Купить в магазине компании «аккутрэйд плюс. Источники бесперебойного питания постоянного тока Некоторые важные аспекты выбора емкости АКБ

Такая неопределенность и ненадежность сети, другими словами – негарантированность ее параметров, может быть уменьшена параллельным подключением резервного источника, который питает нагрузку при перерывах во внешнем электроснабжении. Роль резервного источника могут выполнять дизель-генераторные установки, мощные маховики (запасающие кинетическую энергию), топливные элементы и т. д., но наиболее широкое распространение получили аккумуляторные батареи. Аккумулятор в процессе разряда, отдачи в виде электрической энергии запасенной в нем химической энергии, способен стабилизировать напряжение. У графика разряда аккумулятора есть пологий участок (в отличие, например, от конденсатора, кривая разряда которого представляет собой экспоненту). А так как аккумулятор – это устройство, рассчитанное на постоянный ток, то для его согласования с сетью переменного тока необходимо последовательно включить один или несколько выпрямителей. В результате мы получим буферную схему питания, наиболее широко применяемую сегодня благодаря ее простоте и надежности.

ЭПУ обеспечивает постоянное питание

Источник бесперебойного питания – это комплекс оборудования для производства или преобразования и накопления электрической энергии, предназначенный для электропитания нагрузки с требуемым качеством от независимых источников энергии и обеспечивающий бесперебойность питания при переходе с одного источника энергии на другой. Частным случаем источника бесперебойного питания является электропитающая установка, или ЭПУ, предназначенная для питания нагрузки постоянным током. Современная ЭПУ – это буферная система электропитания без регулирования напряжения в процессе разряда и заряда аккумуляторной батареи: батарея включена в параллель с выпрямителями и нагрузкой и обеспечивает питание нагрузки при перерывах во внешнем электроснабжении. Эта схема наиболее надежна за счет своей простоты и сегодня не имеет альтернативы.

Принципы построения ЭПУ

Практически все ЭПУ имеют модульную конструкцию, могут комплектоваться различным числом выпрямителей, в зависимости от величины нагрузки, типа и емкости аккумуляторных батарей, требований надежности, конструкции установки. Электропитающие устройства одной и той же мощности – 15 кВт (48 В, 300 А) – могут быть составлены из выпрямителей на 100 А (3 – 5 шт.), на 25 А (12 – 16 шт.) и на 1, 5 кВт (10 – 14 шт.) и т. д., иметь возможность дальнейшего изменения мощности (от этого может зависеть тип контроллера и распределительных устройств) и др.

Основные принципы построения электропитающей установки:

• модульность (т. е. комплектация ЭПУ выбирается с учетом требований питания конкретной нагрузки);
• масштабируемость (величина мощности ЭПУ регулируется путем установки дополнительных выпрямителей);
• резервирование , благодаря которому отказ одного или даже двух выпрямителей не приводит к отказу ЭПУ;
• мониторинг и диагностика неисправностей.

• низкочастотные, к которым относятся диоднотиристорные и тиристорные выпрямители, работающие на частоте промышленной сети;
• высокочастотные, иначе называемые выпрямителями с бестрансформаторным входом и высокочастотным преобразованием.

Для современного телекоммуникационного оборудования, в том числе и оборудования электропитания, характерно сокращение предполагаемого срока эксплуатации. Причина – быстрое моральное старение. Еще в недалеком прошлом средний срок службы оборудования составлял 20 лет и определял время, в течение которого ремонтировать оборудование было целесообразно. Сейчас при выборе оборудования электропитания, особенно расположенного вне крупных коммутационных центров, в высокоразвитых странах ориентируются на 5 лет. Это обусловлено все ускоряющимся развитием технологий, появлением более эффективных компонентов, изменением требований эксплуатации. Более частая смена оборудования экономически может быть оправданна только при увеличении его надежности, сокращении эксплуатационных расходов и повышении удобства обслуживания.

В настоящее время предлагаемое производителями оборудование позволяет обеспечить электропитание любого объекта с требуемым качеством. Необходимо только ответственно подходить к выбору источника бесперебойного питания и рассматривать задачу обеспечения надежности в масштабах всей системы электропитания.

Структура ЭПУ

Во всех режимах работы электропитающей установки сохраняется параллельное соединение выпрямителей, аккумуляторной батареи и нагрузки. В нормальном режиме выпрямители обеспечивают питание аппаратуры связи и содержание батареи в режиме постоянного подзаряда. При пропадании напряжения сети переменного тока или его отклонении за допустимые пределы работа выпрямителей прекращается – нагрузка переходит на питание от аккумуляторной батареи, работающей в режиме разряда. При восстановлении напряжения в сети переменного тока возобновляется работа выпрямителей, которые обеспечивают питание нагрузки и заряд аккумуляторной батареи.

