Источник бесперебойного электропитания (ИБП) - это автоматическое устройство, основная функция которого - питание подключенной нагрузки за счёт энергии аккумуляторных батарей при пропадании сетевого напряжения или выхода его параметров (напряжение, частота) за допустимые пределы. Кроме этого, некоторые ИБП могут корректировать параметры электропитания при работе от электрической сети, т.е. выполнять функции фильтра и стабилизатора.
В данной статье выбор ИБП иллюстрируется на примере продукции компании APC (American Power Conversion), основанной в 1981 году тремя инженерами-электротехниками, закончившими Массачусетский технологический институт (MIT).
Первый ИБП был выпущен компанией в 1984 году, а с 2007 г. APC является подразделением корпорации Schneider Electric и в настоящее время является лидером рынка систем бесперебойного электропитания и обладателем многочисленных наград.
В начале 2010 года компания APC выпустила обновленную модель серии RS - Back-UPS RS 550 () Данное устройство обладает новой интересной функцией энергосбережения. Она реализована в виде "зависимых" выходных розеток UPS, которые обесточиваюся, если вы выключаете компьютер, подключенный к "основным" розеткам устройства.
Таким образом можно экономить энергию, автоматически отключая оборудование типа хабов, модемов, роутеров и прочей периферии, обычно ненужной при неработающем компьютере. Еще одним важным новшеством, делающим использование UPS более удобным, является наличие жидкокристаллического дисплея, отображающего развернутую информацию о состоянии ИБП и электросети.
Для справки: В Российской Федерации стандарт бытового электропитания следующий: действующее напряжение - 220 В ± 10%, частота 50 Гц ± 1%, коэффициент несинусоидальности - длительно до 8%, кратковременно до 12%. Таким образом, напряжение в сети должно менять свое значение по синусоиде с периодом 1/49 - 1/51 сек, находиться в пределах 196 В - 242 В и отличаться по форме от идеальной синусоиды не более чем на 8%.
Мощность источников бесперебойного питания указывается в вольт-амперах (VA), а мощность в более привычных в ваттах (Вт) можно узнать, умножив мощность в вольт-амперах на коэффициент 0,6. Например, ИБП с характеристикой мощности 700VA защитит бесперебойным питанием технику с максимальным потреблением 420 Вт.
Рассчитать мощность подключенной нагрузки можно, просуммировав мощность всех подключенных к ИБП потребителей, для персональных компьютеров эта мощность всегда меньше, чем номинальная мощность их блоков питания (как правило - в полтора-два раза) и зависит от особенностей конкретной конфигурации, ориентировочно её можно рассчитать, например, воспользовавшись .
Пример: системный блок компьютера с блоком питания номиналом 350Ватт потребляет 250 Вт + монитор 45Вт = 295 Вт, разделив эту цифру на 0.6, получаем 491VA, т.е. для такой конфигурации минимально подходящая мощность ИБП - 500VA.
Предположительное время работы ИБП при заданном уровне нагрузки проще всего выяснить, посмотрев документацию предоставленную производителем. В данной статье далее приводятся ссылки на диаграммы времени работы всех упоминаемых семейств ИБП APC. Обычно для максимальной нагрузки время автономной работы измеряется несколькими минутами, что, как правило достаточно для сохранения пользовательских данных и корректного выключения оборудования.
Помните также, что зависимость времени автономной работы от мощности подключенной нагрузки имеет нелинейную форму из-за падения КПД преобразователя при снижении нагрузки относительно номинальной, например, для ИБП серии BackES эта зависимость имеет вид, приведённый на графике слева. Понимание этого факта избавит вас от покупки слишком мощного ИБП в целях обеспечения длительной работы подключенного оборудования - подобная затея вряд ли кончится успешно, так как при работе от батарей на мощности, в разы меньшей чем номинальная для ИБП, их ресурс будет преимущественно расходоваться инвертором, а не нагрузкой.
Ещё одним фактором, снижающим время автономной работы ИБП, является падение ёмкости аккумуляторных батарей. Ёмкость аккумуляторных батарей падает в течении срока эксплуатации, об этом необходимо помнить, если аккумуляторы в данном ИБП эксплуатируются существенную часть их жизненного цикла (обычно он составляет от двух до четырёх лет).
Источник бесперебойного питания (ИБП) или на английском языке UPS (Uninterruptible Power Supply) является важной частью любого современного компьютера.
Но нужен ли ИБП именно вам, как он работает, какие производители являются лучшими и почему, какими параметрами должен обладать ИБП в зависимости от качества электропитания и компьютера?
