Общетехнические вопросы по ИБП

Можно ли подключать автомобильные аккумуляторы к ИБП?

Автомобильные аккумуляторы существенно дешевле применяемых в блоках бесперебойного питания специализированных батарей. Поэтому стоимость решения «ИБП + внешний батарейный комплект» становится ниже, особенно при длительном времени автономной работы и, следовательно, большой суммарной емкости аккумуляторов.

В отличие от автомобильных, батарейные комплекты ИБП обычно размещаются в закрытых мало вентилируемых технических или офисных помещениях. Они обладают значительной суммарной емкостью и рассчитаны на длительное время автономной работы (от нескольких часов до суток). Максимальная емкость аккумуляторного комплекта ограничена мощностью зарядного устройства ИБП, т.е. возможность восстановительного заряда в течение разумного времени. Такие батареи отдают энергию в течение длительного времени равномерно.Можно ли использовать автомобильные батареи? В чем их отличие? Как следует из самого названия они разработаны для иной сферы применения и других условий эксплуатации. Такие аккумуляторы располагаются под капотом транспортного средства, хорошо проветриваются и подвержены воздействию меняющейся температуры окружающей среды. Используются в качестве стартерных батарей (пуск двигателя посредством электростартера), питания системы зажигания в бензиновых двигателях, а также в качестве источника бортовой электросети при отключенном моторе. Запуск двигателя ─ кратковременный, но весьма напряженный процесс. Далее поддержку электропитания систем автомобиля осуществляет электрогенератор. Стартерные батареи должны обладать способностью поддерживать высокую величину электрического тока в течение небольшого периода времени при пуске двигателя. При этом они теряют значительную часть своего заряда.

Первым главным отличием является длительность рабочего цикла и равномерность отдачи электрического тока, что достигается путем увеличения толщины внутренних аккумуляторных пластин. Средняя толщина электродов автомобильных батарей составляет 1.0 - 1.2 мм, в то время как у батарей ИБП они в два раза толще (2.0 - 2.5 мм). Уменьшение толщины электродов ускоряет движение электронов и работа автомобильного аккумулятора в составе ИБП в длительном режиме приводит к быстрому разрушению его пластин. С другой стороны, утолщенные пластины специализированных батарей для ИБП не смогли бы отдавать большой ток в момент запуска двигателя, поэтому их применение в качестве стартерных невозможно. Зато, у они обладают большим ресурсом при эксплуатации.

Другим важным отличием является разница значения постоянного напряжения зарядного устройства ИБП и автомобиля. Для блока бесперебойного питания оно находится в пределах 13.5 до 13.8 В, в то время как у транспортного средства 14.0 – 14,2 В. Дело в том, что автомобильные аккумуляторы и батареи ИБП заряжаются по-разному: различным напряжением и током. Таким образом, подключенные к источнику бесперебойного питания автомобильные аккумуляторы постоянно «недозаряжаются», что в свою очередь снижает время автономной работы системы. При 100% заряде аккумуляторная батарея перестает заряжаться и, следовательно, потреблять ток зарядного устройства. Разряженный аккумулятор продолжает заряжаться током зарядного устройства, так и не достигнув точки заряда. Это приводит к тому к закипанию электролита в автомобильных аккумуляторах при их использовании в системах бесперебойного питания, что отрицательно влияет на их характеристики.

Третьим важным отличием автомобильных аккумуляторов является выделение водорода в процессе работы (при заряде). Это не проблема при их установке под капотом машины (практически на улице), где происходит постоянное проветривание. Установка таких батарей в закрытом помещении приведет к скапливанию водорода, который при смешивании с воздухом образует гремучий газ (взрывоопасная смесь). Любая искра при включении - выключении света может вызвать детонацию. Специализированные аккумуляторы ИБП полностью герметичны. Они не выделяют газ в процессе работы, а водород рециркулирует внутри батареи.
Автомобильный аккумулятор имеет высокую величину тока саморазряда. Также в них в качестве электролита часто применяется раствор серной кислоты (жидкий электролит). А все химические реакции в жидкой среде протекают быстро, поэтому срок службы батарей данного типа меньше, чем специализированного аккумулятора ИБП. Не подключенный автомобильный аккумулятор (например, при хранении) разряжается гораздо быстрее. Современные АКБ для систем бесперебойного электропитания используют технологию AGM. Пористый пропитанный электролитом материал расположен между электродами. Таким образом, электролит находится не в жидком состоянии. Технологии AGM свойственен низкий ток саморазряда. Это также увеличивает время автономной работы специализированных аккумуляторов (особенно при большом времени резервирования) в сравнении с автомобильными за счет низкого саморазряда.

