что такое гарантированное электропитание

11.12.202317.04.2022 admin 0 Comments

Что такое гарантированное электропитание

Система гарантированного электропитания (СГЭ) служит для обеспечения электроэнергией требуемого качества (ГОСТ 13109-87) потребителей I категории (ПУЭ гл.1.2.17), в случае исчезновения напряжения основной питающей сети.

Такую схему целесообразно использовать в случаях частого исчезновения напряжения основной питающей сети и отсутствии на объекте потребителей I категории особой группы, которым необходимо для нормального функционирования электропитание без разрыва синусоиды питающего напряжения.

Система гарантированного электроснабжения должна обеспечивать:

1.Питание поступает от внешней сети.

ДГУ находится в режиме ожидания контролируя напряжение входной сети. При этом питание потребителя осуществляется через ИБП. Источник бесперебойного питания преобразует входящее переменное напряжение сети в постоянное напряжение, заряжая при этом встроенную аккумуляторную батарею, и затем преобразует постоянное напряжение на аккумуляторной батареи в переменное напряжение питания потребителя.

2.Произошёл сбой, и питание не поступает из внешней сети.

Контроллер ДГУ определил что произошёл сбой во внешней сети, и питание не поступает в течение некоторого времени. Контроллер даёт команду на запуск ДГУ. При этом питание потребителя осуществляется через ИБП. Источник бесперебойного питания преобразует постоянное напряжение на аккумуляторной батареи в переменное напряжение питания потребителя.

3.Питание во внешней сети не появилось.

ДГУ вышла на установленные обороты, и дала команду на переключение АВР. АВР переключает нагрузку с внешней сети на ДГУ. При этом питание потребителя осуществляется через ИБП. Источник бесперебойного питания преобразует входящее переменное напряжение ДГУ, в постоянное напряжение, заряжая при этом встроенную аккумуляторную батарею, и затем преобразует постоянное напряжение на аккумуляторной батареи в переменное напряжение питания потребителя.

4.Восстановилось питание внешней сети.

Контроллер ДГУ определил, что произошло восстановление внешней сети, и питание поступает в течение некоторого времени. Контроллер даёт команду на переключение питания нагрузки с ДГУ на внешнюю сеть. При этом питание потребителя осуществляется через ИБП.

Источник бесперебойного питания преобразует входящее переменное напряжение сети в постоянное напряжение, заряжая при этом встроенную аккумуляторную батарею, и затем преобразует постоянное напряжение на аккумуляторной батареи в переменное напряжение питания потребителя. ДГУ отработав некоторое время без нагрузки глушится, при этом оставаясь в режиме ожидания отслеживая поступающее напряжение входящей сети.

Если же кратковременный сбой в питании нагрузки не приводит к потере незаконченного производственного цикла, не создаёт условий катастрофических последствий, и работа может быть продолжена с любой точки останова, то такой потребитель потребует только гарантированного питания. Примером такой нагрузки может служить освещение помещений, или же эл. двигатель механической мельницы.

Источник

Система гарантированного и бесперебойного электропитания

1. Введение

1.1. Необходимость в создании системы

Система гарантированного электропитания служит для обеспечения электроэнергией требуемого качества (ГОСТ 13109-87) потребителей I категории (ПУЭ гл.1.2.17), в случае исчезновения напряжения основной питающей сети.

Система бесперебойного электропитания служит для обеспечения электроэнергией требуемого качества (ГОСТ 13109-87) без разрыва синусоиды питающего напряжения потребителей I категории особой группы (ПУЭ гл.1.2.17).

2. Описание решения

2.1. Общие сведения

2.2. Структура решения

В зависимости от требований к электропитанию потребителей, используются разные варианты построения схем электропитания. Рассмотрим несколько вариантов.

2.2.1. Использование на объекте схемы гарантированного электропитания

2.2.2. Использование на объекте схемы бесперебойного питания

Такую схему целесообразно использовать в случаях нечастого и кратковременного исчезновения напряжения основной питающей сети и при наличии на объекте потребителей I категории особой группы.

2.2.3. Использование на объекте схемы бесперебойного и гарантированного питания совмещённо

Если на объекте в качестве резервного источника электропитания используется и дизель-генераторная установка, и источник бесперебойного электропитания, то такая схема называется схемой повышенной надёжности с использованием бесперебойного и гарантированного электропитания.

Во время запуска ДГУ, ИБП переходит на аккумуляторные батареи, и питание потребителей бесперебойного электропитания осуществляется от батарей ИБП столько времени, сколько необходимо для запуска дизель-генераторной установки. Таким образом, питание потребителей бесперебойного электропитания осуществляется без разрыва синусоиды питающего напряжения.

При восстановлении питающего напряжения внешней энергосети при переключении потребителей от ДГУ к внешней питающей сети, потребители гарантированного электропитания кратковременно остаются без напряжения. Таким образом, питание потребителей переходит в нормальный режим. Дизель-генераторная установка, после полного останова, переходит в дежурный режим.

Питание от ДГУ возможно в течение промежутка времени, определяемого запасом топлива в топливном баке ДГУ и удельным расходом топлива (величина этого параметра зависит от нагрузки), а также возможностью дозаправки ДГУ во время работы. Если энергоснабжение от основного ввода не восстановится до окончания ресурса топлива в штатном топливном баке, то блок автоматики ДГУ остановит дизель-генератор.

Такую схему целесообразно использовать для объектов, требующих повышенной надежности электропитания.