1. Как устроен ИБП
ИБП представляет собой сравнительно небольшой корпус, в котором находится электросхема и мощный аккумулятор.
Спереди обычно расположена кнопка включения и индикаторы.
А сзади специальные разъемы для подключения системного блока, монитора и других устройств компьютера, которые требуют специальных шнуров.
Часто есть разъемы с питанием от батареи и отдельно разъемы с защитой от скачков электричества, к которым можно подключать такие мощные устройства как лазерный принтер.
Также есть ИБП с разъемами под евро вилку привычного для ИБП формата и так называемые пауки.
Это удобно, не требует специальных шнуров и позволяет подключить для защиты такие устройства как колонки и роутер.
2. Как работает ИБП
Задача ИБП – обеспечить бесперебойное питание компьютера. В случае внезапного отключения электричества, он моментально переключается на питание компьютера от встроенного аккумулятора, преобразуя его постоянное напряжение 12 В в переменное 220 В.
При переключение на питание от аккумулятора ИБП обычно начинает пищать, оповещая пользователя о необходимости завершить работу ПК. Так как мощность аккумулятора довольно ограничена, ИБП может поддерживать работу компьютера 5-30 (чаще 10-15) минут.
Кроме этого, ИБП защищает компьютер и периферийные устройства (в первую очередь монитор) от скачков напряжения, которые могут вывести их из строя.
Есть также ИБП с функцией стабилизатора, которые могут повышать и понижать напряжение питания в случае, если оно выходит за допустимые диапазоны.
3. Нужен ли ИБП
Многие пользователи задаются вопросом, нужен ли им ИБП, ведь это дополнительные затраты, при том что он никак не влияет на производительность ПК и другие его эксплуатационные параметры. Вопрос вполне резонный и ответ на него может быть разный.
Когда ИБП не нужен:
- компьютер старый или самый дешевый
- напряжение стабильное и пропадает редко
- у вас есть резервная копия всех ценных файлов
- вас не смущает потеря несохраненных файлов
Когда ИБП нужен:
- компьютер представляет достаточную ценность
- напряжение в сети скачет или часто пропадает
- у вас нет резервной копии ценных файлов
- потеря несохраненных файлов для вас критична
В любом случае отказ от приобретения ИБП оправдан только при сильно ограниченных финансовых возможностях. Так как он не только убережет ваши файлы, но не даст произойти сбою системы и выйти из строя компьютеру.
Если для вас компьютер или данные представляют какую-то ценность, то рекомендую приобрести ИБП, так как восстановление может обойтись дороже, не говоря уже о потери времени и нервов.
4. Лучшие производители ИБП
Производителем ИБП №1 в мире является компания APC (American Power Conversion), которую некоторое время назад поглотила французская энергетическая компания Schneider Electric. Именно ИБП от APC используют крупные компании и предприятия по всему миру, так как они являются самыми надежными.
Да, стоят они в 1.5-2 раза дороже чем ИБП дешевых китайских брендов типа Mustek, Ippon, CyberPower. Но APC сделаны значительно качественнее, внутри установлены мощные электрические компоненты, способные обеспечить надежную защиту вашему ПК.
В дешевых китайских ИБП используется соответствующая элементная база и внутри они больше похожи на радиоприемник, чем на серьезное силовое устройство.
Такой ИБП не только не сможет защитить ваш компьютер в критичный момент, но может ни с того ни с сего сгореть сам, утянув на тот свет ваш системный блок или монитор. Не стоит приобретать такие ИБП, так как силовое оборудование должно быть мощным, надежным и не может стоить так дешево.
Конечно, есть еще и другие более-менее надежные ИБП такие как INELT, Stark, отечественные Бастион и Энергия. Но стоят они практически также как APC, при этом имея ограниченный модельный ряд и не всегда удачную конфигурацию разъемов.
Если вы хотите иметь действительно надежный и практичный ИБП, который защитит ваш ПК, а не просто для самоуспокоения, то приобретайте APC.
Однако, стоит отметить, что после перехода компании APC под крыло французов, качество бюджетных моделей снизилось, что отмечают многие пользователи. Корпус стали делать из дешевого пластика с едким запахом, а сами ИБП стали чаще выходить из строя. Поэтому лучше брать либо старые проверенные модели из серии Back-UPS BK (в корпусе из белого пластика), либо уже что-то подороже из серии Back-UPS Pro (всесторонняя защита) или Smart-UPS (самые качественные и надежные). В принципе еще неплохие и удобные Back-UPS BE (паук с евро розетками), они подходят для не очень мощных ПК. Больше всего нареканий на современные серии BX и BC, но и они лучше дешевого китайского хлама.
