Вибір ДБЖ

Який вибрати ДБР? Цю тему ми порушили у попередній статті та розглянули типи безперебійників, які пропонують виробники. Сьогодні поговоримо про те, як обрати джерело безперебійного живлення залежно від ваших завдань та типу вашого обладнання, а також розрахуємо необхідну потужність UPS.

Той, який безперебійник вам потрібний, залежить від кількох основних моментів:

  1. Від яких проблем у мережі ви хочете захистити обладнання?
  2. Особливості конструкції обладнання, яке ви хочете підключити до ІБП.
  3. Заплановано потужність навантаження на ІБП.
  4. Потрібен час автономної роботи.

 

Отже, у цій статті ми розглянемо вибір безперебійника з огляду на такі питання:

 

НАВІЩО ВАМ ПОТРІБНА ДБР?

Відповідь питанням: який безперебійник вибрати - залежить передусім від цього, нащо він вам потрібний.

  Навіщо?  Що купувати 
Коректно вимкнути комп'ютер та встигнути зберегти дані при відключенні електроенергії . У цьому випадку сміливо беріть недорогий ДБЖ off-line типу або лінійно-інтерактивний із запасом роботи батарей на 5-15 хвилин.
Забезпечити харчуванням обладнання в разі досить тривалого відключення електроенергії.

Якщо вашому обладнанню підходить несинусоїдальна форма сигналу, купуйте ІБП офф-лайн або лінійно-інтерактивну, але підвищену ємність, з розрахунком на тривалу роботу від батарей. Як розрахувати ємність, ви можете прочитати нижче.

Найбільший запас години роботи в автономному режимі – у ДБЖ із зовнішніми батареями , за рахунок можливості збільшити ємність додатковими аккумуляторами (підключаються паралельно). Такі безперебійники найчастіше – із категорії дорогих, із підвійним перетворенням.

Якщо потрібна  дійсно  довга година роботи, десятки годин, можливо, найкращим виходом буде придбання генератора.

Захистити обладнання від підвищеної чи зниженої напруги, провалів, небезпечних для техніки відключень на кілька секунд (любити у нас електрики дергати рубильник туди-сюди). Для цих цілей вам потрібний ІБП з функцією AVR (автоматичного регулювання напруги): лінійно-інтерактивний ІБП або дорожчий із підвійним перетворенням. Стабілізація напруги в лінійно-інтерактивних UPS найчастіше реалізована у ступінчастому, грубому вигляді, в онлайн-моделях стабілізатор працює плавно.
Захистити чутливе обладнання від максимальної кількості збоїв та перешкод в електричній мережі. Для цих цілей підійде лише безперебійник on-line типу .

 

Зазначимо, що якщо вам потрібна лише стабілізація живлення та не потрібне забезпечення автономної роботи обладнання при відключенні електрики, доцільніше купити окремий стабілізатор.

Також досить часто використовують зв'язку стабілізатор + недорогий ДБЖ (безперебійник включається до мережі ПІСЛЯ стабілізатора). Такий тандем не тільки дозволяє регулювати напругу в тому випадку, якщо в UPS цього не передбачено, а й продовжує термін експлуатації батарей ДБР.

ДЛЯ ЗАХИСТУ ЯКОГО ОБЛАДНАННЯ ВИ КУПУЄТЕ ІБП?

Який вибрати безперебійник - також залежить від особливостей конструкції техніки, що підключається.  

Загальне правило таке: до ДБЖ із правильною синусоїдою на виході можна підключати практично будь-яку техніку, потрібно лише правильно розрахувати потужність. До решти UPS, особливо офлайн типу, можна підключати далеко не все обладнання.

Особливість  Оптимальний тип ДБР  Пояснення 

Елементи, чутливі до несинусоїдальної форми сигналу .

Лінійно-інтерактивні з правильною синусоїдою

ДБЖ з підвійним перетворенням (онлайн) .

Найпоширеніший випадок - це пристрої з електродвигуном, насосом, компрессором , в тому числі насоси газових котлів, а також практично вся побутова техніка: холодильники, фені, пральні машинки, електродрилі і т. д. що впливають негативно: виникають вихрові струми, падає індуктивний опір, внаслідок чого двигун перегрівається аж до згоряння.

Детальніше про правильну синусоїду тут .

У деяких пристроях, наприклад, лазерних принтерах, ксероксах також можуть бути компоненти, яким для роботи потрібна синусоїдальна форма напруги, і при роботі від ДБР із прямокутною або ступінчастою формою сигналу вони прослужатимуть набагато менше.

Індуктивні елементи (котушки індуктивності, дроселі).

ІБП on-line типу.