3. Создание системы бесперебойного и гарантированного электроснабжения на объекте

3.1. Необходимые условия для создания на объекте схемы гарантированного электропитания

3.2. Необходимые условия для создания на объекте схемы бесперебойного электропитания

3.3. Необходимые условия для создания на объекте схемы бесперебойного и гарантированного электропитания совмещённо

Источник

Бесперебойное электроснабжение торговых центров или Shopping Must Go On

Вечером 9 декабря 2019 года предпраздничный шопинг посетителей торгового центра Eaton Centre в Торонто был прерван неожиданным блэкаутом. Торговые галереи погрузились в темноту, и единственным источником света осталась рождественская елка — ее фото многие поспешили запостить в соцсети как совершенно мистическое явление. Впрочем, среди твитов были и такие, где мистику объяснили легко и просто: елка была подключена к источнику бесперебойного питания. Сегодня мы поговорим о том, на каких ИБП арендаторы могут организовать бесперебойное электроснабжение для своих площадей в торговых центрах. Ведь shopping must go on, не правда ли?

Гарантированное и бесперебойное электропитание

Но вначале скажем, почему в заставку статьи был вынесен случай блэкаута в ТЦ Eaton Centre в Торонто. Речь идет об однофамильцах, этот торговый центр не имеет никакой связи с производственной компанией Eaton. Просто Eaton (Итон) — довольно распространенная фамилия среди талантливых эмигрантов, прибывших в США с Британских островов на рубеже XIX и XX веков. Один из Итонов основал торговую компанию, а другой — инженерную. А теперь вернемся к основной теме.

Торговый центр — это довольно сложный объект в смысле обеспечения гарантированного и бесперебойного электроснабжения. Как известно, администрация любого ТЦ готова сдать свободные площади практически любым арендаторам, лишь бы их бизнес находится в легальном поле. Может доходить до того, что на месте закрывшегося магазина одежды внезапно появляется булочная с мощными электрическими духовками или рыбная лавка с промышленными холодильниками. Иными словами, нагрузка на электросеть может меняться часто и практически непредсказуемым образом.

В таких условиях важно различать гарантированное и бесперебойное электропитание.

Гарантированным называется тип электропитания, при котором, помимо централизованного электроснабжения, задействован резервный источник автономного электроснабжения (обычно это ДГУ, дизель-генераторная установка). Крупные ТЦ может обслуживать несколько ДГУ. При гарантированном электропитании перерыв в электроснабжении потребителей от централизованной электросети разрешается только на время автоматического включения резервного источника питания (ДГУ, газового электрогенератора).

Бесперебойное электропитание предполагает наличие третьего независимого источника питания в виде ИБП, который питает потребителей в течение времени, необходимого для запуска автономного генератора и его выхода на расчетную нагрузку. Для запуска мощных ДГУ обычно требуется до 3-х минут, в зимнее время для уверенного старта в них постоянно подогревается охлаждающая жидкость.

Упрощенная схема электроснабжения ТЦ. Источник: Грандмоторс

Как правило, электроснабжение ТЦ строится по классической схеме разделения арендаторов и внутренних служб ТЦ на различные категории потребителей.

Для рядовых арендаторов ТЦ — магазинов, кафе, спортивных залов, косметических кабинетов и т.п., обеспечение централизованным гарантированным или бесперебойным электропитанием может быть слишком дорогой опцией. В таких случаях экономически целесообразно использовать так называемую децентрализованную схему бесперебойного питания, о которой речь пойдет ниже.

Децентрализованная схема ИБП — преимущества и недостатки

Децентрализованные и централизованные схемы бесперебойного электропитания не являются взаимоисключающими. Эти две стратегии можно и нужно сочетать. Например, критические потребители (плюс те, кто специально заплатил) внутри ТЦ защищены большими промышленными ИБП, но в конкретном магазине, который не имеет гарантированного питания, могут быть локально использованы ИБП начального и среднего класса для обеспечения защиты кассовых аппаратов, сервера, принтера и иной техники.

Разберем плюсы и минусы децентрализованной схемы электроснабжения и вначале — о преимуществах использования локальных ИБП:

Вот когда лучше воспользоваться централизованным бесперебойным питанием:

Система бесперебойного и гарантированного электроснабжения (СБГЭ)

Оборудование систем бесперебойного и гарантированного электропитания

В условиях нестабильного электроснабжения часто имеет смысл подстраховаться и оградить себя от неприятных сюрпризов, которые могут преподнести централизованные электросети.

Например, нередко можно наблюдать, как напряжение в сети падает или скачет. Нагляднее всего это можно заметить, обратив внимание на то, как светится обычная лампа накаливания – если она мерцает или горит вполнакала, значит, в вашей электросети возникла проблема. Недостаточный уровень напряжения или его перепады могут вызвать сбои в работе чувствительного оборудования, потерю компьютерных данных и другие неприятные последствия.

Также возможны резкие повышения напряжения, которые чаще всего вызваны короткими замыканиями или попаданием разряда молнии в провода или подстанцию. Несмотря на принимаемые меры по защите от грозы, такие случаи время от времени случаются и кроме сбоев в работе могут повлечь выход оборудования из строя.

Кроме перечисленных нарушений работы сети возможно и полное исчезновение напряжения – кратковременное или довольно долгое. В итоге парализуется производство, перестают работать различные системы – связи, охранные, обеспечения жизнедеятельности и прочие.

