ИБП - Словарь Терминов

Источник бесперебойного питания (ИБП / UPS)

В широком смысле источник бесперебойного питания – это любое устройство, запасающее энергию для непрерывного электропитания нагрузки как при наличии основного источника энергии, так и при его временном отключении. Поэтому, в общем случае к данному понятию можно отнести такие устройства как гидроаккумулирующие электростанции, маховиковые системы типа «мотор-генератор» и даже аккумуляторные батареи ноутбука.
В силовой электротехнике источником бесперебойного питания (ИБП) принято считать электронное устройство, предназначенное для аварийного электропитания критичной нагрузки с помощью аккумуляторных батарей при возникновении перебоев с электроснабжением. Его основной задачей является поддержка работоспособности нагрузки в течение определенного времени (времени резервирования, времени автономной работы). Оно в свою очередь может быть от нескольких минут до нескольких суток в зависимости от мощности нагрузки и емкости батарейного комплекта. Его должно хватить для устранения аварии в линии электропередачи, или для штатного отключения критичной нагрузки, или для пуска резервных устройств электропитания, например, дизель-генераторной установки (ДГУ).
Повышенный интерес к блокам бесперебойного питания в настоящее время обусловлен растущим спросом на компьютерные и телекоммуникационные системы бесперебойного питания для защиты вычислительных залов и промышленных объектов, а также «бесперебойники» для работы с ПК, системами охраны и видеонаблюдения, энергозависимыми отопительными газовыми котлами коттеджей и загородных домов.

Наиболее распространенные типы ИБП:

ИБП резервного типа (Off-Line или Standby)
Линейно-интерактивные ИБП (Line-Interactive)
ИБП с двойным преобразованием напряжения (On-Line)

Основные международные стандарты по источника бесперебойного питания:

EC 62040-3 определяет 3 типа ИБП:

Passive Standby (IEC 62040-3.2.20)
Line-Interactive (IEC 62040-3.2.18)
Double Conversion On-Line (IEC 62040-3.2.16)
 

Стандарты:

  • EN62040-1-2: Uninterruptible Power Supply (UPS) Part 1-2: General and safety requirements for UPS used in restricted access locations
  • IEC62040-1-2: Uninterruptible Power Supply (UPS) Part 1-2: General and safety requirements for UPS used in restricted access locations
  • EN50091-1-2: Uninterruptible Power Supply systems (UPS) Part 1-2: General and safety requirements for UPS units used in restricted-access locations
  • EN50091-2: Uninterruptible Power Systems (UPS) Part 2: Electromagnetic compatibility (EMC) requirements
  • IEC62040-2: Uninterruptible Power Systems Part 2: Electromagnetic compatibility (EMC) requirements
  • EN62040-3: Uninterruptible Power Supply systems (UPS) Part 3: Specific performance methods and test requirements
  • IEC62040-3: Uninterruptible Power Systems Part 3: Protection requirements and test methods
  • EN50091-3: Uninterruptible Power Systems (UPS) Part 3: Protection requirements and test methods)
Стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения – это электронное или электромеханическое устройство, предназначенное для стабилизации напряжения при его сильном отклонении от номинального значения 220 В для однофазных и 380 В для трехфазных сетей.
Необходимость стабилизации напряжения вызвана его нестабильным поведением в течении суток (см. пример суточного графика изменения сетевого напряжения), а также возможным включением-выключением мощных электроустановок, подключенных к той же линии электропередачи, или нагрузок с большим пусковым током.
Неполадки с электропитанием можно разделить на 2 типа: внешние, например, кратковременные перенапряжения из-за грозовых разрядов и внутренние (внутрисетевые), такие как перенапряжение или провалы вызванные коммутацией и переключением различного мощного оборудования внутри электрической сети.
Сети могут быть как с тенденцией к завышенному напряжению ("перенапряженные"), так и тяготеющие к заниженному значению ("недонапряженные"). Это зависит от их перегруженности, изношенности, сечения проводников, расстояния до трансформаторной подстанции и др. В обоих случаях нагрузка подвергается повышенному риску выхода из строя при эксплуатации. Необходимо заметить, что в сельской местности наиболее распространены "недонапряженные" сети, а в городской "перенапряженные".
Изменение суточного графика напряжения в сети обусловлено изменением сетевой нагрузки. В любом случае пик потребления приходится на утренние и дневные рабочие часы, а спад на ночное время. Кроме того, могут существовать сезонные факторы, например, повышение энергопотребления в холодное зимнее время.