Часто виникає питання - чи можна підключати до звичайного дешевого безперебійника пристрою з індуктивним навантаженням, наприклад, люмінесцентні лампи? На практиці підключають, і все начебто працює. Але слід враховувати, що багато виробників цього категорично не рекомендують і відносять випадки поломки безперебійника після підключення індуктивного навантаження до негарантійних.

Крім того, траплялися випадки, коли реактивне навантаження пошкоджувало не розрахований на неї ДБР. 

Трансформаторний (лінійний) блок живлення.

ІБП on-line типу.

Вибираючи ІБП для пристроїв із трансформаторними блоками живлення, потрібно з обережністю відноситись до UPS, який не видає на виході чисту синусоїду. При живленні напругою у формі меандру або ступінчастої синусоїди втрати в трансформаторі збільшуються, що, при сильній навантаженості, призведе до зменшення ресурсів трансформатора у десятки разів. Також на практиці траплялися випадки, коли згоряв сам УПС, до якого підключалося таке навантаження. З іншого боку, досить часто апаратура з малопотужними трансформаторними блоками живлення, наприклад радіотелефони, спокійно працює в парі з ДБЖ off-line типу.

Однак багато виробників, як і в разі індуктивного навантаження, найчастіше не радять підключати трансформаторні БП до звичайних ДБР.

Як відрізнити трансформаторний блок живлення від звичайного імпульсного? Якщо ми говоримо про зовнішнє БП, то імпульсний – зазвичай легкий і невеликий, а трансформаторний – важчий і більший, за рахунок того, що всередині нього розміщено, власне, трансформатор. Тип вбудованого блоку живлення визначити складніше, тут потрібно орієнтуватися на документацію виробника.

Хороша новина – у більшості випадків в електронній техніці, як модеми, комутатори, роутери, комп'ютери зараз використовуються саме імпульсні БП.

Конструктивні елементи, чутливі до якості живлення.

Тільки ДБЖ on-line типу.

Практично всі знають, що техніка болісно сприймає перепади напруги в мережі або постійно занижену (завищену) напругу. Проте якість електроживлення визначається як напругою. Чутливе телекомунікаційне, аудіо-відео, вимірювальне, медичне обладнання також негативно реагує на:

  • нестабільну частоту живлення,
  • радіочастотні перешкоди у мережі,
  • гармонійні спотворення напруги,
  • наносекундні та мікросекундні імпульси напруги.

 

Все це може не тільки спотворювати роботу техніки, а скорочувати термін її роботи.

Пускові струми.

ДБЖ on-line типу з відповідним навантаженням потужністю.

Устаткування, що має електродвигуни, насоси, компрессори та інші конструктивні елементи, які в момент пуску споживають велику кількість електроенергії, не можна підключати до малопотужних ДБЖ. Пускові струми можуть перевищувати стандартне споживання 3-7 і більше разів. 

 

ЯК РОЗРАХУВАТИ ПОТУЖНІСТЬ ІБП?

Щоб правильно вибрати безперебійник, необхідно порахувати загальну потужність обладнання, яке ви збираєтесь до нього підключити. Значення потужності можна уточнити у технічних характеристиках (паспорт чи інструкції до техніки).

Розглянемо умовний приклад.

Ми хочемо підключити до ІБП:

  • комп'ютер на 250 Вт,
  • монітор LCD на 60 Вт,
  • кондиціонер на 2000 Вт (cos=0,8).

 

Тут є один момент: навіть якщо потужність всіх пристроїв виражена в одній одиниці, в даному випадку в Вт, потрібно підрахувати дві потужності: у вольт-амперах і ватах.

 

ПОТУЖНІСТЬ У ВОЛЬТ-АМПЕРАХ ТА ВАТАХ – У ЧОМУ РІЗНИЦЯ?

Потужність, що виявляється у вольт-амперах (ВА, VA) називають повною потужністю . Вона показує реальне навантаження обладнання, з урахуванням активного та реактивного.

Потужність, що виражається у Ват (Вт, W), називають активною потужністю .

Це дві різні величини, і обидві потрібно враховувати при виборі ІБП потрібної потужності. Це особливо важливо, якщо ви збираєтеся підключати до ДБЖ реактивне навантаження, оскільки в такому оборудовані повна та активна потужність можуть серйозно відрізнятися.

 Розрахунок потужності у вольт-амперах.

Для перерахунку активної потужності (у ватах) на повну потужність у вольт-амперах використовуємо формулу:

Як перерахувати потужність у Вт у ВА

де:

  • VA – повна потужність,
  • W - активна потужність,
  • P – коефіцієнт потужності обладнання.