Поэтому в ряде случаев требуется принимать дополнительные меры и устанавливать оборудование, которое позволит свести к минимуму негативные последствия отказов централизованной электросети.

Различают два вида таких систем – системы бесперебойного электропитания и системы гарантированного электропитания. Ниже рассмотрим, чем они отличаются.

Различия систем бесперебойного и гарантированного электроснабжения

Система бесперебойного электроснабжения чаще всего подразумевает наличие источников бесперебойного питания (ИБП), которые при необходимости переключают запитанное от них оборудование на работу от аккумулятора. В штатном режиме работы электросети батареи ИБП заряжаются. Также ИБП оснащены сетевыми фильтрами, которые помогают отсекать высокочастотные помехи в электросети, перепады напряжения и прочее.

Такая мера эффективна, если у вас в сети наблюдаются кратковременные отключения или перепады напряжения – с такими неприятностями ИБП вполне эффективно справляются. Однако для того, чтобы поддерживать работу аппаратуры или оргтехники при длительном отключении, ресурсов бесперебойников недостаточно. Всё, что они смогут сделать в аварийной ситуации – дадут пользователям несколько минут на то, чтобы штатно выключить оргтехнику и сохранить необходимые данные.

Проектирование и установка бесперебойного питания оправданы в том случае, если часто наблюдаются выключения электричества, и на вашем объекте имеются потребители, для которых критичным считается бесперебойность и высокое качество электроснабжения.

При таких условиях убытки от сбоев в деятельности электросети могут оказаться столь значительными, что многократно превысят стоимость закупки и установки специального оборудования, также следует озаботиться установкой такой схемы подключения на стратегических объектах или же в том случае, когда отключение напряжения может повлечь человеческие жертвы.

Цель создания СГЭ и требования к ней

Итак, с целью создания на каком-либо объекте системы гарантированного электропитания всё ясно – такая система должна гарантировать стабильное высококачественное электроснабжение для ответственных потребителей энергии при некорректной работе централизованных электросетей. Результатом создания на объекте подобной системы является обеспечение нормальной работы оборудования при аварийной работе центрального электроснабжения.

При оснащении объекта системами гарантированного электропитания выделяют основные группы особо ответственных потребителей энергии, которые нуждаются в подсоединении к защищённой электросети.

Прежде всего, сюда относят сетевое оборудование, из которого состоит локальная компьютерная сеть – сервера, роутеры, персональные компьютеры и т.д. Также нуждается в безопасном подключении оборудование связи (в частности, АТС), системы обеспечения жизнедеятельности (вентиляция и системы кондиционирования), различное медицинское оборудование, от которого зависит здоровье и жизнь пациентов.

Охранные системы и системы безопасности (видеонаблюдение, охранная и пожарная сигнализация, система аварийного освещения и пожаротушения и прочие), тоже вполне оправдывают подключение к защищённой сети электропитания, так как последствия отказа таких систем могут быть довольно серьёзными.

Что касается требований, которые предъявляются к работе систем гарантированного электроснабжения, главными тут являются стабильное и бесперебойное электропитание всех запитанных от системы потребителей, максимальная защита от перепадов напряжения и высокая точность параметров выходного тока в плане соответствия существующим стандартам.

Также при проектировании и создании системы гарантированного электропитания важно учитывать удобство и эффективность пользования, для чего современные СГЭ имеют высокую степень автоматизации работы.

Так, необходимым условием для такой системы является оперативное реагирование на причуды электросети и автоматический перевод потребителей на работу от защищённой сети. При нормализации параметров центрального электроснабжения система также автоматически отключается.

Кроме того, важным является возможность удалённого администрирования системы в случае необходимости и наличия в ней средств информирования администратора о возникших проблемах.

Структура и принцип действия СГЭ

Поскольку каждый объект имеет свои особенности, конфигурация системы гарантированного электропитания в каждом случае разрабатывается под конкретные условия.

Однако, несмотря на то, что достаточно часто при разработке СГЭ приходится прибегать к нестандартным решениям, схематично такие системы обычно выглядят похожими.

Основными блоками системы, прежде всего, являются автономный источник энергии (обычно это дизель-генератор), один или несколько источников бесперебойного питания (ИБП), а также электропитающие установки постоянного тока. Также подобное безопасное и надёжное решение подразумевает использование средств контроля системы и её управления и специального программного обеспечения.

При нормальной работе централизованной сети питания дизель-генераторная установка пребывает в режиме ожидания, а электроснабжение подключенного оборудования производится через бесперебойники. Сами ИБП в этой ситуации также заряжают свои батареи, выполняя роль сетевого фильтра.

При возникновении в электрической сети сбоя контроллер системы запускает дизель-генератор, пока это происходит, работа подключенного оборудования осуществляется от ИБП. После того, как ДГУ вышла на заданные обороты, нагрузка переключается на неё, аккумуляторы ИБП при этом вновь подзаряжаются от дизеля.

После того, как проблемы работы централизованной электросети устранены, контроллер переключает оборудование с питания от ДГУ на внешнюю сеть. Во время этого процесса питание потребителей также производится от ИБП. Глушение дизельного двигателя установки тоже производится автоматически, после того, как оборудование перешло на штатное электропитание.

Время автономной работы потребителей от системы гарантированного электропитания зависит ресурса работы ДГУ (объём топлива в баке и его расход) и ёмкости батарей ИБП. Если ресурс топлива почти исчерпан, а централизованное электропитание не восстановилось, оператор должен принять решение о завершении работы потребителей или продолжать её до полного истощения ресурсов ДГУ и источника бесперебойного питания.

