Источники бесперебойного питания время работы. Методика расчета ибп и важные нюансы

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.

1. перечислим все электропотребители, подлежащие защите;
2. просуммируем их мощности как указывалось выше;
3. 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.

1. 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).
2. 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

Определите цель применения ИБП и его первоочередное назначение. Важный показатель – частота использования и тип подключаемой нагрузки. В том случае, когда происходит выбор ИБП для домашнего, бытового использования с редкими отключениями электроэнергии, можно рассматривать линейно-интерактивный тип или резервный. В случае с коммерческим применением или промышленным, потребуется устройство on-line типа. Обращаем Ваше внимание, что это общие рекомендации, чтобы определить правильность выбора класса ИБП, звоните в департамент продаж систем гарантированного электроснабжения (+380 44 383 3663).

3. Подбор ИБП по характеристикам

При помощи калькулятора сделайте подбор ИБП по заданным параметрам. В базе калькулятора более 16"000 моделей источников бесперебойного питания и инверторов напряжения. Выбор ИБП происходит по обновляющейся базе, где присутствуют большинство зарубежных торговых марок General Electric , INVT , Riello UPS , Socomec, Borri, Emerson, Eaton, APC, Legrand, Voltitronic, Ippon , а также украинские производители: Reserve , Volter , SinPro, Integral, Phantom и другие. Также база содержит автономные и гибридные инверторы напряжения линейно-интерактивного и резервного типа Victron Energy , Power Star , Stark Country , MeanWell, TBS Electronics и другие.

Внимание! В базе отсутствуют бюджетные модели украинского и китайского производства, которые не отвечают заявленным техническим характеристикам, не обеспечивают должного качества заряд аккумулятора и относятся к ненадежному классу устройств.

По состоянию на 2017 год можно выделить некоторые проверенные бренды, которые завоевали значительную долю рынка Украины. Условно, ИБП и инверторы можно разбить на несколько сегментов по стоимости, но не стоит предполагать, что чем дешевле продукт, тем чаще он будет выходить из строя. Как показывает опыт использования на примере наших клиентов, даже недорогие ИБП могут работать не менее качественно, ведь главное сделать правильное техническое задание и в полном соответствии с ним подобрать подходящую модель.

Для расчета времени автономной работы источника бесперебойного питания ИБП можно пользоваться усредненными данными для ИБП большинства производителей. Например при нагрузке ИБП 100% - время автономии составляет 4...8 минут, 75% - 7...12 минут, 50% - 12...20 минут. Или специальными таблицами в которых указывается время автономной работы источника бесперебойного питания ИБП для различных величин мощности в нагрузке и емкости встроенных аккумуляторных батарей АКБ. Важно учитывать, что значения времени автономной работы указываемые производителем, являются оценочными и не являются основанием для возникновения обязательств поставщика или рекламаций покупателя. Следует помнить, что производители источников бесперебойного питания ИБП указывают значения мощности ИБП, емкости аккумуляторных батарей и времени автономной работы для работы при температуре 20...25С. Именно такая температура является оптимальной для работы ИБП и АКБ. Но реальные условия эксплуатации источников бесперебойного питания ИБП отличаются от идеальных.

Определение точного времени автономии ИБП не простая задача, учитывающая множество параметров, которые различны для каждого случая расчета. Упрощенно-приблизительно время автономной работы источника бесперебойного питания ИБП при работе от аккумуляторной батареи АКБ можно рассчитать по формуле:

Т= E * U / P (час.)

Е - емкость аккумуляторной батареи АКБ (Ачас.)

U - напряжение аккумуляторной батареи (В)

P - мощность нагрузки ИБП (Вт)

Если техническое задание покупателя допускает погрешности во время работы источника бесперебойного питания ИБП, то можно производить расчет по такой формуле.