 

Якщо обладнання відноситься до активного навантаження, а це практично все мережеве, телекомунікаційне обладнання, прилади освітлення та обігріву, тобто техніка без індуктивності, без реактивної потужності, а також комп'ютерна техніка з блоками живлення з регулюванням коефіцієнта потужності (APFC), то коефіцієнт можна прийняти рівним 1 або краще з невеликим запасом -  0,95.          

Power Factor пристроїв без реактивного навантаження

Якщо ви збираєтеся підключати до ДБЖ лазерний принтер, кондиціонер, люмінесцентні лампи -  обладнання, в якому є електродвигуни тощо , все де є індуктивність та реактивна потужність, а також комп'ютери з блоками живлення без APFC, то коефіцієнт потужності потрібно переглянути або на наклейці на задній стінці. Для такої техніки його найчастіше вказують. Позначається коефіцієнт потужності Power Factor (PF) або cos  φ .            

У тому випадку, коли виробник не вказавши значення коефіцієнта потужності, але навантаження однозначно не є повністю активним, можна взяти найбільш поширену величину: 0,7.    

Power Factor пристроїв із реактивним навантаженням

Повернемося до нашого прикладу.

Блок живлення комп'ютера без регулювання коефіцієнта потужності, тому беремо значення P рівним 0,7. Монітором аналогічно. Разом отримуємо повну потужність:

  • для комп'ютера з дисплеєм: (250 +60) / 0,7 = 442 VA,
  • для кондиціонера: 2000/0,8 = 2500 VA,
  • Разом: 2942 VA.

 

Отже, що ж, купуємо безперебійник на 3000VA? Не поспішайте, не все так просто.

 Розрахунок потужності у ВАТ.

Найчастіше зустрічається найпростіший випадок – коли потужність у ВАТ, її також називають активною потужністю , вже зазначена у документації до обладнання. Якщо ні, можна перерахувати потужність з вольт-амперів у ВАТ, використовуючи ту ж методику, що й для повної потужності.

Порахуємо потужність нашого обладнання у ВАТ:

  • комп'ютер з монітором - 310 Вт,
  • кондиціонер - 2000 Вт,
  • Разом:  2310 W.

 

У нашому інтернет-магазині серед ІБП на 3000  VA, наприклад, є такі:

ProLogix Professional 3000 LB USB ДБЖ  – активна потужність 1800 Вт.

Logicpower LPM-PSW-3000VA  – активна потужність 2100 Вт.

PowerCom VGS-3000  – активна потужність 2700Вт.

По повній потужності для нашого умовного прикладу підходять усі три, а ось по активній лише один – PowerCom VGS-3000.

Купуємо його? Не тут було. Вважаємо далі.

 

ЗАПАС ПОТУЖНОСТІ

По-перше, потрібно врахувати, що ДБП не повинен працювати з максимальним завантаженням. Різні виробники радять різний запас потужності, в середньому безперебійник не повинен бути завантажений більш ніж на 70-80% від максимуму. Отже, нам потрібно "накинути" ще хоча б 20% на розрахункове споживання підключеного обладнання.

Також потрібно врахувати можливий апгрейд техніки (хоч би 10%). Встановлення потужнішої відеокарти на комп'ютер, заміна монітора на модель більшої діагоналі - все це спричинить збільшення споживаної потужності, як активної, так і повної. 

Запас потужності ДБЖ

Порахуємо запас нашого обладнання.

Повна потужність: 2942+20% + 10% = 3883 VA.

Активна потужність: 2310+20%+10%=3049 W.

Отже, обрана нами перед цим модель ІБП не підходить, адже там лише 3000VA та 2700W.

Але це ще не все.

 

ПУСКОВІ СТРУМИ

Обладнання, що має електродвигуни, насоси, компрессори, відрізняється від звичайного тим, що в момент включення споживає в 3-7 і більше разів більшу потужність, ніж зазвичай. Це і так звані пускові струми. Якщо не врахувати їх наявність при розрахунку потужності та взяти ДБР, який не витримає цього навантаження, то безперебійник у кращому разі буде виключатися при включенні такої техніки, а в гіршому – згорити.

Пускові струми

Пускові струми є також пристроїв, які містять інерційні елементи або котушки індуктивності. Наприклад, звичайні лампочки розжарювання та люмінесцентні лампи при включенні споживають набагато більшу потужність, ніж під час роботи. Інша річ, що спочатку це малі величини, і якщо ми говоримо про кілька ламп, такий пусковий струм можна не враховувати. Якщо ж йдеться, наприклад, про величезне приміщення з сотнями ламп, то стрибок потужності може бути досить помітним.

Більшість моделей ДБЖ розраховані на навантаження, але рідко більш ніж на 150%. Знову ж таки краще перестрахуватися і орієнтуватися на меншу, ніж зазначено у паспорті, наприклад, 120-130%. 