Электропитание без перебоев

С увеличением зависимости бизнеса от ИТ и повышением требований информационных систем к электропитанию необходимость в системах бесперебойного питания становится все очевиднее.

Для защиты ИТ-оборудования от перебоев в электросети и некачественного электропитания широко применяются источники бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply, UPS) — ИБП. Это дополнительное оборудование, предназначенное для электропитания ИТ-систем или других устройств при кратковременном (до нескольких десятков минут) отключении основного электропитания, а также для защиты от помех и бросков в электросети и поддержания параметров питания в допустимых пределах. То есть ИБП также могут использоваться для улучшения качества электропитания.

По конструктивному исполнению ИБП можно разделить на настольные, напольные и стоечные (19″). Основное назначение любого ИБП — защита нагрузки от возможных проблем в цепях электропитания. По статистике, каждый ПК ежемесячно подвергается воздействию около 120 нештатных ситуаций, связанных с проблемами электропитания. В их числе:

Всплески напряжения	Повышения напряжения более чем на 10% в течение более 20 мс.
Высоковольтные броски питания	Кратковременные импульсы напряжением до 6000 В и длительностью до 10 мс.
Провалы питания	Кратковременное снижение напряжения до уровня менее 80-85% от номинального.
Высокочастотные помехи	Помехи электромагнитного или другого происхождения.
Выбег частоты	Уход частоты на величину более 3 Гц от номинала (50 Гц).
Подсадка напряжения	Падение напряжения в сети на длительное время.
Пропадание напряжения	Отсутствие напряжения в электросети в течение более 40 мс.

Таким образом, ИБП сглаживают небольшие и кpатковpеменные броски питания, фильтpуют питающее напpяжение, но их главная задача — питать нагpузку в течение некотоpого вpемени после пpопадания напpяжения в сети. Многие модели с помощью пpогpаммного обеспечения могут автоматически завершать работу ИТ-оборудования пpи пpодолжительном отсутствии напpяжения в питающей сети, а также пеpезапускать его пpи восстановлении сетевого питания или по таймеру. Некоторые ИБП предусматривают функции монитоpинга и записи параметров источника питания (таких как темпеpатуpа, уpовень заpяда батаpей и дpугие показатели), отобpажение параметров напpяжения и частоты тока, выходного напpяжения и мощности, пpедупpеждение об аварийных ситуациях и пр. При пропадании напряжения в электросети любые ИБП переключают нагрузку на питание от батареи, но есть важные отличия.

Батареи: альтернатива свинцово-кислотным аккумуляторам

Сегодня 95% всех источников бесперебойного питания производятся с использованием свинцово-кислотных батарей в качестве источника постоянного тока.

Тем временем некоторые вендоры уже объявили о начале перевода нескольких моделей устройств бесперебойного питания со свинцово-кислотных аккумуляторов на литий-ионные. Их начальная стоимость пока что выше свинцово-кислотных, однако за последние несколько лет разрыв в ценах существенно сократился.

По данным Schneider Electric, в зависимости от сферы применения литий-ионных аккумуляторов в общей стоимости владения в течение срока их службы можно добиться экономии в 10-40% по сравнению с традиционными аккумуляторами.

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) накапливают гораздо больше энергии в меньшем объеме. Так, в сравнении со свинцово-кислотными аккумуляторами с клапанным регулированием (VRLA) равной мощности они занимают втрое меньше места. А благодаря длительному сроку службы существенно сокращаются объемы работ и расходов по их замене.

Между тем подавляющее большинство ИБП по-прежнему комплектуется свинцово-кислотными батареями, известными своей надежностью, высоким качеством и оптимальными ценовыми характеристиками.

Классы ИБП

По принципу действия ИБП делятся на три основных класса: резервные ИБП (off-line), линейно-интерактивные (line-interactive) и ИБП с двойным преобразованием (on-line). Тип ИБП определяется соотношением параметров на входе и выходе устройства. У первых частота и напряжение на выходе определяются частотой и напряжением на входе; вторые стабилизируют напряжение на выходе при совпадении частот, а ИБП с двойным преобразованием преобразуют переменное напряжение в постоянное и вновь генерируют на выходе переменное (синусоидальное) напряжение, характеристики которого не зависят от параметров на входе ИБП.

В резервных (или пассивных) ИБП нагрузка питается напрямую от электросети, как правило, через помехоподавляющий фильтр. При отказе электросети нагрузка переключается на резервное питание от инвертора, питающегося от батарей. Такие ИБП просты и недороги, имеют высокий КПД, но не стабилизируют напряжение и частоту электросети, а переключение на питание от батарей происходит за несколько миллисекунд. Их мощность обычно невелика — от 220 до 2000 ВА.

Резервные ИБП:

Достоинства

Недостатки

— Компактность, малый вес, экономичность, относительная дешевизна.

— Отсутствует стабилизация выходного напряжения;

— Неполная фильтрация сетевого напряжения от помех и выбросов; помехи, генерируемые нагрузкой пропускаются обратно в сеть;

— Скачкообразное изменение напряжения, частоты и формы выходного напряжения при переходе на питание от батареи (время переключения >5 мс);

— Прямоугольная форма выходного напряжения вместо синусоидальной.