Экологический фактор также играет немалую роль. У автомобильных батарей жидкий электролит постепенно испаряется, образуя свободное пространство внутри АКБ. Оно заполняется взрывоопасным газом (водородом). Применение таких батарей в жилом помещении без дополнительной вентиляции не рекомендуется по соображениям безопасности.
Тем не менее, автомобильные АКБ более экономичны по стоимости в сравнении со специализированными батареями для ИБП. Но это лишь стартовая цена при их покупке. При анализе совокупной стоимости владения автомобильные аккумуляторы существенно проигрывают. Начальная экономия превращается в упущенную выгоду. Так, например, средний автомобильный аккумулятор емкостью 100 А•ч имеет начальную цену 4000 руб. и срок службы 2 года при совместной работе с ИБП. С другой стороны, аккумулятор для ИБП, например, HRL 12-100 емкостью 100 А/ч стоит примерно 12,000 руб., но обладает сроком службы 10 лет. Получается, что в долгосрочной перспективе специализированные аккумуляторы существенно выгоднее автомобильных.

Вывод:
Для ИБП необходимо применять специализированные аккумуляторы, предназначенные для работы в составе систем бесперебойного питания.
В машинах необходимо применять автомобильные батареи.
Использование аккумуляторов не по назначению приводит к негативным последствиям. Кажущаяся начальная экономия денежных средств при использовании автомобильных батарей в ИБП ведет снижению надежности системы, уменьшению времени автономной работы и увеличению суммарных эксплуатационных затрат.
Для работы с источниками бесперебойного питания лучше всего применять специализированные аккумуляторы, выпускаемые известными фирмами производителями, использующими современные технологии AGM, Dryfit и др.

Как рассчитать тепловыделение ИБП?

Для On-Line ИБП тепловыделение может составлять примерно 10% (5–15%) от номинальной мощности при работе на максимальную нагрузку.
В моделях серии LT (Long Time) добавляется повышенное тепловыделение более мощных зарядных устройств.
Что касается маломощных блоков (1–3 кВА) стоящих в комнате, то их тепловыделение можно не принимать в расчет. Если мощный или сверхмощный ИБП установлен в маленьком помещении, то необходимо отводить тепло с помощью системы вентиляции и кондиционирования (СВК). Холодопроизводительность такой СВК должна быть больше максимального паспортного тепловыделения ИБП, а также других тепловых источников в данном помещении.
Линейно-интерактивные ИБП (Line-Interactive) при работе в сетевом режиме почти не греются. Выделать тепло может лишь зарядное устройство (ЗУ).
Некоторые онлайн ИБП имеют энергосберегающий режим, аналогичный линейно-интерактивному. Устройства переходят в него (при разрешенных установках), если параметры электросети близки к идеальным.
Аккумуляторные батареи не выделяют значительного количества тепла, однако их большие массивы уже требуют СВК и температурной компенсации зарядного тока.

Где применяются ИБП с чистой синусоидой на выходе?
ИБП могут генерировать выходное напряжение следующих форм: прямоугольная форма, аппроксиматичная синусоида, чистый синусоидальный сигнал.

Для защиты некоторых видов нагрузок требуется именно синусоидальная форма сигнала:

• Электродвигатели.
• Обрабатывающие станки.
• Сервоприводные устройства технологических производственных линий.
• Любое другое оборудование, содержащего моторы, например, котельные.
• Везде где требуется минимальное количество сетевых помех: медицина, научная техника, аудиосистемы и др.

Все современные онлайн ИБП оснащены преобразователями с широтно-импульсной модуляцией, формирующими синусоидальное напряжение идеальной формы даже при работе на нелинейную нагрузку.
Прочтите дополнительную статью на эту тему: «Инвертор (Inverter). Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)».

Что такое ИБП длительного резерва?

