Источники бесперебойного питания
- Подробности
- Опубликовано 01.08.2018 11:17
Во всех сферах жизни мы все больше зависим от наличия электричества. В случае временного его отсутствия, можно защитить себя с помощью систем аварийного питания, включая источники бесперебойного питания (ИБП).
Рис. 1. Серия электропитания Tajfun Eco PLUS 1 Fast Group. Фотография: FAST GROUP
Скачки и перебои в подаче электроэнергии, колебания частоты и возникновение гармоник являются причинами неконтролируемых перерывов в работе отдельных компьютеров и их систем, серверных комнат и дата-центров, телекоммуникационных устройств, остановок машин и технологических линий, сбоев в работе банков и офисов, администрирования и т. д. Чтобы предотвратить их, должна быть установлена гарантированная система электропитания, которая может обеспечить непрерывность электроснабжения и часто улучшит его качество. Его основными компонентами являются источники бесперебойного питания ИБП - индивидуальные или центральные. Лучшие источники бесперебойного питания можно найти в магазине Рикстон.
При их выборе необходимо учитывать стандартизацию, ряд решений, которые обеспечивают эффективный мониторинг источников питания, а также децентрализацию и доступность. Современные источники питания используют модульную конструкцию, обеспечивая высокий уровень масштабируемости.
В промышленных условиях источники питания изготавливаются в корпусах, устойчивых к внешним факторам. Некоторые конструкции корпуса усилены, что защищает от физического повреждения, а также от жидкостей и загрязнений. Следует упомянуть внутренние схемы, которые также позволяют работать в блоке питания в случае отказа одного из его компонентов. На практике используются три типа (режимы работы) источников бесперебойного питания. В режиме максимального повышения мощности (IEC62040 -3 VFI) двойное преобразование обеспечивается на самом высоком уровне. Потребители имеют защиту от помех различных типов, поступающих от сети, но с немного более низким уровнем эффективности. Если устройство работает в режиме максимальной энергосбережения (IEC 62040 -3 VFD), тогда ситуации распознаются, когда фильтр не требуется, а байпасная линия позволяет проходить потоку энергии. Такое решение обеспечивает эффективность на уровне 99%, но с меньшей защитой по сравнению с режимом VFI.
В случае третьего режима: высокая эффективность и мощность (IEC 62040-3 VI) путем компенсации возмущений в виде коэффициента мощности нагрузки, снижения и увеличения напряжения питания или THDi, энергетическая нагрузка генерируется инвертором. В этом режиме работы, в зависимости от входных значений параметров линии электропередачи, эффективность составляет 97- 98,5%.
Для обеспечения наивысшего уровня безопасности принимаемых приемников используются резервные системы аварийного питания. По умолчанию все источники питания работают, разделяя нагрузку одинаково друг на друга. Тем не менее, не все из них должны работать для питания приемников. На практике наиболее распространенными являются резервные системы «N + 1», поэтому определенное количество блоков («N») ИБП должно работать, чтобы обеспечить достаточную мощность системы для питания приемников. Отказ или отключение одного ИБП не влияет на непрерывность подачи питания на приемники. Такое подключение ИБП называется параллельной оперативной системой, и при необходимости обеспечивается возможность расширения системы с дополнительными источниками питания. Резервные системы намного надежнее, чем один ИБП.
Рис. 2. ИБП Socomec Delphys GP от 160 до 800 кВт. Фото: SOCOMEC
Рис. 3. Модульный источник питания UPScale RI22 с мощностью 2x20 кВт, установленный в стойке любого производителя. Фотография: FAST GROUP =
В онлайн-ИБП выходная система полностью изолирована от входа, что обеспечивает двойную обработку. Схема выпрямителя постоянно преобразует напряжение сети, что приводит к переменному напряжению в цепи инвертора. Это решение обеспечивает стабильность выходного напряжения, а также устойчивость к перебоям питания и помехам. Если на входе происходит перепад напряжения, инвертор постоянно питается от аккумулятора, потому что он постоянно подключен к нему. На выходе нет помех, так как коммутационная система работает немедленно. Сетевые источники питания очень часто используются в приложениях с большими нарушениями входного напряжения, чаще всего с потреблением мощности более 5000 ВА.