Еще из довольно качественных БП рекомендую EATON и Legrand, они лучше самых дешевых APC и стоят лишь немного дороже. Есть еще отличные General Electric на уровне наиболее качественных APC, но стоят не дешево. В качестве наиболее бюджетного вариант могу посоветовать только Powercom, но не самые дешевые RPT, а как минимум из серии BNT, PTM или SPD (пауки), еще лучше IMP/IMD или KIN. В общем по возможности, в любом случае вы не прогадаете и искать что-то дешевле от других брендов смысла нет.
5. Типы ИБП
ИБП бывают нескольких типов:
- резервные (offline, standby, back-ups)
- линейно-интерактивные (line-interactive)
- с двойным преобразованием (online, непрерывные)
Резервные ИБП – самые простые и недорогие, они переключаются на работу от батареи не только при полном обесточивании, но и при пониженном или повышенном напряжении в розетке. Если с напряжением у вас все в порядке, то этого обычно достаточно.
Но если оно часто скачет (как в частном секторе), то стоит присмотреться к другому типу ИБП, так как постоянное переключение на питание от батареи заставит вас слушать вечный неприятный писк от ИБП, часто выключать ПК, а также убивает аккумулятор.
Линейно-интерактивные ИБП – помимо аккумулятора, имеют встроенный стабилизатор напряжения, который часто является 3-ступенчатым AVR (автоматическим регулятором напряжения) и стоят несколько дороже.
Такие ИБП при падении напряжения ниже 190 В или повышения выше 250 В выравнивают его до уровня около 220 В на выходе.
При этом не используется аккумулятор, что позволяет спокойно продолжать работу в течение продолжительного времени. Линейно-интерактивные ИБП различаются нижним (140-180 В) и верхним (260-300 В) порогом стабилизации.
Таким образом, если напряжение в розетке падает или наоборот повышается, выходя за допустимые нормы, компьютер на выходе все-равно получит стабильное напряжение близкое к 220 В без использования батареи. Но обращайте особое внимание на нижний и верхний пороги стабилизации.
Нижний порог может быть вполне достаточные 160 В, а может и 180 В, что может быть критично для вашего района. Чем ниже это значение, тем лучше, так как за его пределами происходит переключение на аккумулятор. Аналогично и с максимальным порогом, так как в некоторых местах напряжение прыгает до 280 В.
ИБП с двойным преобразованием – дорогие высококачественные бесперебойники со сложным стабилизатором напряжения и частоты, обеспечивающие стабильные параметры напряжения на выходе и отсутствие задержки при переключении на аккумулятор. Используются в корпоративном секторе для питания серверов, критически важных рабочих станций и сетевого оборудования.
Если напряжение в розетке у вас стабильное, то в принципе хватит самого недорогого резервного ИБП. Для отдаленного района города или частного сектора однозначно лучше брать линейно-интерактивный ИБП, которые я рекомендую в любом случае, так как они уже не на много дороже.
6. Мощность ИБП
Выходная мощность ИБП часто указывается в вольт-амперах (ВА) и отражается в маркировке. При этом мощность компьютера (включая монитор) в ваттах (Вт), на которую рассчитан ИБП, значительно меньше, что также указывается в параметрах конкретной модели.
Значения выходной мощности ИБП для персональных компьютеров колеблются в пределах 400-1500 ВА. Рассчитать необходимую мощность ИБП вы можете с помощью программы «Power Supply Calculator».
На первой вкладке вводятся параметры системного блока и рассчитывается необходимая мощность блока питания.
На второй вкладке, добавив параметры монитора, можно рассчитать рекомендуемую мощность ИБП.
Округлив полную выходную мощность (ВА) до ближайшего целого значения, мы и получим рекомендуемую мощность ИБП, которая в данном случае будет 800 ВА.
В зависимости от модели ИБП и текущего энергопотребления компьютера время работы от аккумулятора может существенно отличаться.
В реальности, если мощность ИБП подобрана правильно, то он может выдержать около 5 минут при высокой нагрузке (на ПК запущена игра или рендеринг видео) и порядка 15 минут при обычной офисной работе.
Если мощности ИБП будет недостаточно, то он может не выдержать отключения напряжения, компьютер внезапно выключится и что-то может выйти из строя.
Учтите также, что со временем аккумулятор подсядет и ИБП будет держать раза в два меньше по времени.
Подбирайте ИБП так, чтобы изначально был некоторый запас по мощности и времени работы от аккумулятора.
