Номинальная мощность источника бесперебойного питания – это один из самых важных технических параметров, который необходимо учитывать при выборе ИБП. Неправильный расчет мощности ИБП, как минимум, приведет к тому, что источник бесперебойного питания будет постоянно перегружаться, а значит, не сможет выполнять свое основное назначение – защищать оборудование. В худшем случае при значительной перегрузке ИБП может сам стать причиной сбоя в энергоснабжении ответственной нагрузки.
Расчет мощности ИБП. Теория.
Номинальная мощность источника бесперебойного питания определяется исходя из мощности подключенной к нему нагрузки. Здесь под нагрузкой мы понимаем суммарную мощность всех электроприборов, которые планируется подключить к ИБП . Следовательно, нужно правильно рассчитать мощность нагрузки и на основании расчета выбрать источник бесперебойного питания. Важное уточнение – при расчете следует исходить как из полной, так и из активной мощности нагрузки. Вспомним некоторые данные из курса школьной физики.
Полная мощность (единица измерения ВА, VA – вольт-ампер) это вся мощность, потребляемая нагрузкой. Полная мощность состоит из двух составляющих – активной мощности (единица измерения Вт, W – Ватт) и реактивной мощности (единица измерения var, вар – вольт-ампер реактивный). Как правило, подавляющее большинство нагрузок имеют как активную, так и реактивную составляющие.
– нагрузка, в которой вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. Реактивная составляющая у такой нагрузки настолько мала, что ей можно пренебречь. К активным нагрузкам относятся различные нагревательные приборы (обогреватели, ТЭНы и т.д.), лампы накаливания, утюги и электроплиты. Как правило, производитель электроприборов указывает мощность такой нагрузки в Ваттах. – все прочие нагрузки. Реактивная нагрузка может носить индуктивный или емкостной характер. Типичным представителем нагрузки с реактивной составляющей, имеющей индуктивный характер, является электродвигатель. Полная мощность электродвигателя P и активная мощность P a связаны между собой коэффициентом cos φ.Значение cos φ обычно указывается в техническом паспорте изделия.
Расчет мощности ИБП. Методика.
Чаще всего производители источников бесперебойного питания в технической спецификации на оборудование указывают полную и активную мощность ИБП. Реже можно встретить указание на полную мощность и значение выходного коэффициента мощности. В последнем случае активную мощность ИБП можно рассчитать по формуле
Здесь
P – полная мощность ИБП
P а – активная мощность ИБП
P F – коэффициент мощности по выходу (указывается в технической спецификации на источник бесперебойного питания)
Для того чтобы подобрать по мощности необходимую модель источника бесперебойного питания нужно рассчитать суммарную мощность электроприборов, которые планируется подключить к ИБП. Расчет следует проводить как для активной, так и для полной мощности нагрузки, то есть в итоге у вас должно получиться две цифры – полная мощность нагрузки (в вольт-амперах) и активная мощность нагрузки (в ваттах). Алгоритм расчета приблизительно следующий
1. Составьте список электрооборудования, которое планируете подключить к ИБП.
2. Определите полную мощность каждого устройства одним из следующих способов
- Полная мощность указывается производителем в паспорте на прибор.
- Если в паспорте указана активная мощность оборудования, то рассчитайте полную мощность по формуле, приведенной ниже.
Здесь
P – полная мощность устройства
P а – активная мощность устройства
cos φ – коэффициент мощности (указывается в паспорте устройства). Если cos φ в паспорте не указан, то для расчета исходим из того, что cos φ = 0,7. Для активной нагрузки (обогреватели, лампы накаливания и т.д.) cos φ = 1.
3. Важное замечание. Если вы планируете подключить к ИБП электродвигатель либо электроприбор, в состав которого входит электродвигатель, то при расчете мощности нужно обязательно учитывать пусковые токи. Любой электродвигатель в момент включения потребляет значительно больше мощности, чем в номинальном режиме работы. Поэтому чтобы избежать перегрузки источника бесперебойного питания, паспортное значение мощности устройства нужно умножить как минимум на 5, а лучше на 7.