При перебоях в подаче напряжения электропитания на ответственную нагрузку требуется обеспечение ее автономной работы. Использование в схеме электропитания ИБП (источников бесперебойного питания) позволяет решить эту задачу. Время автономной работы ИБП является основным показателем при выборе таких устройств для конкретного оборудования. Время автономной работы ИБП зависит от мощности нагрузки и емкости аккумуляторных батарей АКБ. К ответственным потребителям можно отнести серверы, схемы управления отопительными котлами, сложное лабораторное оборудование для проведения циклических исследований, медицинское оборудование для систем обеспечения жизнедеятельности. Для более точного расчета времени автономной работы источника бесперебойного питания ИБП при работе от аккумуляторных батарей АКБ для ответственных потребителей, формула для расчета должна учитывать коэффициент полезного действия КПД инвертора (обычно это значение 0,75...0,8), количество АКБ в батарее, степень износа АКБ, глубину разряда АКБ (0,8...0,9. Аккумуляторные батареи снижают свою емкость до 5% на каждый градус превышения температуры после 40С.) , коэффициент доступной емкости аккумуляторной батареи (он определяется из соотношения значений емкости в режиме разряда АКБ и температуры окружающей среды), температуру окружающей среды (при повышении окружающей температуры выше 25С необходимо снизить мощность нагрузки ИБП на 20% для каждых 10С превышения температуры.).

При выборе источника бесперебойного питания лучше покупать ИБП с дополнительными возможностями , например с возможностью подключения стабилизатора, дополнительных зарядных плат. Такая конфигурация ИБП позволит сэкономить в будущем при увеличении мощности нагрузки.

Расчет индивидуальной конфигурации источника бесперебойного питания ИБП лучше отдать специалистам.

Чтобы выполнить расчет времени работы блока бесперебойного питания в автономном режиме, воспользуйтесь усредненными показателями для большинства ИБП. К примеру, время автономной работы при полной нагрузке составляет от 4 до 8 минут, в соответствии, с уменьшением нагрузки этот период увеличивается в той же прогрессии. А можно избежать расчетов и использовать специальные таблицы, в которых определена временная шкала для всех типов ИБП с разбивкой по величинам мощности в нагрузках и емкости встроенных АКБ. При этом следует понимать, что указаны только усредненные данные, которые рассчитаны производителями в качестве оценочных.

В частности, временные параметры приводятся для наиболее идеальных условий работы ИБП, в том числе и в температурном режиме 20-25°С. Но в реальности условия эксплуатации могут значительно отличаться, что также отражается на эффективности работы аккумуляторов источников бесперебойного питания.

Чтобы максимально точно определить временной период автономии АКБ и ИБП, необходимо учесть множество параметров, которые различаются в каждом конкретном случае. Следует использовать специальную формулу, чтобы получить данные по упрощенно-приблизительному времени автономной работы ИБП от аккумуляторных батарей:

Е - показатель емкости АКБ (Ач)

U - показатель напряжения аккумулятора (В)

P - показатель мощности установки нагрузки ИБП (Вт)

Время автономной работы ИБП зависит во многом от уровня его мощности и объема аккумуляторной батареи. К наиболее требовательным нагрузкам относятся управляющие схемы для котлов отопления, для сервера, сложнейшего оборудования лабораторий по проведению циклических экспериментов, а также различного медицинского оборудования. К слову, именно сочетание этих двух характеристик позволяет гибко приспосабливать данное оборудование к самым разнообразным условиям за счет существования моделей с различным их соотношением.

Здесь можно наглядно оценить многообразие моделей

Важно! Чтобы выполнить наиболее грамотные расчеты автономной работы ИБП от аккумуляторных батарей для таких потребителей в вышеназванной формуле следует сделать скидку для:

• КПД инвертора, значение которого варьируется в диапазоне 0,75 - 0,8,
• количества аккумуляторов в одном устройстве
• степени изношенности АКБ
• глубины разряда - 0,8 - 0,9

Кроме того, емкость также снижается в зависимости от увеличения температуры в помещении – 1 градус после 40°С – на 5%. Специалисты рекомендуют вообще после 25°С снижать мощность нагрузки источника бесперебойного питания на 20% для каждых десяти последующих пунктов температуры.