8. Форма выходного напряжения ИБП
Форма выходного напряжения ИБП может быть:
- ступенчатая синусоида
- аппроксимированная синусоида
- чистая синусоида
Графически это можно представить в следующим виде.
При переключении на питание от аккумулятора происходит преобразование постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В с помощью внутреннего инвертера ИБП.
В большинстве ИБП форма выходного напряжения получается отличной от классической синусоиды, которая приходит к нам из розетки, принимая ступенчатую или аппроксимированную форму.
Когда появились первые блоки питания с модулем активной коррекции мощности (APFC), такая упрощенная форма напряжения проводила к тому, что компьютер просто выключался. Но эта проблема в блоках питания давно решена и может проявиться только с совсем древними БП.
ИБП, способные выдавать чистую синусоиду, стоят в разы дороже обычных и не требуются для простых компьютеров. Они используются для специализированного оборудования, которое не может работать с упрощенными формами напряжения.
Приобретайте ИБП с напряжением в форме аппроксимированной или ступенчатой синусоиды, это не имеет большого значения.
9. Управляемые ИБП
Управляемые ИБП дополнительно подключаются к компьютеру с помощью кабеля USB и могут посылать сигнал на отключение ПК при низком заряде батареи. Это полезно в случае если вы часто уходите, оставляя компьютер включенным или ставите закачки на ночь.
В случае отключения электричества, в то время как вас не будет на месте, ИБП будет удерживать питание пока заряд аккумулятора не приблизится к критическому уровню, а затем отправит компьютеру сигнал о выключении.
Компьютер, получив сигнал, корректно закроет все программы, завершит работу операционной системы и выключится. Иногда для этой функциональности может потребоваться установить специальный драйвер от производителя ИБП, но в целом такая возможность уже встроена в Windows и может даже драйвер устанавливать не придется.
Это интересная и полезная функция, но за все нужно платить и управляемые ИБП стоят дороже своих неуправляемых аналогов, требующих обязательного присутствия пользователя для корректного отключения ПК.
Кроме этого, дополнительное программное обеспечение может информировать пользователя о состояние батареи, позволять управлять ИБП по сети, но большинству пользователей это не нужно.
Если вы будете оставлять компьютер включенным без присмотра на длительное время, то лучше не экономить и взять управляемый ИБП, чтобы не допустить сбоев в работе ПК.
10. Холодный старт ИБП
Функция холодного старта заявлена для большинства ИБП. Это значит, что вы можете включить компьютер в условиях отсутствия напряжения в розетке.
В действительности это не совсем штатный режим работы ИБП и может привести к выходу из стоя как самого ИБП, так и компьютера. Не стоит просто так экспериментировать с этой возможностью.
Для функции холодного старта требуется, чтобы ИБП был качественный, с запасом мощности и хорошим аккумулятором. Во время старта компьютера происходит большой скачок тока и монитор уже лучше включать после загрузки ПК.
11. Дополнительная защита ИБП
Любой ИБП поддерживает штатный набор защиты:
- защита от перегрузки
- защита от высоковольтных импульсов
- защита от короткого замыкания
- фильтрация помех
- предохранитель питания
Желательно, чтобы предохранитель питания был автоматический в виде кнопки. Тогда, в случае чего вам не придется искать ему замену или нести ИБП в ремонт, достаточно будет нажать кнопку и работа ИБП восстановится.
Кроме этого, в ИБП могут быть разъемы RJ45 для защиты от пробоев через кабель интернета и RJ11 для защиты телефонной линии, включая DSL-модем.
Да, есть отдельные устройства и сетевые фильтры с подобной защитой, но в качественном ИБП она лучше.
Приобретайте ИБП с автоматическим предохранителем, а для частного дома с защитой линии RJ45 или RJ11 (в зависимости от типа подключения к интернету).
Одним из основных параметров защиты ИБП является поглощаемая энергия импульса, которая измеряется в джоулях (Дж) и больше важна для жителей частного сектора. Значения поглощаемой энергии импульса находятся в пределах 150-500 Дж.
Чем выше это значения, тем больше вероятность, что ИБП защитит ваш компьютер при попадании молнии в электросеть или замыкания в распределительном трансформаторе.
Если вы живете в частном доме, то выбирайте ИБП с более высокой поглощаемой энергией импульса.
13. Комплект поставки ИБП
Часто в комплект поставки ИБП входит только кабель для подключения в розетку самого ИБП. Для ИБП с нестандартными разъемами, уточняйте комплект поставки у продавца.
Учтите, что кабелей для подключения системного блока и монитора в комплекте может не быть и их придется приобрести отдельно.
