Что такое ИБП и какие они бывают?
Источник бесперебойного питания (или UPS) – это устройство резервирования электроэнергии, обеспечивающее непрерывность электроснабжения при отключении сетевого напряжения.
Согласно Международному стандарту IEC 62040-3 «Системы бесперебойного энергоснабжения (UPS)» устройства имеют следующую классификацию по схеме построения:
- резервные (off-line или standby);
- линейно-интерактивные (line-interactive);
- двойного преобразования (on-line).
В зависимости от рабочего напряжения нагрузки, бесперебойники бывают однофазными (для питания однофазных нагрузок) и трехфазными (для питания трехфазных и однофазных нагрузок в трехфазных групповых сетях).
К важным параметрам источника питания относится его конструктивное исполнение:
- приборы небольшой мощности выпускаются в настенном, моноблочном напольном (башенном) исполнении, а также имеют унифицированные размеры для размещения в 19-дюймовых стойках и шкафах;
- модели средней и большой мощности выпускаются в моноблочном напольном или шкафном конструктиве, а также в исполнении для размещения в стандартные 19-дюймовые стойки и шкафы.
Из чего состоит бесперебойник?
Каждая модель, вне зависимости от схемы построения, состоит из блока управления, аккумуляторных батарей, зарядного устройства и инвертора. Разберем эти элементы подробнее.
| Элементы | Описание |
| Аккумуляторные батареи | Накапливают электроэнергию для электропитания подключенных приборов при переходе устройства в автономный режим. В целях увеличения времени автономии UPS могут комплектоваться дополнительными внешними АБ. |
|---|---|
| Электронный блок управления | Обеспечивает автоматическую работу ИБП и АБ. Позволяет выполнять необходимые настройки устройства. |
| Зарядное устройство | Заряжает аккумулятор. |
| Инвертор | Формирует выходной сигнал питания нагрузки, инвертируя постоянное напряжение в переменное. |
В зависимости от типа и функциональных возможностей модели, в состав бесперебойника могут входить и другие элементы. Разберем их подробнее.
| Дополнительные элементы | Описание |
| Выпрямитель | Преобразует переменное напряжение сети в постоянное, есть только в моделях топологии онлайн. |
|---|---|
| Байпасный блок | Реализует ручное или автоматическое переключение питания нагрузки на сеть в обход схемы прибора при соответствии параметров сети норме и возникновении перегрузок. |
| Бустер | Автотрансформатор с отпайками переключаемых секций обмоток для коррекции (увеличения или уменьшения) входного напряжения. Есть только в моделях линейно-интерактивного типа. |
| Фильтры | Сглаживают ВЧ-помехи и всплески сети, искажения формы выходного сигнала при работе линейно-интерактивных и резервных устройств в автономном режиме. |
| Гальваническая развязка | Разделительный трансформатор, устанавливаемый во входной цепи. Обеспечивает отсутствие электрической связи между входом и выходом для улучшения помехоустойчивости. |
| Платы расширения интерфейсов | Обеспечивают локальный/удаленный мониторинг работы бесперебойника по следующим интерфейсам: RS-232, RS-485, USB и mini-USB, Ethernet, «сухие» контакты. Контроль выполняется через веб-интерфейс или специальное ПО. |
Назначение и дополнительные функции ИБП
Основной функцией устройств является бесперебойное электропитание подключенных электроприборов при перебоях в подаче электроэнергии или недопустимых отклонениях её параметров (напряжения и частоты) от нормальных значений.
Однако функционал ИБП сегодня не ограничивается переключением питания подключенных электроприборов на работу от АБ при кратковременных отключениях электричества в сети. Дополнительными возможностями современных устройств являются:
- стабилизация напряжения (в моделях двойного преобразования и линейно-интерактивного типа);
- фильтрация частотных и импульсных помех;
- «холодный старт» (запуск без подключения к электросети, за счёт энергии аккумуляторных батарей);
- световая и звуковая индикация состояний системы питания (отображение значений напряжения и частоты, потребляемой мощности нагрузки и т. д.);
- таймер отключения/включения нагрузки в заданное время;
- синхронизация с ПК для удаленного мониторинга и управления.
Отдельно стоит сказать о защите от сетевых помех и перенапряжений, а также защите локальной сети.
Для защиты от от сетевых помех на входе ИБП обычно устанавливается сглаживающий фильтр ВЧ-помех – пассивный многозвенный RC- или LC-фильтр.