Чтобы иметь возможность пользоваться ИБП как можно дольше, рекомендуется в выборе устройства обращать внимание на его дополнительные функции. В частности, подключение дополнительных зарядных плат или стабилизатора. В результате использования таких возможностей вы сможете значительно увеличить работоспособность ИБП, что даст в будущем неплохую экономию. При этом лучше доверить специалистам выполнять индивидуальный расчет параметров конфигурации ИБП.

Немного теории

Для расчета времени работы источника бесперебойного питания (ИБП) с какой-либо нагрузкой, нужно знать емкость аккумулятора, которая выражается в ампер-часах (А*ч). Однако, в характеристиках ИБП обычно пишут не ампер-часы, а воль-амперы (В*А), то есть пишут мощность. Но это не просто мощность, а идеальная выходная мощность, придуманная маркеторогами. Ключевое слово здесь - "идеальная". То есть такая, которой в реальном мире не может быть. Обозначим ее как Pideal .

Более честные производители указывают эффективную мощность, которая традиционно выражается в ваттах. Обозначим ее как Peffective . Эффективная мощность получается из идеальной путем умножения на коэффициент мощности:

Peffective = k * Pideal

Чему же равен коэффициент мощности k ? В ИБП на выходе устанавливается инвертор, который преобразует 12В, выдаваемых аккумулятором, в 220В, требуемых для питания подключенных устройств. Так как выдаваемый ток переменный, то потеря мощности составляет 1/sqrt(2)=0.70. Плюс исключаем из этой мощности питание самой схемы бесперебойника, и получим коэффициент примерно равный 0.6.

Например, обычный офисный бесперебойник APC Smart UPS 500 имеет мощность 500 В*А. Эта та идеальная мощность, которую может обеспечить аккумуляторная батарея, установленная внутри ИБП. Эффективная мощность, согласно нашей формуле и коэффициенту, будет всего лишь 0.6 от идеальной, т. е. 300 Вт.

Теперь вопрос. Почему мы вначале писали вольт-амперы, а потом стали писать ватты? И то и то является единицей измерения мощности. Традиционно, в вольт-амперах пишут идеальную мощность, а в ваттах - эффективную мощность. Но это величины одной и той же размерности.

Вычислении времени работы устройства

Теперь поймем, как вычислять время работы устройства, запитанного от ИБП. Например, у нас есть управляемый роутер Cisco, который потребляет 50 Вт. Что значит потребляет 50 Вт? Это значит, что в час он для своей работы потратит 50 Вт мощности. То есть, на самом деле, надо бы писать 50 Вт/ч. Обозначим эту величину как Dpower (power demand - расход мощности).

У нас ИБП имеет запас эффективной мощности всего 300 Вт. Это значит, что если оборудование потребляет 50 Вт/ч, то хватит нашего ИБП на:

300 Вт / 50 Вт/ч = 6 ч

То есть, формула для расчета времени будет такой:

T = Peffective / Dpower

То есть, если Dpower будет в размерности Вт/ч, то время получится в часах.

И в заключение, немного бреда

Глядя на размерности мощности (вольт*ампер), вспоминаем из школьного курса физики формулу электрической мощности:

P = U*I

Где:

• P - это мощность батареи, выражается в вольт-амперах (В*А),
• V - это напряжение батареи, выражается в вольтах (В),
• I - это сила тока, генерируемая батареей, выражается в амперах (А).

Теперь, зная что в бесперебойниках обычно стоят аккумуляторы с напряжением 12В, Мы можем узнать силу тока, которую способен дать аккумулятор:

I = P/U = 500/12 = 41,6 А

Ох, нифига себе, 41,6 А! Это что же за ток такой? Это нормальный ток. Просто это ток короткого замыкания, когда нет никакого сопротивления, причем ток, расчитанный исходя из идеальной мощности. Но вы же не будете коротить аккумулятор, вы же будете подключать к ИБП нагрузку.