4. Для получения значения полной мощности вашей нагрузки просуммируйте полученные данные по всем устройствам.
5. Аналогично рассчитайте активную мощность вашей нагрузки. Для расчета активной мощности используйте следующую формулу.
Расчет мощности. Правило выбора ИБП по мощности
Итак, мы получали два значения мощности нашей нагрузки – полную мощность и активную мощность. Основное правило выбора ИБП по мощности заключается в следующем: номинальная мощность источника бесперебойного питания должна быть на 25% больше чем мощность вашей нагрузки. Причем правило это должно работать как для полной мощности ИБП, так и для активной мощности. Разумеется, можно подобрать ИБП, номинальная мощность которого равна или немного больше мощности нагрузки. Такой вариант допустим, и будет работать, однако срок службы нагруженного на 100% ИБП будет существенно (в разы) меньше, чем срок службы ИБП, нагрузка которого не превышает 80% от номинальной.
Расчет мощности ИБП. Приблизительная мощность некоторых электроприборов
Ниже приведены ориентировочные значения потребления электроэнергии различными бытовыми электроприборами.
Бытовая техника.
Телевизор – 80 Вт.
Стиральная машина – 500…2000 Вт.
Холодильник – 1000 Вт.
Микроволновая печь – 1000 Вт.
Электрочайник – 2000 Вт.
Электрическая плита – 1000…2000 Вт.
Пылесос – 200…3000 Вт.
Утюг – 400…2000 Вт.
Лампа накаливания бытовая – 25…75 Вт.
Лампа люминесцентная бытовая – 5…30 Вт.
Компьютерная техника.
Сетевой роутер, хаб – 10…20 Вт.
Системный блок персонального компьютера – 200…1000 Вт.
Системный блок сервера – 300…1500 Вт.
Монитор ЭЛТ – 15…200 Вт.
Монитор ЖК – 20…60 Вт.
Перед покупкой бесперебойника
нужно не полениться и посчитать суммарное заявленное производителями электропотребление подключаемой к ИБП
техники.
Лазерный принтер и копировальную технику подключать к выходу ИБП не планируй, поскольку при работе они в отдельные моменты потребляют пиковую мощность, превышающую возможности ИБП!
Системный блок компьютера — 450 Вт + монитор 45 Вт + модем 15 Вт = 510 Вт! Не верю! — воскликнешь ты, почти как Архимед в ванной. — Это же не компьютер
, а обогреватель! Отчего же в комнате так прохладно?
Несложная лабораторная работа (амперметр переменного тока, включенный в разрыв сетевого кабеля, с поправкой на реактивность) подтвердит, что на практике, мощность, потребляемая системным блоком, даже под полной нагрузкой, в два раза меньше той, что указана на корпусе его импульсного блока питания! В твоём случае — примерно,300 Вт. В магазине выясняется, что полную мощность источников бесперебойного питания производители обозначают в Вольт-Амперах (VA).
Активную мощность БП компьютеров принято обозначать в Ваттах (W). Если мощность в VA умножить на коэффициент 0,6, то получим мощность в W (Ваттах). Pw = Pva х 0,6. И, наоборот, Pva = Pw/0,6.
Мощность ИБП
, рассчитанная по этим формулам, должна, как минимум, в 1,2 раза превосходить суммарную мощность нагрузки для надёжной его работы. (В твоём случае 300W / 0,6 х 1,2 = 600VA). Продавец весьма смутно представлял разницу между этими величинами и потому столь же туманно давал рекомендации об их соотношении.
Для тех, кто вообще не дружит с математикой, важно запомнить простое правило: желательно, чтобы числовое значение суммарной мощности ИБП
обозначенной в Вольт-Амперах (VA) было в два раза больше суммарной мощности нагрузки, обозначенной в Ваттах (W). (Например: 300W х 2 = 600VA).