Для защиты от высоковольтных импульсов используется варисторный блок, включенный параллельно цепи питания на входе. Также для подавления высоковольтных импульсов в источниках бесперебойного питания применяются фильтры с металл-оксидным варистором. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко снижается, шунтируя вход бесперебойника. Возникающие при этом сверхтоки (могут достигать значений в несколько кA) будут протекать через варистор блока защиты, не поступая в цепи питания бесперебойника и не влияя на подключенные электроприборы.
Аналогично на основе варисторов в большинстве моделей реализована система защиты локальных сетей. Подключение информационных кабелей через выделенные разъемы RJ-45 и RJ-11 обеспечивает защиту сетевого оборудования (сетевых адаптеров, роутеров и т. д.) и телефонной линии.
Какую бытовую технику обычно защищают с помощью ИБП?
Обычно их устанавливают для защиты бытовой техники, чувствительной к перепадам или пропаданиям сетевого напряжения:
- систем отопления (зимой при отключении электричества она может замерзнуть и выйти из строя);
- холодильников и морозильных камер (во время перебоев в электроснабжении продукты могут разморозиться и испортиться);
- систем видеонаблюдения (при перебоях в электропитании пропадет контроль за безопасностью дома и его территорией);
- компьютера (оставив блок питания без электроснабжения во время работы ПК, можно потерять данные, повредить его файловую систему или внутренние компоненты);
- системы «умный дом» (из-за отсутствия электроэнергии перестанут работать, например, газоанализаторы, датчики движения или протечки воды).
Характеристики бесперебойников
К основным техническим характеристикам бесперебойника относятся:
- выходная мощность, передаваемая на нагрузку. Есть полная (в вольт-амперах) и активная (в ваттах) мощность. Величины должны превышать потребляемую мощность подключаемого оборудования;
- время переключения на аккумуляторы и обратно, за которое прибор меняет рабочий режим. Если это происходит медленно, то на выходе могут происходить обрывы электропитания;
- форма выходного сигнала, может быть с идеальным или модифицированным синусом. Для большинства электроприборов требуется сигнал с «чистым» синусом;
- время автономии – длительность электропитания нагрузки от аккумуляторов;
- функция коррекции напряжения – корректировка значения и формы сигнала без перехода в автономный режим (есть в источниках питания двойного преобразования и линейно-интерактивного типа);
- ток зарядного устройства – чем больше величина, тем быстрее заряжаются аккумуляторы.
Выбор типа ИБП в зависимости от нагрузки
Залогом корректной работы любой нагрузки, помимо бесперебойного электроснабжения, является качество питающего напряжения. Одним из наиболее важных показателей качества является форма выходного сигнала. Каждому типу источников бесперебойного питания свойственно формирование синусоиды определенной формы, не всегда подходящей для нормальной работы подключенных электроприборов.
Рассмотрим существующие схемы построения UPS и соответствие формы их выходного сигнала различным видам нагрузок.
ИБП резервного типа (off-line)
При отсутствии напряжения в основной сети эти устройства переключают питания нагрузки на аккумуляторные батареи. Они не имеют встроенной защиты от перепадов напряжения (стабилизации), поэтому подойдут только для применения в сетях с относительно стабильным напряжением.
Используются для защиты нетребовательной к качеству питания нагрузки без индуктивной составляющей (электродвигателей, трансформаторов, дросселей). Модифицированная синусоида на их выходе категорически не подходит для питания циркуляционных насосов, холодильников, кухонных комбайнов, блендеров и миксеров. Применение ИБП оффлайн топологии в качестве источников питания перечисленных электроприборов с электродвигателями гарантированно и довольно быстро выведет их из строя.
Примером нагрузки, совместимой с резервными бесперебойниками, можно назвать домашние или офисные ПК. Их импульсные блоки питания маловосприимчивы к несинусоидальности питающего напряжения. Однако, лучше воздержаться от их применения для питания ответственной техники, сбои в работе которой могут привести к потере важных данных.
Вполне разумным будет использование резервных моделей и для питания сети маломощного дежурного освещения (без ламп с электромагнитным дросселем).
Схема резервного ИБП
Линейно-интерактивные ИБП (line-Interactive)
В отличие от ИБП резервного типа, оснащены встроенным стабилизатором напряжения. Это расширяет область их использования, позволяя применять в сетях со значительными отклонениями напряжения от нормы. Время переключения на аккумуляторы бесперебойников этой топологии составляет примерно 4 мс, что гораздо меньше, чем у резервных источников питания.
Форма выходного сигнала позволяет использовать эти устройства для питания индуктивной нагрузки. Но при выборе внимательно изучите технические характеристики бесперебойника. При заявленной производителем форме сигнала «чистая синусоида» (line-interactive sin) к нему можно подключать электроприборы с электродвигателями – насосы, холодильники, устройства с трансформаторными блоками питания, управляющую электронику газовых котлов и т. п.