Типовая область применения резервных ИБП — защита ПК или вспомогательного оборудования, где значимость хранимой информации или выполняемых операций сравнительно невелика. Эта топология не подходит в случае частых отключений или при некачественном электропитании.
Схема работы простейшего резервного ИБП показана ниже.

ИБП резервного типа: нормальный режим работы (rectifier — выпрямитель, inverter — инвертор, SPD — фильтр питания, bypass — байпас).

Для защиты более важного оборудования, например, серверов начального уровня, сетевого и телекоммуникационного оборудования, лучше использовать линейно-интерактивные ИБП. Они обеспечивают стабилизацию напряжения питания в заданном диапазоне и снижают влияние переходных процессов на работоспособность защищаемого оборудования.

Линейно-интерактивные ИБП поддерживают параметры питающего напряжения и синхронно переключают нагрузку на инвертор при его пропадании. В них инвертор включен параллельно электросети, он регулирует и стабилизирует выходное напряжение, одновременно заряжая батареи. Иногда ИБП дополняют автотрансформаторами, что позволяет расширить диапазон регулирования напряжения без перехода на батарею.

Преимущества данной технологии — стабилизация напряжения, меньшее время переключения на батареи и хорошо аппроксимированная синусоидальная форма напряжения на выходе ИБП. Существуют и более дешевые разновидности линейно-интерактивных ИБП со «ступенчатой» синусоидой.

Линейно-интерактивный ИБП: нормальная работа.

Линейно-интерактивный ИБП: аварийный режим.

Линейно-интерактивные ИБП:

Достоинства

Недостатки

— Компактность, экономичность;

— Ступенчатая стабилизация входного напряжения;

— Почти синусоидальная форма выходного напряжения;

— Они дороже, чем резервные;

— Отсутствие реальной изоляции нагрузки от сети распределения питания;

— Отсутствие регулировки и стабилизации входной частоты;

— Сравнительно слабая стабилизация выходного напряжения, особенно при переходных процессах или в случае пошагового изменения нагрузки;

— Низкая эффективность при питании нелинейных нагрузок.

Линейно-интерактивные ИБП можно использовать для защиты профессиональных рабочих станций, серверов среднего уровня, коммутаторов, маршрутизаторов и другого сетевого оборудования, но они не подходят для защиты сложного и дорогостоящего оборудования, чувствительного к электромагнитным помехам, колебаниям напряжения питания и нестабильности частоты питания, например, медицинского.

Линейно-интерактивные ИБП не годятся и для защиты непрерывных технологических процессов, а также для построения централизованных систем гарантированного электропитания, где важно обеспечить полную независимость электрических параметров на выходе ИБП от параметров на входе.

Разновидность линейно-интерактивных систем — ИБП с дельта-преобразованием напряжения. Благодаря усовершенствованной обратной связи напряжение на нагрузке у них регулируется плавно, а не ступенчато, обеспечивается стабилизация частоты выходного напряжения.

ИБП с дельта-преобразованием в штатном и автономном режимах.

Главное достоинство ИБП с дельта-преобразованием — высокий КПД. Однако достигается он, когда параметры напряжения сети соответствуют номинальным значениям, входной импеданс нагрузки имеет только активную составляющую, а сам ИБП нагружен на полную мощность. В противном случае повышается нагрузка на основной и дельта-инвертор, или снижается эффективность использования входного трансформатора, что ухудшает КПД. К тому же эффекту приводит расширение диапазона входных напряжений для нормального режима работы. В итоге, имея преимущество по КПД (2-3%) в идеальных условиях, ИБП с дельта-преобразованием проигрывают линейно-интерактивным в условиях реальных.

ИБП с дельта-преобразованием:

Достоинства

Недостатки

— Высокий КПД (при идеальных параметрах входного напряжения);

— Высокий коэффициент мощности по входу (не требуется применение корректирующих фильтров).

— Повышенная сложность из-за применения двунаправленных инверторов и, соответственно, меньшая надежность;

— Меньшая степень защиты нагрузки в нормальном режиме работы от резких изменений входного напряжения вследствие инерционности схемы обратной связи;

— Отсутствие защиты нагрузки в нормальном режиме работы от отклонений частоты входного напряжения;

— Отсутствие встроенной гальванической развязки между входом и выходом.

Линейно-интерактивный ИБП APC BR1000G дает на выходе не совсем чистую синусоиду, но такой аппроксимации достаточно для большинства устройств.

Самый технически совершенный класс источников бесперебойного питания — системы с двойным преобразованием — гарантируют выходные электрические характеристики, близкие к идеальным, как по напряжению, так и по частоте. За это приходится платить усложнением и удорожанием конструкции.

Системы с двойным преобразованием обеспечивают очень малое время переключения на работу от батарей и имеют высокие выходные электрические характеристики. Такие ИБП подходят для критически важных приложений, защиты мощных серверов и кластеров, телекоммуникационного оборудования и локальных сетей. Они имеют высокий КПД в режиме двойного преобразования (95-96%) и синусоидальную форму выходного напряжения.

На российском рынке присутствует более двух десятков моделей ИБП с двойным преобразованием. Примерно половина этих устройств предназначена для монтажа в стойку. Технология двойного преобразования позволяет гарантировать максимальную защиту от перебоев в электросети.

В таких ИБП входное переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем инвертором — обратно в переменное. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП питает нагрузку чистым синусоидальным стабилизированным напряжением. Инвертор включен последовательно с основным источником электроснабжения и всегда находится во включенном состоянии. При пропадании входного напряжения он переходит на питание от батарей.