Такое соотношение создаст запас мощности, который не только не повредит ИБП и компьютеру, но и продлит жизнь аккумулятора питания, который встроен в ИБП. Для питания домашнего ПК хватит ИБП мощностью 600 — 800 VA.
Также полезно первое включение ИБП в электросеть произвести на время от четырех до шести часов для полной зарядки аккумулятора. Полностью заряженный, в прохладном отсеке он служит пять и более лет. Температура 40 градусов по Цельсию снижает срок службы аккумулятора в несколько раз. Для экспресс оценки ИБП и состояния аккумулятора полезна функция «холодный старт». Если при отключенном сетевом кабеле ИБП способен запустить от встроенного аккумулятора компьютер и дополнительные PCI устройства вместе с монитором, то его мощность рассчитана точно и аккумулятор в хорошем состоянии.
Нужен ли ему ИБП, каждый решает сам. Но в некоторых случаях работа системы без него — просто авантюра. Например: при смене ПО спутникового ресивера в ответственный момент программирования флеш-памяти на мониторе возникает предупреждающая надпись: DO NOT POWER OFF!
И если ресивер в этот момент не питается, как и компьютер, от ИБП, то даже кратковременный сбой сетевого напряжения отправит сначала эту самую флеш в глубокий нокаут, а затем и вас крепким «панчером» хозяина:)!
Как выбрать оптимальную конфигурацию ИБП для организации бесперебойного питания оборудования и бытовых приборов в доме
Ответить на вопрос о выборе конфигурации источника бесперебойного питания для обеспечения надёжного электропитания отопительных и инженерных систем, бытовых электроприборов достаточно сложно. По сути, это уравнение с многими неизвестными. Ведь, заранее неизвестно на сколько плохим будет сетевое электропитание, и какова будет продолжительность отключений электроэнергии.
На первом этапе необходимо определить общую мощность всех потребителей энергии, работу которых необходимо обеспечивать в случае отсутствия сетевого электропитания. Исходя из этого значения необходимо выбрать ИБП мощностью на 20% превышающей максимальное значение нагрузки. После этого нужно определится с ёмкостью внешних аккумуляторных батарей, исходя из необходимого времени резервирования.
Наиболее оптимальным решением бесперебойного питания будет разбить нагрузку на несколько более маленьких групп потребителей. И решать задачи обеспечения резерва раздельно для различных групп потребителей в зависимости от их важности. При выборе конфигурации источника бесперебойного питания и аккумуляторных батарей следует учитывать, что увеличение запаса мощности ИБП не приводит к линейному увеличению длительности резерва. Для обеспечения большой мощности нагрузки необходим более мощный ИБП, а для обеспечения большого времени резерва необходимо увеличивать ёмкость внешних аккумуляторных батарей.
Простой способ расчета времени резерва бесперебойника
Время резерва питания определяется прежде всего двумя параметрами: мощностью полезной нагрузки и общей ёмкостью всех аккумуляторных батарей.
Однако следует отметить, что зависимость времени резерва от этих параметров не линейная. Но для быстрой примерной оценки времени резерва можно использовать простую формулу.
T = E * U / P (часов),
где Е - ёмкость аккумуляторов, U - напряжение аккумуляторов, Р - мощность нагрузки всех подключаемых приборов .
Уточненный способ расчёта времени резерва бесперебойника
Для уточнения расчёта времени резерва дополнительно вводятся специальные коэффициенты: КПД инвертора, коэффициент разряда аккумулятора, коэффициент доступной ёмкости в зависимости от температуры окружающей среды.
С учётом этих коэффициентов формула расчета принимает следующий вид.
T = E * U / P * KPD * KRA * KDE (часов),
где KPD (коэффициент полезного действия инвертора) находится в диапазоне 0,7-0,8,
KRA (коэффициент разряда аккумуляторов) находится в диапазоне 0,7-0,9,
KDE (коэффициент доступной ёмкости) находится в диапазоне 0,7-1,0.