Стандартным временем автономной работы ИБП считается время 5–10 мин. Оно определяется необходимостью защиты компьютерной нагрузки от кратковременных отключений (1–3 мин и меньше) с последующим восстановлением, а также небольшим запасом для возможности штатного отключения нагрузки, сохранения информации и «свертки» операционных систем. Такое время резерва гарантируется минимальным внутренним набором штатных АКБ.
Тем не менее, часто возникает необходимость защиты критичной нагрузки при более длительных авариях в электросети от нескольких десятков минут до нескольких часов.
Для этих целей компания N-Power выпускает целый класс устройств с литерой LT (Long Time). Они предназначены для работы с внешними батареями и оснащены более мощным зарядным устройством (в сравнении со стандартными моделями), позволяющим заряжать батарейные комплекты большой ёмкости.
Примеры: Pro-Vision Black LT, Pro-Vision Black M LT, Grand-Vision LT и др.
Примечание: все источники бесперебойного питания мощностью свыше 30 кВА обычно предназначены для работы с внешними батарейными комплектами и могут также считаться устройствами для длительного резерва.

ИБП резервный или интерактивный? Это одно и то же или есть отличия?

ИБП резервного типа (офф-лайн) – это устройство с автоматическим переключателем в схеме, которое при работе в сетевом режиме обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в резервном – переводит ее на питание от батарей. Cм. статью «ИБП резервного типа (Off-Line или Standby)».
Линейно-интерактивный ИБП – это устройство, выполненное по схеме с переключающим устройством (офф-лайн) и дополнительным автоматическим регулятором напряжения (AVR) на базе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (ступенчатым стабилизатором). См. статью «Линейно-интерактивный ИБП (Line-Interactive)».

Как заряжать источник бесперебойного питания?

Оговоримся, что речь идет о заряде аккумуляторных батарей ИБП.
После инсталляции ИБП, мы проводим его первичный запуск от электросети. При этом аккумуляторы сразу начинают заряжаться. С этого момента блок сам «заботиться» о своих батареях, заряжает их и поддерживает в оптимальном состоянии при нормальном входном сетевом напряжении.

Замечания:

• Если АКБ разряжены (например, после долгого хранения или после длительной работы в автономном режиме) зарядите АКБ не менее 10–12 часов.
• ИБП комплектуются свинцово-кислотными батареями АКБ с гелеобразным электролитом (технология AGM). Такие батареи поставляются заряженными на 70–90%, тем не менее перед тестированием ИБП в автономном режиме рекомендуется заряд до 100%.
• Ёмкость батарейного комплекта должна соответствовать току зарядного устройства (ЗУ) ИБП. Если ток меньше, то увеличивается время заряда, если больше, то возможно вздутие и выход из строя АКБ.
• Современные ИБП (например, N-Power Evo) оснащены ЗУ с температурной компенсацией тока заряда, что позволяет продлить срок службы аккумуляторных батарей.
• Время восстановительного заряда глубоко разряженных батарей может составлять 8–10 часов в зависимости от их ёмкости и мощности ЗУ.
• Многие современные ИБП (например, N-Power Evo) позволяют ограничивать зарядный ток батарей для работы с батарейными комплектами небольшой мощности, а также для совместной работы с дизельными электростанциями.
• Некоторые модели ИБП имеют возможность ручного включения/отключения зарядного устройства. Внимательно читайте инструкцию по эксплуатации! Для нормальной автоматической работы ЗУ должны быть сделаны правильные установки.

Что такое маломощный ИБП?

Мы относим к маломощным ИБП однофазные устройства до 10 кВА включительно. 
Модели мощностью до 3 кВА обычно комплектуются силовыми кабелями для их подключения к розетке и соединения с компьютерной нагрузкой. Модели 6, 8, 10 кВА подключаются к электрощиту отдельным силовым кабелем посредством клеммной колодки «под винт».

Замечание:
Верхняя граница мощности для маломощных ИБП носит условный характер. Она зависит от сферы применения и может составлять, например, для домашнего использования 2–3 кВА, а для промышленности 6–15 кВА. Более широко распространён «домашний подход»: маломощное ─ это то что включается в стандартную «евророзетку» (однофазные устройства, потребляющие не более 16 Ампер). Самыми маломощными (для питания АТС, сетевых устройств, небольших ПК и др.) считаются линейно-интерактивные ИБП (модели 300–1000 ВА). Сложилось так, что On-Line ИБП на сверхмалые мощности почти не производятся.

Что такое мощный ИБП?