В обычном режиме при питании от сети электроэнергия поступает через выпрямитель и инвертор, одновременно подзаряжая батареи. В случае пропадания или сбоя питания на входе ИБП инвертер запитывается от аккумуляторных батарей. Переключение происходит без использования статического переключателя, поэтому переход на работу от батарей мгновенен. Статический ключ в данной схеме используется только для перехода на режим автоматического байпаса для питания нагрузки в случае существенного сбоя в работе ИБП.

ИБП с двойным преобразованием отличает надежная защита нагрузки по электропитанию.

ИБП с двойным преобразованием: аварийный режим, питание от батареи.

В ИБП с двойным преобразованием поддерживается точная регулировка напряжения и частоты на выходе ИБП, бесперебойно осуществляется переход в байпас. Ручной байпас можно использовать для обслуживания и «горячей» замены батарей и самого ИБП.

Такие ИБП отличают постоянная стабилизация напряжения и частоты, непрерывность фазы выходного напряжения, отсутствие влияние нагрузки на сеть, полная фильтрация питания. Но есть и отрицательные стороны — сложность конструкции и высокая цена, относительно невысокий КПД. Диапазон мощностей выпускаемых устройств очень широк — от 600 ВА до нескольких сотен кВА.

ИБП с двойным преобразованием:

Достоинства

Недостатки

— Максимальная фильтрация сетевого напряжения от помех и выбросов; помехи, генерируемые нагрузкой, не пропускаются обратно в сеть;

— Питание нагрузки «чистым» синусоидальным электропитанием, стабилизированным по величине, частоте и форме напряжения, при работе от сети и от батарей;

— Переключение на батареи происходит мгновенно, при этом любые переходные процессы отсутствуют.

— Относительная сложность и более высокая стоимость;

— Дополнительные энергозатраты на двойное преобразование напряжения, снижающие КПД;

— Невысокий коэффициент мощности по входу (для его повышения требуется дополнительный элемент — THD-фильтр).

Краткое сравнение ИБП разных классов

	Резервные	Линейно-интерактивные	С двойным преобразованием
Мощность ИБП	менее 1,5 кВА	менее 4 кВА	не ограничена
Режим работы от сети
Стабилизация напряжения	нет	ступенчатая	полная
Стабилизация частоты	нет	Нет	есть
Фильтрация помех	слабая	средняя	максимальная
Батарейный режим
Частота переходов	частая	средняя	редкая
Время перехода на батареи	5-15 мс	2-6 мс	нет
Форма синусоиды	часто трапецеидальная	синусоидальная	синусоидальная
режим «байпас»	нет	нет	есть
гальваническая развязка	Нет	нет	возможна

Между тем отрасль давно нуждалась в более точной классификации ИБП. Согласно стандарту IEC 32040, введены три буквенных обозначения: VFI, VI и VFD.

Второй символ характеризует колебания выходного напряжения при 100% изменении линейной нагрузки. Тестирование проводится в нормальном и автономном режимах, выбирается наихудший показатель. Третий символ характеризует колебания выходного напряжения при 100% изменении нелинейной нагрузки. Конечно, ИБП имеют и другие характеристики, и их немало.