Коэффициент доступной ёмкости имеет сложную зависимость от значения температуры и скорости прикладывания нагрузки. Чем холоднее температура воздуха, тем ниже коэффициент доступной ёмкости. Чем медленнее расходуется энергия батарей, тем больше значения коэффициента доступной ёмкости.
Готовые таблицы значения времени резерва бесперебойников серии SKAT и TEPLOCOM
Необходим один внешний аккумулятор напряжением 12 Вольт
| Ёмкость, в Ач | Мощность нагрузки, ВА | ||||
| 100 | 150 | 200 | 250 | 270 | |
| 26 | 2ч 18мин | 1ч 22мин | 55мин | 44мин | 39мин |
| 40 | 3ч 37мин | 2ч 15мин | 1ч 36мин | 1ч 15мин | 1ч 09мин |
| 65 | 7ч 01мин | 4ч 00мин | 2ч 45мин | 2ч 12мин | 1ч 54мин |
| 100 | 12ч 00мин | 7ч 12мин | 5ч 00мин | 3ч 40мин | 3ч 26мин |
Таблица примерного времени резерва
Необходимо два внешних аккумулятора напряжением 12 Вольт
| Емкость АКБ, Ач | ||||||||||
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | |
| 2х40 | 9,37 | 4,06 | 2,31 | 1,51 | 1,36 | 1,22 | 1,07 | 0,53 | 0,39 | 0,34 |
| 2х65 | 16,15 | 7,12 | 4,40 | 3,02 | 2,29 | 1,56 | 1,44 | 1,36 | 1,28 | 1,11 |
| 2х100 | 27,11 | 11,55 | 7,33 | 5,23 | 4,12 | 3,05 | 2,44 | 2,22 | 2,01 | 1,49 |
| 2х120 | 32,37 | 14,52 | 9,44 | 6,10 | 5,11 | 4,12 | 3,14 | 2,51 | 2,33 | 2,15 |
| 2х150 | 40,47 | 17,40 | 11,24 | 8,19 | 5,57 | 5,07 | 4,17 | 3,28 | 2,57 | 2,42 |
| 2х200 | 54,23 | 24,48 | 15,47 | 11,27 | 9,09 | 6,50 | 5,45 | 5,08 | 4,31 | 3,54 |
Таблица примерного времени резерва
Необходимо 8 внешних аккумуляторов напряжением 12 Вольт
| Емкость АКБ, Ач | ||||||
| 500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | |
| 65 | 12ч 20мин | 5ч 10мин | 2ч 55мин | 2ч 15мин | 1ч 40мин | 1ч 25мин |
| 100 | 19ч 25мин | 8ч 40мин | 5ч 20мин | 3ч 40мин | 2ч 45мин | 2ч 15мин |
| 120 | 23ч 05мин | 11ч 35мин | 7ч 00мин | 4ч 45мин | 3ч 30мин | 2ч 45мин |
| 150 | 28ч 55мин | 14ч 20мин | 8ч 45мин | 6ч 30мин | 4ч 50мин | 3ч 40мин |
| 200 | 38ч 30мин | 19ч 10мин | 12ч 45мин | 8ч 45мин | 7ч 00мин | 5ч 20мин |
Линейка ИБП марок SKAT
и TEPLOCOM
обеспечивает возможность организации надёжного бесперебойного питания потребителей различной ёмкости и назначения. Бесперебойники дают возможность организовать бесперебойное питание от маленького котла отопления или циркуляционного насоса до питания всего дома или офиса. Специализированные ИБП дают возможность организации бесперебойного питания особо важных объектов, таких как системы связи, коммуникационное оборудование, системы безопасности и контроля.
Для увеличения времени резерва питания полезной нагрузки есть несколько путей. Все эти способы вытекают из формулы расчета времени резерва.
Для увеличения времени резерва можно увеличить ёмкость внешних АКБ, уменьшить полезную нагрузку, создать оптимальные условия эксплуатации ИБП и аккумуляторных батарей.