Однако линейно-интерактивный источник питания может иметь на выходе и модифицированную синусоиду (ступенчатую форму). В этом случае его нельзя применять с электромоторами.
Схема линейно-интерактивного ИБП
Онлайн ИБП (on-line)
UPS онлайн типа выполняют непрерывное изменение (двойное преобразование) переменного напряжения: сначала в постоянное (с подзарядкой АБ), а потом его инвертирование в переменное с чистым синусом на выходе. За счет данной технологии достигается полная независимость качества выходного напряжения от состояния сети.
Устройства данной схемы построения обеспечивают наиболее эффективную защиту не только от перебоев электроснабжения, но и от значительных отклонений напряжения сети от нормы. Благодаря топологии онлайн время перехода на автономный режим составляет 0 мс, так как переключение на работу от батарей или с АБ на внешнюю сеть не происходит.
ИБП двойной регулировки считаются универсальными. За счет высокой точности коррекции выходного напряжения (отклонение от значений нормы составляет не более 2%) и его идеальной синусоидальной формы они подходят для совместного использования с любыми, даже особо чувствительными к качеству электропитания, приборами.
Данные бесперебойники отлично себя зарекомендовали при работе с такими требовательными к качеству напряжения и форме сигнала нагрузками, как электродвигатели, компьютерное и офисное оборудование, электронные блоки управления отопительных котлов, видеоаппаратура, даже в сетях с крайне низким качеством электроэнергии.
В качестве единственного серьезного недостатка, ограничивающего применение онлайн моделей, можно назвать их высокую стоимость.
Схема онлайн ИБП
Условия эксплуатации источников питания
Для помещений, в которых устанавливают бесперебойники, предъявляются следующие требования:
- сухой воздух с влажностью не более 80%;
- температура воздуха в диапазоне 5-40 °С;
- чистый воздух без примесей крупной пыли (класс защиты IP20).
При более низкой температуре возникает риск появления внутри корпуса конденсата – причины короткого замыкания. Более высокая температура негативно скажется как на самом приборе, так и на его аккумуляторных батареях – срок их службы сократится. Оптимальная температура для свинцово-кислотных батарей составляет 25 °С.
Устанавливать UPS требуется на расстоянии 15-20 см от других объектов, чтобы не создавать препятствий его системе вентиляции.
Когда вместо ИБП актуальнее приобрести генератор?
Использование источников бесперебойного питания обосновано при нагрузке с небольшой потребляемой мощностью (котел, холодильник, компьютер) и непродолжительных перерывах в подаче электроэнергии (в среднем 1-2 ч).
Пример применения маломощного бесперебойника – подключение системного блока компьютера и монитора, позволяющее корректно завершить работу ПК, избежав сбоев работы системы и потерь информационных данных. Модели малой и средней мощности также часто используются, чтобы питать автоматику отопительных котлов и маломощных циркуляционных насосов при кратковременных блэкаутах.
Работа таких приборов в сетях с длительными перебоями электроснабжения (более 6 ч) нецелесообразна. Это потребует увеличения ёмкости аккумуляторов (с периодической их заменой в процессе эксплуатации) и места для установки (с поддержанием определенного микроклимата). Применение генератора в этом случае будет проще и выгоднее.
Зачем перед ИБП устанавливают стабилизатор напряжения?
Связка «стабилизатор + UPS» бывает востребована при использовании устройств резервного и линейно-интерактивного типа в сетях со значительными отклонениями напряжения от нормы. Функция стабилизации у моделей первого типа отсутствует, а большинство линейно-интерактивных бесперебойников способны сгладить относительно небольшие всплески напряжения.
Подключать стабилизатор рекомендуется перед источником питания (со стороны сети). При обратном подключении (со стороны нагрузки) возможен нагрев трансформатора стабилизатора (в случаях, когда форма сигнала на выходе источника питания является модифицированной синусоидой). Кроме того, диапазон стабилизации напряжения любого стабилизатора шире, чем у ИБП, основной функцией которого является резервное электроснабжение подключенной техники.
ИБП двойного преобразования от бренда «Штиль»
Линейка источников бесперебойного питания топологии онлайн производителя систем электропитания «Штиль» включает в себя:
- однофазные модели настенного, напольного, стоечного и универсального (напольного/стоечного) исполнения выходной мощностью 0,3-10 кВА;
- модели конфигурации 3 в 1 (для электропитания однофазных приборов от трехфазной сети) напольного и стоечного исполнения выходной мощностью 10-20 кВА;
- трехфазные модели напольного и шкафного исполнения выходной мощностью 10-500 кВА.