Характеристики ИБП

Перечислим кратко главные характеристики ИБП^

Диапазон изменения входного напряжения, при котором ИБП не переключаются на батареи.	Чем он больше, тем меньше количество переходов на батарею, что увеличивает срок ее службы. Это особенно актуально для электросетей в российских регионах, где нередки «просадки» напряжения.
Изменение выходного напряжения при изменении входного.	ИБП должен обеспечивать выходное напряжение для нормальной работы оборудование. Выход за допустимый диапазон может вызвать сбои в работе оборудования или даже вывести его из строя.
Параметры выходного напряжения при работе от батареи.	Эти параметры определяют качество питания, обеспечиваемое ИБП.
Процесс переключения ИБП на батарею и обратно.	Для защищаемого оборудования все переходные процессы должны быть «незаметны», выполняться быстро и корректно.
Поведение ИБП при перегрузке.	При перегрузке в режиме работы от батарей ИБП выключается, то есть при пропадании напряжения в сети оборудование будет обесточено. Некоторые ИБП обеспечивают индикацию (в том числе звуковую) перегрузки и/или защиту от перегрузки.
Наличие «холодного» старта.	Возможность включить ИБП при отсутствии напряжения в сети может пригодиться, например, если во время длительного пропадания питания нужно на короткое время включить компьютер, или требуется протестировать систему.
Стабилизация частоты питания.	Некоторые виды оборудования требуют стабильной частоты питающего напряжения.
Поддержка программного обеспечения и наличие интерфейса для подключения к ПК.	«Интеллектуальные» ИБП поддерживают программируемое отключение наименее критичных нагрузок в моменты перегрузки. Многие современные ИБП поставляются также со специальными программами, позволяющими сохранять файлы статистики работы устройства.
Выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах (ВА) или ваттах (Вт).	Мощность считается одной из основных характеристик. Если суммарная мощность нагрузки будет превышать мощность ИБП, то это может привести к выходу последнего из строя, или постоянным перезагрузкам. Нужно знать, какую мощность потребляет ПК и все подключаемые к нему устройства. Активная мощность ИБП должна быть как минимум на 10-15% больше суммы мощностей блока питания ПК и монитора.
Время автономной работы при питании нагрузки.	Оно определяется емкостью батарей и мощностью подключенного к ИБП оборудования. У большинства офисных ИБП равняется 4-15 минутам.
Срок службы аккумуляторных батарей.	Обычно свинцовые аккумуляторные батареи значительно теряют свою емкость уже через 3-4 года. Срок их эксплуатации зависит от цепи зарядки батареи. В современных ИБП применяются технические решения, продлевающие жизнь батареи и допускающие ее замену. Появляются ИБП малой мощности с десятилетними аккумуляторными батареями емкостью 9–18 А*ч (которые в реальности работают пять-семь лет) вместо пятилетних (которые реально служат три года).
Количество разъемов питания (розеток).	Нужно подсчитать, сколько устройств требуют защиты по питанию. Наряду с разъемами бесперебойного питания в ИБП часто имеются дополнительные розетки просто с защитой от скачков напряжения. Учитывайте тип розеток — евро (CEE 7/4) или компьютерные (C-13 или C-14).
Индикация режима работы.	ИБП способны не только подавать звуковые сигналы в случае переключения режима, но и выдавать информацию с помощью светодиодов или выводить ее на ЖК-экран, где могут отображаться до 20 различных состояний, а также дополняются средствами управления (например, через SNMP). Некоторые модели способны информировать о необходимости замены батареи.
Форма напряжения на выходе.	Форма выходного напряжения может быть синусоидальной или аппроксимированной. Блоки питания ПК с активным PFC «плохо дружат» с ИБП, у которых ступенчатая аппроксимация синусоиды. С другой стороны, инвертор синусоидального сигнала более сложен, имеет более низкий КПД.
AVR	ИБП с хорошей работой автоматического регулятора напряжения (AVR) нужны тем, у кого напряжение в сети нестабильно.
Фильтр питания.	Правильный фильтр питания состоит из четырех конденсаторов и двух дросселей, в фильтре попроще дроссели заменяются на резистор или специальные перемычки. В некоторых ИБП нет фильтра — они снабжаются только варисторным ограничителем. Хотя для современной техники фильтр не является необходимостью, если его нет, то стоит внимательнее присмотреться выбираемой модели. Возможно, производитель экономит не только на фильтре.
Акустический шум.	Все ИБП издают шум при работе от батареи, но некоторые еще и при зарядке батарей. В общем случае лучше выбрать ИБП без вентилятора, если он не будет устанавливаться в серверной комнате.
Зарядка батареи.	Зарядная схема ИБП должна обеспечить оптимально быструю зарядку батареи до нужного напряжения. Однако слишком быстрая зарядка, как и зарядка до повышенного напряжения приводит к преждевременному износу батареи, а медленная не обеспечивает своевременной повторной готовности ИБП.

Некоторые блоки питания ПК используют функцию активной коррекции коэффициента мощности (PFC) и не всегда корректно работают с приближенной, не «чистой» синусоидой питания. Это может приводить к периодической перезагрузке системы.

Мощность ИБП может указываться в вольт-амперах (ВА) или в ваттах (Вт). ВА представляет максимальную теоретическую мощность на выходе ИБП, однако доступная мощность в Вт меньше — 60% от номинала в ВА. То есть ИБП на 1000 ВА соответствует ИБП на 600 Вт.

Не стоит перегружать ИБП. Например, для защиты нагрузки в 300 Вт лучше применять ИБП на 400-600 Вт. Такой вариант надежнее и обеспечивает большее время автономной работы. Учтите также, что емкость батареи со временем падает. И не подключайте к ИБП оборудование с пиковым потреблением мощности, способное вызвать перегрузку источника питания, такое как лазерные принтеры. Некоторые ИБП имеют защиту от перегрузки.

Задача электропитания при длительном отсутствии напряжения обычно решается с помощью установки бензиновых или дизельных генераторов. Но зачастую шум, выхлопные газы, необходимость периодического обслуживания, а также высокие требования к качеству электропитания делают использование генератора неприемлемым. В таких случаях рекомендуется применение специализированных ИБП с внешним батарейным комплектом большой емкости.

Под защитой ИБП

Перебои в работе информационных систем нередко ведут к большим финансовым убыткам, поэтому приходится принимать во внимание угрозу некачественного электроснабжения, возможные перебои и даже долговременное отключение электропитания.

В мире более 40% проданных систем бесперебойного питания используется для защиты серверов, систем хранения данных, сетевого оборудования. Около 60% потребления ИБП приходится на локальные сети, телекоммуникации и ЦОД, значительное количество применяется в промышленности, поскольку многие производственные процессы требуют качественного энергообеспечения.

Около четверти мировых продаж ИБП приходится на устройства мощностью менее 1 кВА, и примерно половина продаж — на устройства мощностью до 5 кВА. Обычно их используют для защиты ПК и серверов начального уровня. В России свои ПК с помощью ИБП защищают не более 15% пользователей — большинство довольствуются сетевым фильтром.

Увеличение популярности ноутбуков также спросу на ИБП не способствует, однако серверы любого класса и сетевое оборудование, учрежденческие АТС все же нуждаются в подобной защите.

В отличие от мощных ИБП (свыше 20 кВА), жизненный цикл которых достигает 20 лет, маломощные источники питания рассчитаны на пятилетний срок службы, однако сменный блок аккумуляторов (самой недолговечной части устройства) позволяет продлить их эксплуатацию.

В небольших офисах обычно используются резервные или линейно-интерактивные ИБП. Последние относительно недороги, обладают приемлемой функциональностью и достаточным классом защиты. Более половины производителей выпускают ИБП малой и даже средней мощности в Юго-Восточной Азии по OEM-контрактам.