Первый вариант - самый простой, но затратный. Для увеличения ёмкости батарей придется покупать более дорогие аккумуляторы и ИБП, позволяющие производить их эффективный заряд. Кроме затрат на оборудование потребуется и выделение специального помещения, предназначенного для хранения и работы аккумуляторных батарей, снабженного хорошей системой вентиляции.
Второй метод - уменьшить нагрузку. Прежде всего нужно разбить нагрузку на группы в зависимости от необходимости обеспечения бесперебойного питания. Если электроэнергии не будет длительное время, то нужно будет выбирать между важностью обеспечения работы инженерных систем отопления, водоснабжения и необходимостью пользоваться холодильником или кондиционером. Так современный холодильник позволяет обеспечить приемлемую температуру около 20 часов, если его лишний раз не открывать. Еще одной группой потребителей является система освещения, для освещения можно использовать автономные источники бесперебойного питания или аварийные светильники со встроенной аккумуляторной батареей. В конечном счёте можно посидеть и при свете фонарика или старой доброй свечи, всё лучше, чем разморозить систему отопления.
Третий метод заключается в повышении качества обслуживания ИБП и батарей. Здесь наиболее важными моментами являются содержание оборудования в чистоте, обеспечение хорошего температурного режима. Отдельно стоит отметить необходимость проведения правильного заряда АКБ и проведения тренировок аккумуляторов. Часто бывает так, что проблем с электричеством нет, и аккумуляторы не подвергаются циклам разряда и заряда. В результате через несколько месяцев резко падает реальная ёмкость АКБ. Для тренировки АКБ необходимо использовать специальное оборудование или имитировать периодически отключение электроэнергии, давая возможность батареям работать.
Какой выбрать ИБП? Эту тему мы подняли в предыдущей статье и рассмотрели типы бесперебойников, которые предлагают производители. Сегодня поговорим о том, как выбрать источник бесперебойного питания в зависимости от ваших задач и типа вашего оборудования, а также рассчитаем необходимую мощность UPS.
То, какой бесперебойник вам нужен, зависит от нескольких основных моментов:
- От каких именно неполадок в сети вы хотите защитить оборудование?
- Особенности конструкции оборудования, которое вы хотите подключить к ИБП.
- Планируемая мощность нагрузки на ИБП.
- Необходимое время автономной работы.
Итак, в этой статье мы рассмотрим выбор бесперебойника, учитывая следующие вопросы:
- Рассчитываем емкость аккумуляторов для известного времени автономной работы.
- Рассчитываем время автономной работы, зная емкость ИБП.
Зачем вам нужен ИБП?
Ответ на вопрос: какой бесперебойник выбрать - зависит прежде всего от того, зачем он вам нужен.
| Для чего? | Что покупать | |
| Корректно выключить компьютер и успеть сохранить данные при отключении электроэнергии . | В этом случае смело берите недорогой ИБП off-line типа или линейно-интерактивный с запасом работы батарей на 5-15 минут. | |
| Обеспечить питанием оборудование в случае достаточно долгого отключения электроэнергии. |
Если вашему оборудованию подходит несинусоидальная форма сигнала, покупайте ИБП офф-лайн или линейно-интерактивный, но повышенной емкости, с расчетом на долгую работу от батарей. Как рассчитать емкость, вы можете прочитать ниже. Самый большой запас времени работы в автономном режиме - у ИБП с внешними батареями , за счет возможности увеличить емкость дополнительными аккумуляторами (подключаются параллельно). Такие бесперебойники чаще всего - из категории дорогих, с двойным преобразованием. Если необходимо действительно долгое время работы, десятки часов, возможно, лучшим выходом будет приобретение генератора. |
|
| Защитить оборудование от повышенного или пониженного напряжения, провалов, опасных для техники отключений на несколько секунд (любят у нас электрики дергать рубильник туда-сюда). | Для этих целей вам нужен ИБП с функцией AVR (автоматической регулировки напряжения): линейно-интерактивный ИБП или более дорогой с двойным преобразованием. Стабилизация напряжения в линейно-интерактивных UPS чаще всего реализована в ступенчатом, грубом виде, в онлайн моделях стабилизатор работает плавно. | |
| Защитить чувствительное оборудование от максимального количества сбоев и помех в электрической сети. | Для этих целей подойдет только бесперебойник on-line типа . |
Отметим, что если вам необходима только стабилизация питания и не требуется обеспечение автономной работы оборудования при отключении электричества, целесообразнее купить отдельный стабилизатор.