14. Замена аккумулятора ИБП
Срок службы аккумулятора ИБП зависит от его качества и количества циклов заряд-разряд, т.е. от того как часто ИБП будет переключаться на работу от аккумулятора и как быстро при этом вы будете выключать ПК. В качественном ИБП срок службы аккумулятора составляет 3-5 лет, в зависимости от условий эксплуатации.
Часто в дешевых китайских ИБП для замены аккумулятора требуется разборка корпуса, что порой не так просто и можно что-то сломать.
Лучше выбирайте ИБП, где для замены аккумулятора предусмотрен открывающийся отсек, чтобы для его замены не нужно было разбирать весь ИБП или нести его в сервис.
Большинство ИБП имеют индикатор, свидетельствующий о необходимости замены аккумулятора. Но он начинает светиться обычно уже когда аккумулятор полностью сдох и не может эксплуатироваться. Если дожидаться этого момента, то очередное отключение электричества, через 4-5 лет эксплуатации ИБП может привести к выходу из строя как самого ИБП, так и компьютера.
15. Лучшие аккумуляторы для ИБП
Лучшие аккумуляторы производят Yuasa и CSB, которые используются в качественных ИБП от APC. Эти аккумуляторы стоят больше чем самые дешевые китайские поделки, но и служат они также значительно дольше. Кроме того, от некачественных аккумуляторов ИБП выходят из строя.
Подобрать аккумулятор для ИБП довольно просто. Достаточно изъять установленный, посмотреть на сколько он ампер-часов (Ач) и замерить размеры линейкой. Также при замене вы можете подобрать аккумулятор повышенной емкости (например, 9 Ач вместо 7 Ач) при условии, что он такого же размера.
Приобретайте для своего ИБП только качественные аккумуляторы от Yuasa и CSB. Если есть возможность, берите модель повышенной емкости.
16. Заключение
Не стоит пренебрегать таким важным устройством как ИБП, которое убережет не только ваши файлы и избавит от головной боли с восстановлением системы, но и продлит жизнь вашему компьютеру.
Но ИБП обязательно должен быть качественным, так как иначе вы рискуете не только выбросить деньги на ветер, но еще и угробить компьютер, вместо того чтобы защитить его от нежелательных воздействий наших ненадежных электросетей и информационных коммуникаций.
17. Ссылки
ИБП Powercom Imperial IMP-1025AP
ИБП Powercom Imperial IMD-525AP
ИБП Powercom SPD-650U
Покупка ИБП, мощность которого превышает ваши потребности, означает трату денег впустую. Однако недооценка необходимой мощности системы бесперебойного электропитания чревата потерей нагрузки, что совершенно недопустимо. Как максимально точно рассчитать эту характеристику?
Для этого следует знать коэффициент мощности нагрузки (Power Factor, P), который определяет, какая часть мощности, предоставляемой источником электроэнергии, действительно потребляется оборудованием (активная мощность). Если нагрузка ведет себя как идеальное сопротивление, она поглощает всю подаваемую на нее мощность, то есть P=1. Идеальная емкость (конденсатор) или индуктивность (катушка) вообще не потребляют активной мощности (Р=0), поскольку не преобразуют электрическую энергию в другие ее виды. В течение одной четверти периода синусоиды энергия запасается в магнитном поле катушки или в электрическом поле конденсатора, а на протяжении другой – возвращается в сеть. Таким образом, в данном случае имеет место лишь рециркуляция энергии, а сопротивления катушки и конденсатора, в отличие от активного сопротивления резистора, называют реактивным.
В реальной жизни ничего идеального не существует, поэтому и значение коэффициента мощности нагрузки обычно находится в интервале от 0 до 1. В общем случае P вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности (она измеряется в ваттах, Вт) к полной поступающей мощности (измеряется в вольт-амперах, ВА):
коэффициент мощности (Р) = активная мощность (Вт)/полная мощность (ВА).
При наличии только гармонических искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между током и напряжением, поэтому его часто обозначают cos φ. Нагрузка с преобладанием емкостной составляющей характеризуется опережающим коэффициентом мощности (cos φ положительный), а индуктивная нагрузка - отстающим (cos φ отрицательный).
Основной нагрузкой для ИБП являются ПК и серверы. В блоки питания этих устройств устанавливается выпрямитель с фильтром в виде конденсатора, поэтому они обладают определенной емкостной составляющей. Коэффициент мощности простейших блоков питания, используемых в дешевых ПК, может не превышать 0,6 - это означает, что лишь 60% подаваемой источником полезной мощности идет в дело. В действительности для типичных ПК ситуация не столь плоха - их коэффициент мощности составляет обычно 0,8, соответственно, большинство ИБП малой мощности проектируются с расчетом на обслуживание такой нагрузки.