В качестве преимуществ сетевых источников питания мы должны упомянуть прежде всего о сопротивлении большим входным помехам, предотвращении любых прерываний входного напряжения и использовании встроенной системы коррекции коэффициента мощности. Также говорится о недостатках онлайновых систем, таких как большая масса устройства и более высокая цена по сравнению с традиционными решениями. Цена таких источников питания в значительной степени обусловлена необходимостью выпрямителя, инвертора и трансформатора со значительной мощностью. Вы должны также учитывать возникновение сетевых потерь. Таким образом, долговечность устройства короче - в результате увеличения рабочей температуры и дополнительного охлаждения; Сетевые источники питания также громче, потому что шум создает непрерывную работу инвертора.
Другое дизайнерское решение - это автономные источники питания. В устройствах этого типа ожидается подключение напрямую к сети и зарядка батарей небольшим током. В электросети блок питания имеет только систему управления, которая минимизирует потери энергии. Непрерывный анализ напряжения питания важен для обнаружения всех изменений в его параметрах. Если есть помехи, источник питания отключит электропитание, а приемник будет питаться от батарей. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока от батареи в переменное напряжение, которое присутствует на выходе блока питания. Система управления синхронизирует фазу инвертора с питанием от сети, чтобы уменьшить помехи и прерывания выходного напряжения во времени, при переключении с сети на аккумулятор и наоборот. Отсутствие синхронизации может привести к потере напряжения, например, в начале верхней половины синусоидальной волны на входе, а инвертор даст начало нижней половине на выходе. Даже при немедленном переключении на выходе могут появиться две последовательные половинки синуса. В результате может возникнуть задержка, вызванная неадекватной начальной фазой инвертора, которая составляет дополнительные 10 мс (при 50 Гц).
В качестве преимуществ этого типа решений мы в основном упоминаем небольшие потери энергии при работе в сети и, следовательно, большую долговечность и бесперебойную работу в результате низкой рабочей температуры. Следует отметить также низкую стоимость владения, благодаря меньшему количеству компонентов блока питания. Стоит отметить, что инвертор создает шум только во время работы в аварийном режиме.
Однако автономные источники питания также имеют недостатки. В основном это касается интерференции входного напряжения, которое также может влиять на выход устройства. Важным недостатком является также отсроченная реакция после перепада напряжения (несколько миллисекунд). Однако, если на устройство подается питание с включенным режимом питания, разрыв в 10 мс будет незаметным. Это связано с тем, что в соответствии с действующими стандартами выходное напряжение от источника питания должно поддерживаться не менее 10 мс. Во время переключения рабочего режима на выходное напряжение могут быть введены помехи. Автономные источники питания часто используются для питания отдельных стационарных персональных компьютеров.
ИБП - новые разработки?
По моей оценке, ИБП застопорились в течение некоторого времени - отсутствуют новые концепции и решения. Каждый производитель принял свою философию, технологии и пытается их развивать. В настоящее время среди лидеров борьба по параметрам разыгрывается десятыми процентами. Растет интерес к модульным технологиям, что очень радует, в частности, они созданы еще в 2004 году, представив первые модули «горячей замены» без единого отказа.
Несмотря на развитие рынка гарантированного энергоснабжения и осведомленности потребителей в России, мы все еще видим огромное давление на цену, что создает большое пространство для более качественных продуктов с гораздо более худшими параметрами. Формула открытых торгов и критерий самой низкой цены усиливают эту рыночную патологию, а это значит, что наш рынок имеет форму иную, чем западные рынки. Мы надеемся, что в последующие годы участие ведущих производителей будет методично повышать информированность потребителей, что позволит нам избежать ловушки ценового критерия на 100%, где будут вознаграждены лучшие технологические продукты.