Также, довольно часто используют связку стабилизатор + недорогой ИБП (бесперебойник включается в сеть ПОСЛЕ стабилизатора). Такой тандем не только позволяет регулировать напряжение в том случае, если в UPS этого не предусмотрено, но и продлевает срок эксплуатации батарей ИБП.
Для защиты какого оборудования вы покупаете ИБП?
Какой выбрать бесперебойник - также зависит от особенностей конструкции подключаемой техники.
Общее правило таково: к ИБП с правильной синусоидой на выходе можно подключать практически любую технику, требуется лишь правильно рассчитать мощность. К остальным UPS, особенно оффлайн типа, можно подключать далеко не все оборудование.
| Особенность | Оптимальный тип ИБП | Пояснение |
|
Элементы, чувствительные к несинусоидальной форме сигнала . |
Наиболее часто встречаемый случай - это устройства с электродвигателем, насосом, компрессором , в том числе насосы газовых котлов, а также практически вся бытовая техника: холодильники, фены, стиральные машинки, электродрели и т. д. На электродвигатель ступенчатая синусоида или, тем более, меандр, воздействуют негативно: возникают вихревые токи, падает индуктивное сопротивление, в результате двигатель перегревается вплоть до сгорания. В некоторых устройствах, например, лазерных принтерах, ксероксах также могут присутствовать компоненты, которым для работы требуется синусоидальная форма напряжения, и при работе от ИБП с прямоугольной или ступенчатой формой сигнала они прослужат гораздо меньше. |
|
|
Индуктивные элементы (катушки индуктивности, дроссели). |
ИБП on-line типа. |
Довольно часто возникает вопрос - можно ли подключать к обычному дешевому бесперебойнику устройства с индуктивной нагрузкой, к примеру, люминесцентные лампы? На практике подключают, и все вроде как работает. Но следует учитывать, что многие производители этого категорически не рекомендуют и относят случаи поломки бесперебойника после подключения индуктивной нагрузки к негарантийным. Кроме того, встречались случаи, когда реактивная нагрузка повреждала не рассчитанный на нее ИБП. |
|
Трансформаторный (линейный) блок питания. |
ИБП on-line типа. |
Выбирая ИБП для устройств с трансформаторными блоками питания, нужно с осторожностью относиться к UPS, который не выдает на выходе чистую синусоиду. При питании напряжением в форме меандра или ступенчатой синусоиды потери в трансформаторе увеличиваются, что, при сильной его нагруженности, приведет к уменьшению ресурсов трансформатора в десятки раз. Также на практике встречались случаи, когда сгорал сам УПС, к которому подключалась такая нагрузка. С другой стороны, довольно часто аппаратура с маломощными трансформаторными блоками питания, например, радиотелефоны, спокойно работает в паре с ИБП off-line типа. Однако многие производители, как и в случае индуктивной нагрузки, чаще всего не советуют подключать трансформаторные БП к обычным ИБП. Как отличить трансформаторный блок питания от обычного импульсного? Если мы говорим о внешнем БП, то импульсный - обычно легкий и небольшой, а трансформаторный - тяжелее и больше, за счет того, что внутри него размещен, собственно, трансформатор. Тип встроенного блока питания определить сложнее, здесь нужно ориентироваться на документацию производителя. Хорошая новость - в большинстве случаев в электронной технике, такой как модемы, коммутаторы, роутеры, компьютеры сейчас используются именно импульсные БП. |
|
Конструктивные элементы, чувствительные к качеству питания. |
Только ИБП on-line типа. |
Практически все знают, что техника болезненно воспринимает перепады напряжения в сети, или постоянно заниженное (завышенное) напряжение. Однако качество электропитания определяется не только напряжением. Чувствительное телекоммуникационное, аудио-видео, измерительное, медицинское оборудование также негативно реагирует на:
Все это может не только искажать работу техники, но и сокращать срок ее работы. |
|
|
ИБП on-line типа с соответствующей нагрузке мощностью. |
Оборудование, имеющее электродвигатели, насосы, компрессоры и прочие конструктивные элементы, которые в момент пуска потребляют большое количество электроэнергии, нельзя подключать к маломощным ИБП. Пусковые токи могут превышать стандартное потребление в 3-7 и более раз. |
Как рассчитать мощность ИБП?
