форму (КНИ Москва 125130 2-ой Новоподмосковный пер., 4А