ИБП резервного типа (Off-Line или Standby)

Источник бесперебойного питания резервного типа (Off-Line) – это устройство с автоматическим коммутатором в схеме, которое при работе в нормальном режиме обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в автономном – переводит ее на питание от аккумуляторных батарей.
Достоинством ИБП резервного типа является его простота и невысокая стоимость, а недостатком – ненулевое время переключения (~4 мс) на батареи, а также отсутствие сетевого стабилизатора напряжения вследствие чего более интенсивно эксплуатируются аккумуляторы, так как устройство переходит в автономный режим при любых неполадках в электросети.
ИБП резервного типа, как правило, имеют небольшую мощность и применяются для обеспечения бесперебойного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в районах с хорошим качеством электрической сети.

images_stories_reference_terminology_off-line_001.pngimages_stories_reference_terminology_off-line_002.png
Обратите внимание, что большинство классических standby ИБП являются ИБП малой мощности с аппроксимированной синусоидой что сужает сферу применения ИБП этого типа. Однако, в последнее время получают применение standby ИБП малой и средней мощности с ШИМ-инвертором и выходным напряжением синусоидальной формы (см. например ИБП Home-Vision).
Подобная схема особенно эффективна для оборудования некритичного к коротким провалам (несколько мс) сетевого напряжения, например лифтового оборудования, малых и средних вычислительных залов и др. оборудования с импульсными блоками питания.
Тем не менее эта конфигурация характерна не только для «микро ИБП». Многие мощные ИБП например online имеют возможность переконфигурировать их для работы в таком режиме – standby. (Комбинированные ИБП / On-Line – Static Stanbdby). Часто режим Standby/Static Stanbdby также называется ECO, EcoMode или «интерактивный режим» On-Line ИБП.

Линейно-интерактивный ИБП (Line-Interactive)

Линейно-интерактивный ИБП – это источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством (Off-Line) и дополненной автоматическим регулятором напряжения (AVR) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (ступенчатым стабилизатором).
Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (наиболее распространенный вид неполадок в отечественных электросетях) без перехода в автономный режим. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы является ненулевое время переключения (~4 мс) нагрузки на питание от батарей.
images_stories_reference_terminology_line-interactive_001.pngimages_stories_reference_terminology_line-interactive_002.png
По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное положение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-Line) и высокоэффективными, но дорогостоящими ИБП с двойным преобразованием энергии (On-Line). Как правило, линейно-интерактивные ИБП применяют для защиты персональных компьютеров, мониторов, рабочих станций, узлов локальных вычислительных сетей и прочего офисного оборудования.
К преимуществам линейно-интерактивной схемы также относятся ее сравнительная простота и надёжность, более низкая стоимость, а также высокий КПД в сетевом режиме.
Линейно-интерактивные ИБП делятся на две основные группы по способу получения выходного напряжения в батарейном режиме: ИБП с аппроксимированной синусоидой и ИБП с чистым синусоидальным напряжением. Устройства первого типа предназначены в основном для работы с импульсными источниками питания персональных компьютеров и наиболее распространены. Агрегаты второго типа во многих случаях могут использоваться в качестве альтернативы ИБП с двойным преобразованием (On-Line), например, для питания электромоторов, циркуляционных насосов систем отопления и газовых котлов.

ИБП с двойным преобразованием напряжения (On-Line)

Принцип работы ИБП со схемой On-Line и двойным преобразованием напряжения заключается в следующем. Поступающее на его вход переменное сетевое напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея, подключенная к точке соединения выпрямителя и инвертора, питает последний в аварийном режиме. Функции зарядного устройства может выполнять как специальный отдельный блок так и выпрямитель в зависимости от конфигурации ИБП. Аккумуляторная батарея может подключаться как напрямую, такт и через дополнительный повышающий преобразователь DC/DC для увеличения КПД системы.
Схема On-Line обеспечивает идеальное выходное напряжение при любых неполадках в электросети. Она характеризуется нулевым временем переключения из нормального режима в автономный и обратно без переходных процессов в выходном напряжении.
К недостаткам схемы On-Line относятся ее сравнительная сложность, более высокая стоимость, а также энергетические потери на двойном преобразовании напряжения.
Необходимо заметить, что защита таких устройств, как файловые серверы и телекоммуникационное оборудование, осуществляется только с использованием ИБП со схемой On-Line.
Примеры ИБП с двойным преобразованием (On-Line):

images_stories_reference_terminology_on-line_001.pngimages_stories_reference_terminology_on-line_002.png