Для того, чтобы правильно выбрать бесперебойник, необходимо посчитать общую мощность оборудования, которое вы собираетесь к нему подключить. Значения мощности можно уточнить в технических характеристиках (паспорте или инструкции к технике).
Рассмотрим условный пример.
Мы хотим подключить к ИБП:
- компьютер на 250 Вт,
- монитор LCD на 60 Вт,
- кондиционер на 2000 Вт (cos φ = 0,8).
Здесь есть один момент: даже если мощность всех устройств выражена в одной единице, в данном случае в Вт, подсчитать нужно две мощности: в вольт-амперах и ваттах.
Мощность в вольт-амперах и ваттах - в чем разница?
Мощность, которая выражается в вольт-амперах (ВА, VA) называют полной мощностью . Она показывает реальную нагрузку оборудования, с учетом активной и реактивной.
Мощность, которая выражается в ваттах (Вт, W), называют активной мощностью .
Это две разные величины, и обе нужно учитывать при выборе ИБП нужной вам мощности. Это особенно важно, если вы собираетесь подключать к ИБП реактивную нагрузку, так как в таком оборудовании полная и активная мощность могут серьезно отличаться.
Расчет мощности в вольт-амперах.
Для пересчета активной мощности (в ваттах) в полную мощность в вольт-амперах используем формулу:
где:
- VA - полная мощность,
- W - активная мощность,
- P - коэффициент мощности оборудования.
Если оборудование относится кактивной нагрузке, аэто практически все сетевое, телекоммуникационное оборудование, приборы освещения иобогрева, тоесть техника без индуктивности, без реактивной мощности, атакже компьютерная техника сблоками питания срегулировкой коэффициента мощности (APFC), токоэффициент можно принять равным 1, или лучше снебольшим запасом— 0,95.
Если высобираетесь подключать кИБП лазерный принтер, кондиционер, люминесцентные лампы— оборудование, вкотором есть электродвигатели итому подобное, все, где есть индуктивность иреактивная мощность, атакже компьютеры сблоками питания без APFC, токоэффициент мощности нужно посмотреть впаспорте устройства или нанаклейке назадней стенке. Для такой техники его чаще всего указывают. Обозначается коэффициент мощности как Power Factor (PF) или cos φ .
Втом случае, когда производитель неуказал значение коэффициента мощности, нонагрузка однозначно неявляется полностью активной, можно взять наиболее распространенную величину: 0,7.
Вернемся к нашему примеру.
Блок питания в компьютере без регулировки коэффициента мощности, поэтому берем значение P равным 0,7. По монитору аналогично. Итого получаем полную мощность:
- для компьютера с монитором:(250+60)/0,7 =442 VA,
- для кондиционера: 2000/0,8 =2500 VA,
- Вместе: 2942 VA.
Итак, что же, покупаем бесперебойник на 3000VA? Не торопитесь, не все так просто.
Расчет мощности в ваттах.
Чаще всего встречается самый простой случай - когда мощность в ваттах, ее также называют активной мощностью , уже указана в документации к оборудованию. Если нет, можно пересчитать мощность из вольт-амперов в ватты, используя ту же методику, что и для полной мощности.