Мы считаем, что мощными ИБП являются трехфазные устройства свыше 20 кВА. Каталог мощных трехфазных блоков бесперебойного питания N-Power находится здесь.
Необходимо отметить, что есть промежуточная группа устройств мощностью 10–20 кВА с трехфазным входом и однофазным выходом, которую можно отнести как к мощным, так и маломощным ИБП. Мы отнесли её к маломощным.

Что означает «итальянский ИБП»?

Итальянский ИБП – это устройство разработанное и произведенное в Италии, для которого используются высококачественные комплектующие изделия выпущенные в ЕС.
На самом деле, это надежное изделие европейского качества.
Италия первой в Европе начала массовую разработку, выпуск и применение систем бесперебойного питания. Это было связано с регулярными забастовками рабочих энергетических отраслей в 70-х годах прошлого столетия, что повлекло множественные веерные отключения электропитания и, соответственно, привело к необходимости развития производства ИБП.
Пример итальянского ИБП: модель N-Power Evo

Что такое встраиваемый ИБП?

Можно предположить два различных значения данного термина.
Некоторое время назад выпускались ИБП, встраиваемые в системный блок компьютера. Они монтировались на место жесткого диска или дисковода 5.25" (если кто то еще помнит). У них была маленькая мощность и крайне низкое время автономии (2–3 минуты). Компания N-Power никогда такие не выпускала и не поставляла такие блоки. Мы считаем, что «серьезный» ИБП должен быть выполнен в виде отдельного устройства.
Возможно имеется в виду ИБП в специальном корпусе для монтажа в промышленную стойку 19". Компания N-Power производит такие модели, см. например, серии Pro-Vision Black RM / LT, Grand-Vision RM / LT и др. в исполнениях Rack Mount (RM) или Rack Tower (RT).
В зависимости от выходной мощности такое устройство может иметь высоту от 2U до 6U (традиционно измеряется в стандартных юнитах). ИБП для промышленных стоек могут быть как со встроенными, так и внешними батареями (модификации LT). Для аккумуляторов, в свою очередь, также выпускаются специальные корпуса для промышленных стоек. Либо их можно свободно располагать на открытой полке или даже в отдельном батарейном кабинете, стоящем рядом.

Выпускаются ли ИБП в уличном исполнении?

Мы можем привести, как минимум, 3 примера, когда ИБП можно считать уличным:

1. Уличный ИБП – это устройство в специальном защитном корпусе, позволяющем эксплуатировать его на открытом воздухе под воздействием таких факторов окружающей среды, как атмосферные осадки и перепады температуры.
2. Также под уличным ИБП можно понимать устройство, предназначенное для работы под крышей, но в холодном, не отапливаемом помещении (гараж, подвал, навес, пристройка, бытовка и др.).
3. Можно частично считать уличными приборы для эксплуатации в особо тяжелых погодных условиях, и установленные в специальных погодных контейнерах, например: арктическом или тропическом контейнере. Данные контейнеры оборудованы климатическими системами: обогревателями или кондиционерами. Хотя возможно это уже не уличные ИБП, ведь у них свой микроклимат.

Рекомендации сервис-центра компании N-Power:

• Мы рекомендуем избегать установки ИБП на улице и в холодных помещениях. Конечно, возможно применение блоков в спец. корпусах с защитой IP54 и выше, однако, они чрезвычайно дороги. Кроме того, аккумуляторные батареи также должны находится в тепле (~20°C), иначе произойдет частичная потеря емкости. Специалисты N-Power не разделяют стремление некоторых пользователей разместить ИБП (весьма дорогостоящий прибор) на улице.
• Тем не менее, если возникла острая потребность, необходимо и аккумуляторные батареи монтировать в специальном корпусе с подогревом. Здесь могут помочь обогреватели для электрических распределительных щитов (существует целый класс таких приборов). Необходимо так же учесть полезный эффект тепловыделения самого ИБП. А бесперебойники малой мощности можно при необходимости располагать в подогреваемых уличных электрощитах при наличии в них свободного пространства.
• Также не следует размещать ИБП в неутепленных чердачных помещениях, которые могут разогреваться в солнечную погоду до +30–45°C. При этом будет происходить быстрая деградация АКБ и уменьшение срока их службы в несколько раз. Для электронных блоков ИБП определен допустимый диапазон эксплуатации 0–40°С. В случае превышения температуры необходимо снижать мощность нагрузки или может произойти повреждение.
• Также необходимо помнить о повышенной влажности и образовании конденсата при уличной эксплуатации. А это недопустимо!