Из-за значительных изменений напряжения на выходе ЭПУ, диапазон которых определяется минимально допустимым напряжением разряда батареи и максимальным напряжением ее эксплуатационного заряда, эта схема может использоваться лишь для аппаратуры, рассчитанной на широкие диапазоны изменения напряжения питания.

В случае, если часть нагрузки рассчитана на узкий диапазон изменения питающего напряжения или требует для своего питания напряжения другого номинала, в состав электропитающей установки может быть включен вольтодобавочный конвертер или преобразователь напряжения.

Зачастую в состав ЭПУ включают инверторы для питания части потребителей, требующих для своей работы переменного тока. Суммарная мощность потребителей переменного тока не должна превышать 10%от мощности ЭПУ.

Высокочастотные выпрямители – основа ЭПУ

В настоящее время для новых и модернизации старых электропитающих установок используют высокочастотные выпрямители с бестрансформаторным входом, поэтому рассмотрим их более подробно.

Современный выпрямитель можно разделить на две соединенные последовательно составные части: бестрансформаторный выпрямитель сетевого напряжения с блоком коррекции коэффициента мощности и преобразователь напряжения. Корректор коэффициента мощности минимизирует искажения входного тока за счет обеспечения постоянного потребления мощности внешней сети (коэффициент мощности близок к 1, 0) и повышает выходное выпрямленное напряжение до уровня 350 – 400 В. Выпрямленное напряжение поступает на преобразователь, который состоит из инвертора (вырабатывает прямоугольное напряжение высокой частоты), понижающего трансформатора и выпрямителя.

По частоте преобразования выпрямители можно условно разделить на группы:

30 – 50 кГц. На этих частотах работали первые выпрямители, появившиеся 25 – 30 лет назад. Принцип работы – широтно-импульсная модуляция (ШИМ). К достоинствам можно отнести высокую ремонтопригодность устройств, к недостаткам – относительно низкую надежность (средняя наработка на отказ, MTBF, – менее 100 тыс. ч);

60 – 120 кГц. Принцип работы – ШИМ. Выпрямители с корректором мощности на входе не вносят искажений в питающую сеть. Такие частоты преобразования используются в большинстве современных однофазных выпрямителей;

300 – 400 кГц. Принцип работы – фазово-резонансная коррекция. На входе устанавливается корректор мощности.

В настоящее время на частотах менее 50 кГц, как правило, работают либо мощные трехфазные выпрямители, либо, наоборот, маломощные дешевые выпрямители без корректоров мощности. Выпрямители мощностью менее 2 кВт обычно являются однофазными, мощностью более 2 кВт – трехфазными. В составе ЭПУ однофазные выпрямители можно подключать к разным фазам питающей сети, что позволяет повысить устойчивость работы ЭПУ при ненадежном электроснабжении и возможном пропадании одной фазы.

Большая часть современной нагрузки питается, как правило, через преобразователи постоянного напряжения (DC/DC), поддерживающие с высокой степенью точности свои выходные параметры (напряжение и ток) независимо от изменения напряжения на входе, т. е. нагрузка потребляет постоянную мощность. Специально для питания такой нагрузки существуют выпрямители с ограничением выходной мощности, использование которых в буферных системах питания позволяет уменьшить количество выпрямителей в системе на 20%по сравнению с ЭПУ на базе выпрямителей с ограничением выходного тока.

Важной характеристикой выпрямителей, особенно для электропитающих установок сельских АТС, является их способность сохранять работоспособность при значительных отклонениях входного сетевого напряжения. Для таких условий можно найти однофазные выпрямители, сохраняющие работоспособность в диапазоне входного напряжения от 100 до 300 В.

Необходимо отметить, что при снижении входного напряжения увеличивается ток, потребляемый из внешней сети, а это в свою очередь требует изменения параметров устройств защиты (предохранителей или автоматических выключателей) на входе выпрямителя, что может снизить эффективность их работы. Чтобы избежать этого, производители оборудования ограничивают минимально допустимое напряжение на входе выпрямителя (при котором сохраняются все его параметры) на уровне примерно 175 В. При дальнейшем снижении входного напряжения пропорционально, снижается выходная мощность выпрямителя.

Контроллер ЭПУ –

важный элемент современных установок. Помимо мониторинга текущих параметров оборудования ЭПУ, управления температурной компенсацией напряжения подзаряда аккумуляторной батареи и сохранения в памяти всех изменений режимов работы и аварий оборудования, контроллер может управлять последовательным отключением второстепенных нагрузок при пропадании внешнего электроснабжения и при работе от батареи, обеспечивая более продолжительную работу приоритетных потребителей. Некоторые контроллеры позволяют не только управлять работой самой электропитающей установки, но и осуществлять мониторинг всего здания – от электрооборудования до системы охраны.

Резко повысить надежность системы питания можно за счет расширения возможностей диагностики неисправностей оборудования. В процессе диагностики дистанционно передается сигнал не о произошедшем уже отказе того или иного элемента (например, не работает выпрямитель или отключилась аккумуляторная батарея), а еще только о симптомах неисправностей: о нарушении режима работы элементов выпрямителя (хотя сам выпрямитель еще работает) или об изменении распределения напряжения на элементах батареи.

Надежность буферной схемы питания определяется надежностью аккумуляторной батареи. Это утверждение может показаться спорным, но отказ любого выпрямителя не должен приводить к отказу ЭПУ, так как есть резервные выпрямители; в то же время отказ батареи, который проявляется, как правило, при отсутствии внешнего электроснабжения, приводит к нарушению питания нагрузки. Кроме того, обычно напряжение на батарее определяется выпрямителями, а не самой аккумуляторной батареей. Таким образом, выпрямители контролируются постоянно, а батарея – преимущественно во время разряда. Поэтому важной функцией контроллера является мониторинг аккумуляторной батареи, который включает в себя:

• температурную компенсацию напряжения подзаряда;
• оценку степени заряженности батареи;
• управление отключением батареи в конце разряда с защитой от ложного срабатывания;
• ограничение тока заряда;
• периодическое тестирование батареи.

Основные функции ЭПУ

Принудительное деление нагрузки

Номинальное значение выходного напряжения выпрямителя изменяется автоматически регулятором схемы деления нагрузки (активное деление) или за счет наклона выходной характеристики выпрямителя (пассивное деление) таким образом, что при параллельной работе нескольких выпрямителей все они имеют близкие значения выходного тока.

Переключение установок выходного напряжения

Режим работы без аккумуляторной батареи (2, 06 В в расчете на 1 элемент) используется для питания нагрузок с узкими допустимыми пределами питающего напряжения (например, в системах с отделенной от нагрузки аккумуляторной батареей или в системах без батарей). Кроме того, данный режим используется при тестировании аккумуляторных батарей. Все параллельно работающие выпрямители жестко переключены на 2, 06 В/эл. Выпрямители переключаются на этот режим автоматически, одновременно с началом тестирования батареи.

Режим подзаряда (режим содержания) (от 2, 21 до 2, 30 В/эл.) используется для нормальной работы всех выпрямителей. Значение требуемого выходного напряжения зависит от типа используемой батареи.

Режим заряда аккумуляторной батареи (от 2, 31 до 2, 40 В/эл.) . Чтобы сократить время заряда батареи, все выпрямители могут быть переключены в режим 2, 31 – 2, 40 В/эл. Значение требуемого зарядного напряжения зависит от типа используемой батареи.

Температурная компенсация зарядного напряжения. Напряжение в режиме содержания изменяется обратно пропорционально температуре батареи в соответствии с температурным коэффициентом. Выходное напряжение уменьшается при повышении температуры батареи и увеличивается при ее снижении. Температурный коэффициент задается производителем батарей и должен быть установлен соответственно типу используемой батареи.

Контроль батареи

Защита от глубокого разряда производится путем отключения батареи от системы, когда напряжение падает ниже установленного порога. Для этой цели в цепи постоянного тока последовательно с батареей или нагрузкой установлен блок контроля с мощным контактором, отключающим нагрузку (Low Volt Disconnect – LVD). Аккумуляторная батарея отсоединяется, когда напряжение батареи и нагрузки становится ниже установленного значения. Батарея подключается и заряжается, как только появится напряжение на выходе выпрямителей.

Тест батареи выполняется при переключении выпрямителей в режим 2, 06 В/эл. Они готовы к работе, но не питают нагрузку – нагрузка получает весь ток от батареи. Система остается в этом состоянии до истечения контрольного времени испытания или до тех пор, пока напряжение батареи не упадет до установленного значения. После этого выпрямители восстанавливают нормальный режим подзаряда батареи. Тест батареи может включаться автоматически (по команде контроллера) или вручную. Кроме того, тест может быть запущен после обнаружения асимметрии батареи.

Измерение асимметрии. Напряжение в средней точке батареи сравнивается с половиной напряжения на нагрузке. В тех случаях, когда различие между этими двумя показателями превышает установленное значение, выдается соответствующий аварийный сигнал.

Ограничение зарядного тока батареи. Некоторые производители вводят в свои выпрямители функцию ограничения максимального тока заряда батареи до величины, соответствующей рекомендуемому зарядному току (указывается изготовителем батареи), обычно это 0, 1С10 (максимально – 0, 3С10).

Развитие телекоммуникационного оборудования ставит новые задачи в области электропитания как оборудования телекоммуникационных центров, так и активных элементов сети доступа. Новое поколение электропитающего оборудования разработано для выполнения этих задач.

Однако нельзя забывать о том, что источники бесперебойного питания – лишь часть единой системы, включающей в себя заземление, токораспределительную сеть, устройства защиты, автоматики и коммутации в цепях переменного и постоянного тока, фильтры, системы дистанционного контроля, технологическое оборудование, т. е. все, что называется системой электропитания – СЭП. Надежность СЭП зависит не только от типа используемого оборудования, но и от грамотного построения и квалифицированного обслуживания всей системы электропитания.

Многие полагают, что источники бесперебойного питания (ИБП) предназначены исключительно для питания нагрузок переменным током с напряжением 220 или 380 В, однако это не так.

Наиболее распространены ИБП DC со следующими значениями номинального выходного напряжения:

• для охранно-пожарных систем - 12 и 24 В;
• для телекома - 12, 24, 48 и 60 В;
• для энергетики - 110 и 220 В.

Модульные ИБП постоянного тока различных производителей

Специфика конструкции ИБП постоянного тока заключается в следующем:

напряжение на резервной аккумуляторной батарее (АКБ) практически равно напряжению на нагрузке, поскольку, чаще всего АКБ подключена непосредственно к выходу источника через токоограничивающий измерительный шунт и контактор, защищающий АКБ от глубокого разряда;

• для повышения надежности в сферах телекома и энергетики, как правило, примеряют модульные ИБП DC, состоящие из нескольких параллельно включенных выпрямительных модулей.

Вариант структурной схемы ИБП постоянного тока (по материалам ГК «Штиль»)

Вследствие таких особенностей конструкции выходное напряжение ИБП DC не является фиксированным, его значение может меняться в довольно широком диапазоне в соответствии со значениями напряжения заряда/разряда АКБ. Отклонения от номинального выходного напряжения могут составлять до 15%, как в большую, так и в меньшую сторону, а иногда и более того. Однако большинство нагрузок, питающихся постоянным током, допускает подобные отклонения. Если в каком-то отдельном случае это не так, на выходе ИБП необходимо поставить стабилизирующий напряжение конвертор (стабилизатор напряжения постоянного тока).

Выбор ИБП DC по выходному току

При выборе подходящей модели ИБП DC необходимо учитывать, что не весь выходной ток ИБП идет на питание нагрузки - часть его используется для заряда АКБ. Оптимальным является значение зарядного тока, численно равное 10% емкости АКБ, а максимально допустимое значение (как правило) - 30% емкости АКБ (данное значение обеспечит наиболее быстрый заряд). Поэтому ИБП DC нужно выбирать с номинальным выходным током, как минимум, равным сумме значений максимального тока нагрузки и тока заряда АКБ выбранной емкости. Если же требуется резервирование выпрямителей (например, по схеме N+1), следует добавить по крайней мере один избыточный выпрямитель.

Емкость АКБ, в свою очередь, выбирается исходя из требуемого времени автономной работы нагрузки (времени резервирования). Допустим, максимальный ток нагрузки составляет 100 А, для обеспечения нужного времени резерва требуется АКБ емкостью 200 А*ч, а зарядить разряженную АКБ нужно максимально быстро, поэтому берем максимально допустимое значение зарядного тока эквивалентное 30% от емкости аккумуляторной батареи. Тогда ИБП должен обеспечить номинальный выходной ток равный 160 А (считаем по формуле 100 + 0,3 х 200 = 160 А).

Некоторые важные аспекты выбора емкости АКБ

Определять требуемую емкость лучше всего по характеристикам разряда постоянной мощностью, а не постоянным током. Связано это с тем, что большинство нагрузок ИБП DC имеют стабилизированные вторичные источники питания, обеспечивающие фиксированную потребляемую мощность в широком диапазоне питающего напряжения, следовательно, потребляемый такой нагрузкой ток меняется (растет) при снижении напряжения на АКБ в процессе ее разряда.

Большинство ИБП DC имеют функцию защиты от глубокого разряда АКБ, однако значение напряжения, при котором происходит отключение батареи, у ИБП разных производителей может отличаться. Отдаваемая же емкость АКБ (иными словами, кривая разряда) зависит от значения напряжения, до которого данная АКБ разряжается. Это также следует учитывать при выборе АКБ.

Импульсные и линейные источники питания в ИБП DC

Чаще всего в ИБП DC применяются выпрямители с высокочастотным преобразованием (импульсные источники питания), пульсации на выходе которых довольно велики. Иногда значения таких пульсаций нормируются ведомственными документами. В частности, пульсации нормируются в отрасли связи, поэтому ИБП DC предназначенные для телекома должны соответствовать определенным нормативам. Там где большие пульсации особенно не желательны, например, при питании некоторых категорий видеокамер, применяются ИБП на базе выпрямителей, построенных по линейной схеме (линейные источники питания).

Охлаждение

ИБП DC производятся как с естественным охлаждением (без встроенных вентиляторов), так и с принудительным охлаждением. В последнем случае вентиляторы встраиваются либо в выпрямительные модули, либо в корзины, в которых эти модули установлены. У каждого варианта охлаждения есть свои достоинства и недостатки, а выбор ИБП по варианту охлаждения зависит от площади, выделенной под ИБП, от запыленности помещения и т. д.

Наличие контроллера

Для отраслей энергетики и телекоммуникаций, как правило, используются ИБП DC оснащенные многофункциональными контроллерами, обеспечивающими возможность расширенной настройки различных параметров (например, параметров заряда и защиты АКБ), а также возможность локального и удаленного мониторинга ИБП, аккумуляторной батареи или всего объекта в целом. Часто в таких ИБП имеются датчики температуры АКБ, обеспечивающие оптимальный процесс заряда АКБ для продления их реального срока службы.

Контроллеры для ИБП постоянного тока различных производителей

Использование дополнительных инверторов

Часто, при наличии на объекте мощного ИБП DC, работающего в комплекте с АКБ большой емкости, возникает необходимость запитать нагрузку переменным напряжением 220 или 380 В. Одним из вариантов решения такой задачи является установка на выходе ИБП инверторов - преобразователей постоянного напряжения в переменное.

Инверторы различных производителей

Следует учитывать, что в этом случае диапазон входного напряжения инвертора должен быть не уже диапазона выходного напряжения ИБП. Экономить на инверторах рискованно. Как правило, дешевые модели имеют большую амплитуду пульсаций потребляемого тока, что приводит к существенному сокращению службы АКБ. Помните об этом.

Группой компаний «Штиль» разработан широкий модельный ряд источников бесперебойного питания постоянного тока серии «PS». Они предназначены для обеспечения гарантированного электроснабжения постоянным напряжением 12, 24, 48 или 60 В охранно-пожарных систем, оборудования для видеонаблюдения, систем контроля и управления доступом, домофонов, электрических кодовых замков и других приборов, которым необходимо бесперебойное питание постоянным током.

ГК «Штиль» предлагает модели ИБП постоянного тока в различном конструктивном исполнении:

• настенном (исполнения «В», «D» и «E»);
• напольном (исполнения «G» и «G2»);
• рэковом (исполнение «G19» для монтажа в 19-дюймовую стойку).

Все ИБП, кроме рэковых, оснащены отсеком для установки встроенных аккумуляторных батарей емкостью от 7 до 65 Ач в зависимости от модели. Специально для рэковых моделей ИБП постоянного тока разработаны аккумуляторные модули серии «АМТ» для размещения внешних АБ. Обращаем Ваше внимание, что сами аккумуляторные батареи не входят в комплект поставки источников питания и аккумуляторных модулей!

Информация для покупателей:

Источники бесперебойного питания представляющие собой мощные батарейки, способны на протяжении некоторого времени поддерживать разнообразное электрооборудование (особенно важны для компьютеров) до выключения в экстренном режиме. Этого времени достаточно, чтобы правильно закончить работу с оборудованием, сохранить несохранённые данные. На сегодняшний день, когда отключения электроэнергии по разным причинам происходят очень часто, источники бесперебойного питания особо актуальны и востребованы. Их гарантированное время автономной работы в экстренных условиях составляет 10-15 минут, его вполне достаточно для выполнения всех необходимых операций. ИБП постоянного тока можно приобрести в нашем магазине.

Вы в разделе: ИБП постоянного тока

Значения характеристик могут быть изменены производителем без уведомления. Более подробные характеристики товаров Вы можете уточнить у менеджеров компании «Агро Трейдинг» В связи с изменениями и усовершенствовании моделей техники Магазин не несет ответственности за несоответствие указанных здесь характеристик реальным.