Что касается современных серверов, систем хранения данных и сетевого оборудования (коммутаторы, маршрутизаторы), то здесь дело обстоит еще лучше. В них используются блоки питания с функцией коррекции коэффициента мощности, поэтому его значение приближается к 1. Но в расчетах все же лучше считать такое оборудование нагрузкой с небольшой емкостной составляющей, а коэффициент мощности принимать равным 0,95.
А вот кондиционеры, которые часто тоже защищают с помощью ИБП, представляют собой уже нагрузку с индуктивной составляющей, что связано с наличием электродвигателей в их компрессорах. Коэффициент мощности этого оборудования обычно находится в интервале от 0,6 до 0,8 (см. ).
Как оценить средний коэффициент мощности нагрузки, состоящей из разнотипного оборудования? Предположим, в офисе установлено следующее оборудование:
ПК и серверы, мощность 4500 ВА, Р=0,95 (опережающий);
Кондиционер, мощность 3000 ВА, Р=0,8 (запаздывающий).
Тогда для определения усредненного коэффициента вначале рассчитывается усредненное отклонение Р от единицы:
(4500 ВА×0,05– 3000 ВА×0,2)/7500 ВА = - 0,05.
Таким образом, нагрузка будет иметь индуктивный характер с P=0,95.
ДВА КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
В спецификации почти любого ИБП указан его входной коэффициент мощности. Этот параметр не имеет никакого отношения к выходному коэффициенту и определяет то, как сам ИБП (как нагрузка) ведет себя по отношению к внешней сети. В современных ИБП, где выпрямитель построен на основе транзисторов IGBT, входной коэффициент мощности близок к единице, а значит, источник ведет себя практически как идеальное активное сопротивление и почти не вносит искажений во внешнюю сеть. Значение входного P полностью зависит от схемотехники ИБП.
Выходной коэффициент мощности для ИБП определяется подключенной к нему нагрузкой. Зная эту характеристику (наряду с полной мощностью в ВА), можно, умножив одно на другое, получить максимальную мощность в Вт, которую источник способен обслужить. Если коэффициент мощности нагрузки окажется больше указанного для ИБП, последний все равно не сможет превысить рассчитанную приведенным выше способом мощность в Вт, а значит, не обеспечит максимального значения ВА.
Обратимся опять к примеру. Пусть имеется ИБП номинальной мощностью 60 кВА, рассчитанной для нагрузки с коэффициентом мощности 0,9. Максимальная активная мощность, которую он может обслужить, составляет 54 кВт:
60 кВА×0,9 = 54 кВт.
Нагрузку с указанной полной мощностью, но меньшим Р, например 0,8, он обслужит без проблем:
60 кВА×0,8 = 48 кВт
Но если Р нагрузки превышает 0,9, скажем, равняется 0,95, то он уже не в состоянии обеспечить мощность 60 кВА:
60 кВА×0,95 = 57 кВт > 54 кВт.
Как уже упоминалось, коэффициент мощности многих типов современного ИТ- и телекоммуникационного оборудования приближается к 1, поэтому здесь надо быть очень внимательным. Чтобы не ошибиться, многие специалисты сегодня при выборе ИБП предпочитают руководствоваться его выходной мощностью в Вт.
Если вы затрудняетесь в определении коэффициента Р, то для полной гарантии следует выбирать ИБП, мощность которого в Вт была бы больше характеристики нагрузки в ВА. Но в этом случае возможно существенное завышение мощности ИБП. Для более точного расчета следует сначала вычислить суммарную величину нагрузки (в ВА), затем ее усредненный Р, после чего, умножив оба значения, получить значение в Вт. Мощность ИБП в Вт не должна быть ниже характеристики нагрузки, выраженной в тех же единицах измерения.
ЕЩЕ ДВА ФАКТОРА
Важной характеристикой нагрузки служат еще два коэффициента: Crest Factor и Surge Factor. Первый из них в русскоязычной документации часто именуют пик-коэффициентом (или пик-фактор). Он определяется отношением максимального (пикового) значения тока к его среднеквадратичному (RMS) значению. Для волн прямоугольной формы пик-фактор равен единице, для идеальной синусоиды – 1,414 (√2).