Для недорогих «простых» ИБП тенденцией развития стало приближение их по функциональности и эффективности (таким как ремонтный байпас для «горячей» замены или ремонта оборудования, управляемые розетки и расширенная комплектация) к «большим» ИБП.

При выборе ИБП нужно учитывать сроки гарантии на само устройство и его компоненты, например, аккумуляторы. Отдавайте предпочтение известным производителям, которые специализируются на изготовлении подобного оборудования. Определитесь с максимальным количеством и типом розеток для подключаемых устройств. В тех случаях, когда помимо периодического отключения электричества существуют проблемы параметрами электропитания, необходимо устанавливать линейно-интерактивные устройства.

В общем случае не следует гнаться за временем работы от АКБ, оно составляет обычно до 5 минут при 100% нагрузке. Лучше выбрать модель с дополнительными батарейными модулями или купить генератор. Это дешевле, чем тратится на герметичные необслуживаемые АКБ.

Источники бесперебойного питания берегут компьютерную технику от сбоев в электрической сети. Хороший ИБП надежно защитит электронные устройства от перегрузок, позволит сохранить все данные и корректно завершить работу системы при аварии в электросети. Лучше не экономить на цене устройства, и купить как минимум линейно-интерактивный ИБП, а для защиты критичных систем использовать ИБП с двойным преобразованием.

ИБП в ЦОД

Перебои в работе ЦОД наносят серьезный урон их клиентам и имиджу самих компаний. Поэтому владельцам важно находить эффективные решения для повышения надежности электропитания своих дата-центров. Мировые производители систем бесперебойного питания для дата-центров предлагают свои варианты реализации ИБП.

Какие основные требования предъявляются к «ИБП для ЦОД»? Это высокая надежность (с учетом времени восстановления системы, т.е. важен не параметр MTBF, а коэффициент готовности); высокий КПД при неполной нагрузке (50-80%), что непосредственно отражается на тепловыделении и экономичности оборудования; поддержку параллельной работы с наращиванием мощности или повышением степени резервирования; масштабируемость; высокий входной и выходной коэффициент мощности и малый коэффициент гармонических искажений входного тока, что особенно важно при организации резервного питания от ДГУ.

Другие важные факторы — компактность систем, поддержка параллельной работы, низкое тепловыделение, интеллектуальная система управления зарядом АКБ, простое техническое обслуживание и поддержка, усовершенствованные возможности выключения серверов (есть версии ПО, позволяющие осуществлять корректное завершение работы виртуальных машин), средства управления/мониторинга, в том числе дистанционного, возможность простого и интуитивно понятного переключения на внешний байпас с защитой от неверных действий персонала, хорошая поддержка со стороны производителя оборудования.

При отсутствии системы резервного электропитания от ДГУ увеличить время автономной работы можно за счет внешних аккумуляторных шкафов. В числе обязательных функций ИБП старшего класса — интеллектуальные системы управления зарядом АКБ, средства оповещения оборудования о низком заряде аккумуляторных батарей. Применение в ЦОД энергоэффективных ИБП помогает снизить потребление электроэнергии, при этом мощность и надежность источников бесперебойного питания остаются неизменными.

ИБП с двойным преобразованием обеспечивают наивысшую степень защиты от различных сбоев в электросети, так как ИТ-системы полностью ограждены от воздействия электросети и запитываются от ИБП напрямую. При использовании такого ИБП оборудование защищено от проблем, связанных с перепадами напряжения, исчезновения питания и другими возможными сбоями электросети. По этой причине ИБП с двойным преобразованием используются для обеспечения питания серверов, чувствительного к состоянию сети оборудования и других критичных устройств, от которых зависит функционирование ЦОД. Кроме того, ИБП с двойным преобразованием имеют большой арсенал функций, а также гибкие возможности масштабируемости.

FSP Group уже некоторое время назад уловила тренды растущего рынка ЦОД и начала выпуск специализированного оборудования, которое призвано снабдить провайдеров телеком-услуг необходимыми источниками энергии. Источники бесперебойного питания с двойным преобразованием серии CUSTOS 9X компании FSP перекрывают диапазон мощностей от 1K до 10K.

ИБП с двойным преобразованием FSP Custos 9X+ 10K.

Например, ИБП Custos 9X+ 10K имеет следующие особенности конструкции:

ИБП с двойным преобразователем напряжения серии FSP Custos 9X+ могут быть использованы в комплекте с дополнительными батарейными блоками, есть возможность горячей замены источников питания.

Именно эти ИБП применяет для обеспечения бесперебойной работы оборудования в своем ЦОД хостинг-провайдер RUVDS. Его система бесперебойного гарантированного электропитания построена по классической схеме. Энергоснабжение ЦОД обеспечивают две подстанции, которые питают дата-центр по двум независимым линиям. На объекте установлен комплекс ИБП и ДГУ (схема резервирования — N+1).

Каждый физический сервер подключен к источнику бесперебойного питания. Если эти составляющие вдруг не справятся, то в работу включатся дизель-генераторы, которые обеспечат дата-центр электричеством до решения проблем с подстанцией. Это важная составляющая высокой надежности VPS-хостинга.

Источник

Онлайн портал info.epubbooks.ru

что такое гарантированное электропитание

Что такое гарантированное электропитание

Система гарантированного и бесперебойного электропитания