Посчитаем мощность нашего оборудования в ваттах:
- компьютер с монитором - 310 Вт,
- кондиционер - 2000 Вт,
- Вместе: 2310 W.
В нашем интернет-магазине, среди ИБП на 3000 VA, к примеру, есть такие:
Как рассчитать необходимую емкость бесперебойника?
Обычно при выборе источника бесперебойного питания у нас есть какие-то определенные требования к времени, на протяжении которого он будет поддерживать работу подключенного к нему оборудования в случае отключения электроэнергии. Многие производители указывают примерный диапазон, например, пишут, что в зависимости от нагрузки, время работы от батарей составит 4-20 минут. Или указывают, что при работе с максимальной нагрузкой это время составит 5 минут.
Но это приблизительно, а нам нужно точно быть уверенным, что купленный нами UPS обеспечит работу от батарей для определенного перечня оборудования. Или же рассчитать, сколько времени будет держать нашу нагрузку какая-то выбранная нами модель ИБП.
Рассчитываем емкость аккумуляторов для известного времени автономной работы
Для расчетов нам понадобится:
- Общая активная мощность (в ваттах), оборудования, которое мы собираемся подключить к ИБП (W).
- Время автономной работы (T).
- Номинальное напряжение батарей.
Используем формулу:
где:
- T - время планируемой автономной работы (ч),
- P - мощность подключенного оборудования (ВТ),
- KPD - КПД источника бесперебойного питания (можно взять примерно 0,85).
И формулу пересчета емкости в Вт*ч в емкость в AH:
Допустим, нам нужно, чтобы компьютер и монитор из приведенного выше примера проработали 2 часа после отключения электроэнергии.
Емкость (Вт*ч) = 2 * 310 / 0,85 = 730 Вт*ч.
Однако емкость батарей принято указывать в ампер-часах. Чтобы пересчитать емкость в ватт-часах в ампер-часы, потребуется указать номинальное напряжение батарей.
Для батарей 12В:
Емкость (А*ч) = 730/12 = = 60,83 ≈ 61Ah.
Для батарей 24В:
730/24 = 30,42 ≈ 30Ah.
Поскольку чаще всего в ИБП используется 1-2 батареи, реже 4, емкостью 7-9AH, то подобрать ИБП стандартной комплектации для таких значений общей емкости нам будет сложно. Лучше всего купить источник бесперебойного питания с возможностью подключения внешних батарей и подбирать емкость по потребностям.
Каталог ИБП с возможностью подключения внешних батарей .
КПД UPS (примерно можно взять 0,85). Используем формулы:
- V - номинальное напряжение батарей (V),
- AH - емкость одной батареи (AH),
- N - количество батарей.
- E - общая емкость (Вт*ч),
- KPD - КПД источника бесперебойного питания (по умолчанию можно взять 0,85,
- P - потребляемая мощность подключенного оборудования.
Возьмем для примера ИБП PowerCom BNT-800AP USB . Производитель заявляет время автономной работы 5 минут при максимальной загрузке. А сколько смогут проработать наш компьютер с монитором с потребляемой мощностью 310 Вт?
Общая емкость (Вт*ч) ИБП = 12В * 7,2AH * 1 = 86,4 Вт*ч.
Время = 86,4*0,85 / 310 = 0,237 часа ≈ 14 мин.
Заключение
Теперь давайте коротко подведем итоги.
Для того, чтобы выбрать ИБП, необходимо:
сайт
- Определить, какой тип UPS вам нужен.
- Рассчитать необходимую полную и активную мощность ИБП, с учетом пусковых токов и небольшим запасом.
- Если нужно поддержание питания в течение какого-то определенного времени - рассчитать, какая емкость ИБП для этого нужна. И в зависимости от рассчитанной емкости покупать обычный бесперебойник или же ИБП и комплект дополнительных батарей к нему.
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: