Системы и источники бесперебойного питания (ИБП)

О важности работы электронных систем и оборудования в наше время объяснять никому не нужно. Сегодня ни одно ведомство, учреждение или предприятие уже не может работать без такой техники. Но, к сожаленью, из-за помех в электрических сетях нередко происходят поломки во многих электронных блоках и узлах.

К этому могут привести не только аварии на линиях ЛЭП, но и перепады в электросетях, вызванные колоссальной нагрузкой, когда в одно время в электросеть включается большое число единиц техники. Кроме того, перепады напряжения могут вызвать ремонтные работы с использованием электросварки и некоторые другие причины. В некоторых случаях в сети, наоборот, может происходить кратковременный скачок напряжения, что тоже крайне нежелательно для техники.

Такие скачки напряжения могут нанести непоправимый вред работе электронной техники, особенно компьютерной. Всего один скачок может вызвать поломку важного элемента, и труды долгих лет работы могут быть уничтожены буквально в доли секунды.

Чтобы сохранить технику от нежелательных поломок не только во многих организациях, но и в частных домовладениях в настоящий момент все чаще используются источники бесперебойного питания (ИБП). Это обеспечивает защиту электроники и другой техники от непредвиденных электросбоев.

Современная система бесперебойного питания — это автоматическое устройство, которое является источником вторичного электропитания, основное предназначение которого состоит в бесперебойном обеспечении подключенного к нему электрооборудования электрической энергией.

В настоящий момент ИБП выполняют две основные задачи:

• выравнивают скачки электропитания в сети;
• при отсутствии напряжения обеспечивают оборудование питанием.

Используя бесперебойник, можно обеспечить ровную подачу энергии для работы чувствительного оборудования, что в конечном итоге не только оберегает его от поломки, но и помогает владельцам экономить деньги, которые пришлось бы потратить в случае ремонта.

Чаще всего источники бесперебойного питания используют на предприятиях, на которых проблемы в электросети могут вызвать аварии или чрезвычайные ситуации. С появлением компьютерной техники в частных домовладениях ИБП начали нередко использовать в быту. Если в электросетях внезапно пропадает электричество, то бесперебойники еще некоторое время продолжают снабжать систему электричеством. Это позволяет владельцам сохранить данные и завершить работу компьютера в безопасном режиме. Хотя бесперебойник для дома отличается от промышленного, основное предназначение у них одно — обеспечить аварийное электроснабжение.

 

Встречаются следующие типы бесперебойников:

1.ИПБ с переключением (standby UPS или off-line UPS).

 

Если в электросети проблем с электричеством не наблюдается, то в такой системе напряжение на выход подается, минуя аккумуляторную батарею и выпрямитель с инвертором. Если же электроснабжение исчезает или наблюдаются его скачки, то переключатель для питания оборудования подключает к работе цепь с аккумулятором и инвертором. Но для переключения сетей необходимо время, в течение которого происходит небольшой разрыв в напряжении. Поскольку современная аппаратура снабжается импульсными блоками питания, то это переключение происходит незаметно.

Но ИБП Off-Line имеют некоторые недостатки. Они недостаточно хорошо организовывают защиту оборудования от изменений формы и частоты входного напряжения, и его провалов в низкокачественных электрических сетях. При частых переключениях достаточно сложно восстанавливать емкость аккумулятора, а когда осуществляется питание от аккумуляторной батареи, выходное напряжение подается несинусоидальное.

Поэтому использовать бесперебойники Off-Line типа нужно для защиты в сетях, где проблемы с подачей напряжения происходят редко.

2.ИБП, взаимодействующие с сетью (Line Interactive UPS).

Этот вид UPS ИБП очень похож на бесперебойник с переключением, но инвертор у него все время подключен к потребителю, а переключатель расположен рядом с входом. Кроме того, этот вид системы включает автотрансформатор, который регулирует напряжение, подаваемое к оборудованию. При исчезновении электропитания в сети ИБП мгновенно начинает подавать питание от аккумуляторной батареи, если напряжение нормальное, то питание оборудованию подается напрямую от сети. Это обеспечивает широкий диапазон входных напряжений.

Напряжение в электросети контролирует микропроцессор, на который возложены некоторые дополнительные функции — ведение журнала ошибок, включение по расписанию и т.д.

К недостаткам бесперебойников Line Interactive типа можно отнести невысокую точность стабилизации напряжения, что можно исправить при помощи стабилизатора напряжения, их невозможно использовать для создания комбинированной системы, когда ИБП должен работать с током от генератора. Время переключения у таких источников составляет от 4 до 10 мс, поэтому котлы отопления, в которых отсутствует функция автоматического включения, от этих ИБП работать не смогут.

3.Феррорезонансный ИБП (Ferroresonant UPS).

Конструкция феррорезонансного ИБП очень похожа на конструкцию бесперебойника, взаимодействующего с сетью. Но вместо автотрансформатора к его сети подключен феррорезонансный трансформатор, что принципиально меняет работу системы. Этот трансформатор идеально фильтрует любой шум и импульсы, а на выходе ИБП стабилизирует напряжение. Если феррорезонансный трансформатор не может устранить сбои в сети, то система начинает подавать напряжение от батареи.

Основное преимущество феррорезонансного ИБП заключается в том, что при переключении режимов работы в сеть подается электроэнергия, которая преобразовывается от накопленной в феррорезонансном трансформаторе магнитной энергии. Поэтому во время переключения режимов ни на миг не прерывается питание оборудования.

Основной недостаток бесперербойников Ferroresonant типа состоит в том, что ферротрансформатор способен сам исказить выходное напряжение, то при некоторых обстоятельствах осложняет работу оборудования больше, чем сетевые помехи. Кроме того, такие источники бесперебойного питания во время работы могут нагреваться. Работая с современным оборудованием, оснащенным блоками питания, корректирующими коэффициент мощности, феррорезонансные ИБП не могут обеспечить стабильность, что в последние годы повлияло на популярность данных бесперебойников.

4.ИБП с двойным преобразованием энергии.

В качестве выпрямителя для этого ИБП используется мощное устройство, с помощью которого постоянно подзаряжается батарея для бесперебойника, а постоянно работающий инвертор снабжается постоянным напряжением. Нагрузку на оборудование напрямую от электросети передает специальная линия байпас. Для переключения работы системы через байпас используется статический переключатель. При нормальном напряжении для сети вся мощность, необходимая для работы оборудования, проходит через выпрямитель. Здесь переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение, необходимое для питания инвертора и заряда батареи. Инвертор, в свою очередь, для питания нагрузки постоянное напряжение преобразовывает в переменное.

При пониженном напряжении в сети питание инвертора происходит от батареи, как только напряжение на входе системы бесперебойного питания восстанавливается, выпрямитель начинает питать инвертор и заряжать батарею.

К недостаткам этого ИБП можно отнести постоянный износ некоторых силовых компонентов, что снижает надежность этого бесперебойника. Во время его работы отмечается повышенное тепловыделение, что нередко требует дополнительного охлаждения. Он обеспечивает оборудованию повышенную защиту от возможных перепадов энергии, но из-за высокой стоимости ИБП индивидуальные пользователи не часто им пользуются.

 

По топологическому признаку все системы бесперебойного питания можно разделить на два вида.

Распределительная система бесперебойного питания.

Такая система состоит из нескольких ИБП, каждый из них предназначен для защиты отдельной единицы оборудования. Используется эта система достаточно просто, в любой момент к ней можно присоединить еще бесперебойники, не обязательно одной мощности или типа. Каждый элемент распределительной системы подбирается с учетом условий эксплуатации одной единицы оборудования.

Централизованная система бесперебойного питания.

Централизованные источники ИБП состоят из одного мощного бесперебойника, который обеспечивает напряжением все оборудование в здании или на одном этаже. Чаще всего это феррорезонансные ИБП или с двойным преобразованием. Использование одного бесперебойника позволяет существенно сэкономить средства и не допустить проблемы пусковых токов, поскольку одновременно оборудование не запускается. Кроме того, одну единицу всегда легче обслуживать.

Если распределительная система не требует привлечения квалифицированных кадров, то централизованную систему должен обслуживать квалифицированный специалист. Изменить же конфигурацию такой системы достаточно сложно.

Простота использования и несложное техническое обслуживание имеет при установке ИБП большое значение. Чтобы за работой бесперебойника можно было наблюдать, системы ИБП снабжаются дисплеями и светодиодами. При запуске системы бесперебойного питания в автоматическом режиме происходит тестирование ее внутренних узлов, что периодически повторяется.

За работой некоторых источников бесперебойного питания можно наблюдать дистанционно, для чего подключение ИБП к компьютерной системе осуществляется  при помощи интерфейсных кабелей. В большинстве систем можно провести замену аккумулятора, не выключая сам источник и не останавливая питание системы.

Практически все источники бесперебойного питания не вызывают сложностей при установке, они компактны, экономичны, во время эксплуатации не требуют больших затрат, и вместе с тем регулируют напряжение в электросети и при необходимости обеспечивают «аварийное» питание для оборудования. Это максимально защищает оборудование от непредвиденных скачков напряжения, помогает сохранить информацию на электронных носителях, а при отключении электричества позволяет корректно завершить работу. Но стоимость таких систем достаточно высока, и их установка требует приобретения некоторых дополнительных элементов.

 

Выбор ИБП

При выборе системы бесперебойного питания необходимо руководствоваться некоторыми положениями: 

• для защиты какого оборудования необходимо ИБП и на протяжении какого времени оно должно обеспечить непрерывную работу;
• определить проблемы, которые чаще всего возникают в работе вашей электрической сети, это поможет определить тип бесперебойной системы;
• мощность покупаемого ИБП должна примерно на 30% превышать мощность защищаемого оборудования. Чтобы это рассчитать, можно воспользоваться специальными программами, которые можно найти в интернете;
• сколько времени вам необходимо для автономной работы оборудования. В среднем оно составляет до 7 минут, но если необходимо корректно завершить работу сложных систем за более длительное время, то нужно подобрать ИБП с более длительным параметром;
• лучше, если ИБП будет с программным обеспечением, которое будет отображать работу системы;
• выбирайте бесперебойник с несколькими разъемами для оборудования и разъемом для защиты телефонной линии;
• прежде чем купить бесперебойник для дома, необходимо определиться с его местоположением;
• средства управления и индикация у ИБП должны быть понятны;
• лучше, если у системы будет функция замены батареи;
• предпочтительно приобретать ИБП, производители которых предоставляют техническую поддержку.

 При защите оборудования от перепадов напряжения в загородном доме или коттедже самое главное — обеспечить защиту системе отопления. Ее отказ от работы в морозное время может привести к непредсказуемым последствиям. В настоящее время существует немало ИБП для котлов отопления, которые позволяют работать циркуляционным насосам даже при долговременных отключениях напряжения в электросети. При установке комплексных систем ИБП защита будет обеспечена всем инженерным системам дома, включая охранную сигнализацию, водоснабжение, кондиционирование, видео- и аудиосистему и другие коммуникации.

Поскольку в настоящее время газ является наиболее дешевым топливом для обогрева частных владений, то во многих домах системы отопления работают от газовых котлов. Отключения электроэнергии или ее перепады могут привести к остановке этого оборудования. Использование ИБП для газового котла поможет избежать таких проблем, бесперебойник обеспечит безостановочную работу котла. При выборе бесперебойной системы для этих целей необходимо учесть мощность котла и мощность ИБП.

Использование ИБП в офисах поможет не потерять несохраненную на компьютере информацию и выполнить корректное завершение его работы. Выбор бесперебойной системы здесь зависит от оборудования, которое необходимо защитить от перепадов напряжения. Чаще всего это пожарно-охранная сигнализация, АТС, компьютеры и сервер (если он имеется в офисе). Ксероксы и лазерные принтеры потребляют слишком много энергии, поэтому их подключение к ИБП не целесообразно. Для обеспечения бесперебойной подачи напряжения в офисе можно использовать как распределительную систему ИБП, так и централизованную. Окончательный выбор ИБП для офиса можно сделать, оценив площадь всего помещения, количество техники, нуждающейся в защите, и время, необходимое для автономной работы оборудования.

На предприятии проблемы в работе электросетей могут привести к перебоям в работе дорогостоящего электрооборудования, коммуникационной, компьютерной и офисной техники. Это может вызвать остановку оборудования и простой предприятия. Системы ИБП для предприятий устанавливаются наиболее мощные, при выборе которых учитывается оборудование предприятия, потребляемые токи и необходимое время автономной работы. На сегодняшний момент системы бесперебойного питания стали неотъемлемой частью системы электроснабжения каждого предприятия.

Основная задача, которая преследуется при проектировании системы бесперебойного электроснабжения, — это надежная защита оборудования и интегрированных с ИБП систем от непредвиденных перебоев с электроснабжением. Предварительно должна быть проведена оценка объекта, подобрано соответствующее оборудование, после чего создается необходимая документация, которая согласовывается с Заказчиком и резервируется в соответствующих органах. Понятно, что для проведения такой работы необходимо привлечение квалифицированных специалистов.

При монтаже ИБП необходимо соблюдать некоторые требования их установки. Самое главное, температура помещения, в котором будет установлено ИБП, должна быть 20-25°С, влажность воздуха в нем не должна превышать 95%, а полы должны иметь антистатическое покрытие или обработаны специальным раствором. Подобрать соответствующее оборудование, с учетом мощности, провести монтаж ИБП и обеспечить соответствующую электропроводку под силу только специалистам, имеющим опыт работы в данной сфере.

Грамотный монтаж систем бесперебойного электроснабжения гарантирует, что в питающей сети любого предприятия, дома или офиса не возникнет непредвиденных неполадок, мощность напряжения для питания оборудования будет стабилизирована, благодаря чему его срок службы будет существенно увеличен.