Хотя мы назвали пик-фактор «характеристикой нагрузки», на самом деле на его значение влияют и характеристики источника электропитания. Импульсные блоки питания компьютеров потребляют ток очень неравномерно, поэтому для них пик-фактор обычно составляет от 2 до 3. Но это в том случае, если на нагрузку поступает чистая синусоида. Если же ИБП выдают ступенчато аппроксимированную синусоиду (что типично для источников мощностью менее 1 кВт), то пик-фактор оказывается менее 2 (обычно от 1,4 до 1,9). В целом же использование ИБП, сетевых фильтров и устройств подавления импульсных помех способствует снижению пик-фактора. Это, безусловно, положительный момент, поскольку высокий пик-фактор (большой ток) приводит к сильному нагреву элементов систем электропитания.
Большинство ИБП при полной нагрузке способны поддерживать пик-фактор 3 (при снижении нагрузки значение этой характеристики увеличивается), поэтому обычно проблем не возникает. Даже если источник не обеспечивает необходимое пиковое значение тока, то, как правило, работа блока питания нагрузки не нарушается, возможны лишь небольшие искажения формы электрического сигнала. Однако в крупных инсталляциях (например, когда ИБП обслуживает большое число ПК) такие искажения могут оказаться настолько значительными, что способны привести к нарушению функционирования нагрузки. Поэтому желательно, чтобы пик-фактор, поддерживаемый ИБП, не оказался ниже пик-фактора нагрузки.
Для расчета среднего пик-фактора нагрузки, состоящей из разнотипного оборудования, можно порекомендовать тот же способ, что и для расчета среднего коэффициента мощности. Обратимся к нашему примеру:
ПК и серверы, мощность 4500 ВА, пик-фактор=3;
Кондиционер, мощность 3000 ВА, пик-фактор=1,4.
Усредненный пик-фактор можно вычислить так:
(4500 ВА×3 + 3000 ВА×1,4)/7500 ВА = 2,36.
Если заявленный в характеристиках ИБП пик-фактор больше указанного значения, то проблем не будет.
Значение Surge Factor (к сожалению, устоявшегося рускоязычного термина для этой характеристики нет) определяет то, насколько пусковой ток, потребляемый нагрузкой, превышает его номинальное значение. Например, для запуска электродвигателя требуется большой пусковой момент, поэтому компрессоры холодильных установок при включении потребляют ток, в несколько раз превышающий номинальный (см. ). Пусковой ток системы освещения, использующей обычные лампы накаливания, тоже может значительно превосходить его номинальное значение. Дело в том, что удельное электрическое сопротивление вольфрама, из которого изготавливают нити накаливания, в значительной степени зависит от температуры: при 20°C его значение составляет 55×10 -9 Ом×м, при 1727°C - 557х10 -9 Ом×м. Соответственно, пусковой ток будет примерно в 10 раз превосходить номинальный.
Что касается компьютеров и серверов, то для них значение Surge Factor обычно не превышает 1,5, и большинство ИБП имеют достаточную перегрузочную способность, чтобы гарантировать надежное включение и стабильную работу этих устройств. Если же в составе нагрузки имеется оборудование с большим пусковым током, то перегрузочную способность выбираемого ИБП следует изучить самым тщательным образом.
Проанализировав рассмотренные в статье факторы, не забудьте еще и о том, что для обеспечения устойчивой работы оборудования мощность ИБП следует выбирать «с запасом» – больше требуемой на 15-25%.
Александр Барсков - ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу:
Источник бесперебойного питания - важный элемент при построении сложных систем, которым необходима непрерывная работа и гарантия безопасности оборудования от возможных проблем в электросети. Сейчас на рынке представлено множество разнообразной продукции разных категорий цены, качества и географии производства. Определиться трудно, тем более если за плечами нет необходимого опыта. Финансы подсказывают, что подходить к вопросу выбора стоит с оглядкой на собственный бюджет. Поэтому, прежде чем вкладывать средства в приобретение источника бесперебойного питания, следует ответить на несколько важных вопросов:
- Насколько ответственное оборудование вы собираетесь защищать?
- Какое время автономной работы оборудования в случае пропадания напряжения будет оптимальным?
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.
Выделяют:
- Резервные или (BackUp),
- Линейно-интерактивные ИБП (),
- ИБП с двойным преобразованием ( , double-conversion).
Самыми простыми и неприхотливыми считаются . 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.
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.
Для облегчения расчетов при выборе ИБП, на компании НАГ есть удобный инструмент - , при помощи которого можно определить все необходимые параметры.
Вспомним кое-что из физики
При оценке мощности, потребляемой нагрузкой, следует учитывать полную мощность. Полная мощность (единица измерения ВА – вольт-ампер) - это вся мощность, потребляемая электроприбором. Она складывается из активной (единица измерения "Вт" - Ватт) и реактивной (единица измерения ВАР – вольт-ампер реактивный) составляющих мощности. Потребители электроэнергии зачастую имеют как активную, так и реактивную составляющие.