Промышленные источники питания - это сегмент, в котором цена не играет такой важности и предназначена только для противовеса для расчета возможных потерь, связанных с прекращением производства. Важна качественная и безотказная работа. Промышленные ИБП включают высококачественные промышленные источники питания с использованием суперконденсаторов. Это позволяет снизить эксплуатационные расходы и обеспечить лучшую эксплуатационную надежность и бесперебойную работу системы с меньшими затратами на обслуживание. Срок службы таких систем составляет более 20 лет. В случае более длительных периодов резервного питания они могут использоваться вместе с генераторами энергии в тандемных системах.
Имеются конфигурации как на низком напряжении (400 В), так и на среднем напряжении, что позволяет задействовать всю производственную установку, защищая ее от сбоев питания, не мешая установке всего зала.
Разумеется, важными параметрами, на которые следует обратить внимание, являются: эффективность ИБП в режиме двойной обработки в диапазоне 25-100% (производители часто обеспечивают эффективность только на одном рабочем месте, где эта эффективность самая высокая), коэффициент мощности, выраженный в кВА и в кВт. Вы также должны выбрать поставщика, который имеет стабильную базу обслуживания (собственный опытный сервис) и склад запасных частей.
Рис. 5. Один из решений COMEX. Фотография: COMEX
Современные источники бесперебойного питания ИБП используют модульную конструкцию, поэтому полный блок питания состоит из модулей в виде панелей. Каждый модуль имеет свой центральный процессор, выпрямитель, инвертор, зарядное устройство, а также батареи, служебный байпас, панель управления и управления. Это решение представляет собой систему без единичных точек отказа. Если необходимо заменить или установить новые модули, никакие дополнительные кабельные соединения не могут быть выполнены при включенном устройстве. Такое решение не предоставляет модули, выполняющие главную роль, поскольку все модули могут выполнять функцию ведущего устройства, которое отвечает за управление всей системой. Поэтому, в случае отказа одного из модулей, следующий может взять на себя его роль. Модульные аварийные источники питания имеют одну функцию - масштабируемость. Это означает возможность увеличения мощности во время работы устройства с учетом спроса на электроэнергию. Стоит отметить, что в случае традиционных источников питания целевая мощность должна рассматриваться немедленно. Современные источники питания спроектированы с использованием технологии безтрансформатора, которая обеспечивает эффективность около 95% при низком уровне гармонического содержания во входном токе (25-100% нагрузки <3,5%). Коэффициент входной мощности близок к 1 во всем диапазоне нагрузок (25-100% нагрузки <0,92-0,99).
Рис. 6. Модульная конструкция и простая настройка комплектов ИБП. Фотография: COMEX
В современных ИБП, особенно тех, которые используются в промышленных системах, существует множество вариантов обмена данными. Следовательно, с помощью соответствующих коммуникационных интерфейсов блок питания может взаимодействовать с пультом дистанционного управления и сигнальными панелями. В основном используются последовательные порты RS-232, RS-485 и, например, протоколы связи JBUS / MODBUS или PROFIBUS. Порт Ethernet используется все чаще и чаще, когда источник питания получает свой собственный IP-адрес. В результате устройство можно управлять через http, https, telnet или ssh. Многие устройства также используют коммуникационные технологии GPRS и протокол SNMP.
Рис. 7. Одно из приложений, реализованных Socomec - 4 x Delphys GP 500 кВт.
Современное программное обеспечение, сотрудничающее с ИБП, обеспечивает визуализацию функций, которые выполняет электропитание. В основном это касается регистрации любых изменений в статусе работы и отправки соответствующей информации в виде предупреждений и сообщений другим устройствам, работающим в сети. Программное обеспечение может отправлять электронную почту или смс на конкретные адреса и номера телефонов. Многие приложения используют GPRS-модем для обмена данными. Программное обеспечение может выполнять диагностические тесты ИБП и предоставлять результаты проверки в графической форме. Что касается критических событий, то контролируется время автономной работы, уровни нагрузки и состояние заряда аккумулятора. В более сложных установках программное обеспечение контролирует работу нескольких источников питания. Стоит обратить внимание на функциональность в области автоматического закрытия серверов и компьютеров с питанием в то время, когда простоя питания отключены. Учитывается строго планируемый график исключения. Также контролируются параллельные системы ИБП и резервные источники питания.