. У этого вида нагрузки вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. У целого ряда устройств данная составляющая является основной. К ним относятся, например, электроплиты, осветительные лампы, электрообогреватели, утюги, ТЭНы и т. д.Реактивные нагрузки . Практически все остальное. Они могут носить индуктивный и емкостной характер. Типичный представитель электроустройства, имеющего индуктивную составляющую нагрузки - электродвигатель. Полная мощность (Р) и активная мощность (Ра) связаны между собой коэффициентом cosФ.
Ра = cosФ х P
В чем же заключается методика подсчета мощности электропотребителей?
Для того, чтобы сделать оптимальный выбор модели ИБП по критерию необходимой мощности, нужно рассчитать суммарную мощность, потребляемую Вашей нагрузкой. Под нагрузкой, в данном случае, подразумеваются все электроприборы, находящиеся в Вашем доме (офисе, квартире, производственном помещении), подлежащие защите.
Мощность, потребляемую конкретным устройством, лучше всего определить по паспорту или инструкции по эксплуатации на это изделие. Иногда потребляемая мощность и коэффициент cosФ указываются на задней стенке прибора или устройства. Следует учесть, что величина мощности в документах на разные приборы может быть указана либо в ваттах, либо в вольт-амперах. В целях избежания ошибок при расчетах мощности устройств суммируем отдельно по каждой единице измерения в две колонки.
- перечислим все электропотребители, подлежащие защите;
- просуммируем их мощности как указывалось выше;
- приведем полученные результаты к одной единице измерения мощности (лучше в вольт-амперах). Для этого:
Если в паспорте указана активная мощность и коэффициент cosФ, то легко пересчитать ее в полную мощность. Для этого активную мощность в "Вт" нужно разделить на cosФ. Например, если на изделии написано, что активная мощность составляет 700 Вт и cosФ = 0,7, то это означает, что потребляемая полная мощность будет равна 700/0,7=1000 ВА. Если cosФ не указан, то для примерного расчета примем его равным 0,7.
Рассчитанную таким образом мощность следует сложить с суммой мощностей по другой колонке (просуммированной в ВА).
Примечание : для электроприборов, имеющих только активную нагрузку, коэффициент cosФ принимаем равным 1.
Следует учесть еще один крайне важный момент - пусковые токи. Любой электродвигатель (компрессор) в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше, чем в номинальном режиме. В случае, когда в состав нагрузки входит электродвигатель, (например: погружной насос, холодильник, дрель), его паспортную потребляемую мощность необходимо умножить, как минимум, на 3 (лучше на 5) во избежание перегрузки стабилизатора или ИБП в момент включения устройства. Внесите эти коррективы в Ваши расчеты.
Итак, мощность подсчитана.
Однако учтем еще два момента.
- В жизни практически не бывает случаев, когда одновременно работает абсолютно вся нагрузка. В самом деле, если Вы встречаете гостей, то вряд ли в это время стирается белье, днем освещение не включается и т. д. На практике существует такое понятие как "коэффициент одновременного включения". Таким образом, посчитанную величину можно уменьшить (т.е. умножить примерно на коэффициент 0,3-0,5).
- С другой стороны недопустимо, чтобы работал в режиме полной загрузки. Для создания "щадящего" режима работы полученную в результате предыдущих расчетов мощность желательно увеличить примерно на 10-15%. Этим Вы увеличиваете срок службы техники, повышаете надежность и создаете себе резерв мощности для подключения нового оборудования.
Искомая цифра найдена. Теперь, основываясь на конкретных примерах, выберем ИБП.
Для облегчения задачи определения мощности можно привести таблицу с примерными данными потребления элетроэнергии бытовой техники.
- Холодильник – до 1 кВт
- Телевизор - 0,08 кВт
- Стиральная машина - 1,5 кВт
- Электрочайник - 2 кВт
- Пылесос – 0,8 кВт
- Утюг - 1 кВт
- Микроволновая печь - 1 кВт
- Освещение (лампы накаливания – 1 шт.) – 0,06 кВт.
- Компьютеры и мониторы:
Мощность потребления современных мониторов CRT
- 15" 70-100 Вт
- 17" 90-110 Вт
- 19" 100-150 Вт
- 22" 110-180 Вт
Мощность потребления современных мониторов LCD
- 15" - 25-45 Вт
- 17" - 35-50 Вт
- 19" - 40-60 Вт