У прикладі найбільше значення мають пускові струми кондиціонера. Припустимо, вони в 3,5 рази перевищують звичайну потужність, тоді ми маємо 7кВт активного та 8,75 кВА повного навантаження при старті. 

Пускові струми комп'ютера і монітора в цьому прикладі не будемо розглядатися, оскільки ймовірність одночасного старту всього обладнання надзвичайно мала (або можна цілеспрямовано уникати такої ситуації).

Разом розрахункова потужність ДБЖ, яка нам потрібна:

Повна:

8750 (кондиціонер) + 442 (комп і монітор) + 10% на апгрейд + 20% запас = 12133 (12,1 кВА) .

Активна:

7000 (кондиціонер) + 310 (комп і монітор) + 10% на апгрейд + 20% запас = 9650 Вт (9,6 кВт) .

Скинемо 30% на перевантажувальну здатність, яку має взяти він ДБР.

Разом, замість безперебійника на 3000 VA , який нам потрібний на перший погляд, насправді потрібно купити потужний ДБР не менше ніж на 9300 VA/7420W.

Такі безперебійники можна знайти лише у лінійці дорогих.

І ось тут варто задуматися про доцільність покупки ДБЖ приблизною вартістю понад 80 000 грн для кондиціонера з цінником, наприклад, 5 000 грн :)

 

Саме через велику величину пускових струмів мало хто купує ДБЖ для холодильників, стиральних машин та іншої подібної техніки. Це просто економічно недоцільно.

Викинувши кондиціонер з нашого прикладу, отримаємо набагато більш адекватну величину навантаження: ≈ 580 VA (400W) (пускові струми для комп'ютера та монитора не рахуємо, тому що вони найчастіше покриваються здатністю перевантажування стандартного ДБР).

Для цих цілей цілком підійде, наприклад,  APC Back UPS ES 700VA .

ЯК РОЗРАХУВАТИ НЕОБХІДНУ ЄМНІСТЬ БЕЗПЕРЕБІЙНИКА?

Зазвичай при виборі джерела безперебійного живлення ми маємо певні вимоги до години, протягом якої він підтримуватиме роботу підключеного до нього обладнання в разі відключення електроенергії. Багато виробників вказують зразковий діапазон, наприклад, пишуть, що в залежності від навантаження, час роботи від батарей складе 4-20 хвилин. Або вказують, що при роботі з максимальним навантаженням ця година становитиме 5 хвилин.

Але це приблизно, а нам потрібно бути точно впевненим, що придбання нами UPS забезпечить роботу від батарей для певного переліку обладнання. Або ж розрахувати, скільки годин буде тримати навантаження якась обрана нами модель ДБЖ.

РОЗРАХОВУЄМО ЄМНІСТЬ АКУМУЛЯТОРІВ ДЛЯ ПЕВНОЇ ГОДИНИ АВТОНОМНОЇ РОБОТИ

Для розрахунків нам знадобиться:

  • Загальна активна потужність (ВАТ), обладнання, яке ми збираємося підключити до ДБЖ (W).
  • Час автономної роботи (T).
  • КПД UPS (приблизно можна взяти 0,85).
  • Номінальна напруга батарей.
 

Використовуємо формулу:

Розрахунок ємності акумулятора у Вт*ч

де:

  • T - година запланованої автономної роботи (рік),
  • P - потужність підключеного обладнання (ВТ),
  • KPD – КПД джерела безперебійного живлення (можна взяти приблизно 0,85).

 

І формулу перерахунку ємності у Вт * рік у ємність AH:

Перерахунок ват-годин в ампер-годинник

 

Припустимо, нам потрібно, щоб комп'ютер та монітор із наведеного вище прикладу пропрацювали 2 години після відключення електроенергії. 

Місткість (Вт*рік) = 2*310/0,85=730 Вт*рік.

Однак ємність батарей прийнято вказувати в ампер-годиннику. Щоб перерахувати ємність у ват-годинниках в ампер-годинник, потрібно вказати номінальну напругу батарей.

Для батарей 12В:

Місткість (А*рік) = 730/12 =   = 60,83 ≈ 61Ah.

Для батарей 24В:

730/24 = 30,42 ≈ 30Ah.

Оскільки найчастіше в ІБП використовують 1-2 батареї, рідше 4 ємністю 7-9AH, то підібрати ІБП стандартної комплектації для таких значень загальної ємності нам буде складно. Найкраще купити джерело безперебійного живлення з можливістю підключення зовнішніх батарей та підбирати ємність за потребами.

ДБЖ з можливістю підключення додаткових батарей

Каталог ІБП з можливістю підключення зовнішніх батарей .

  

Наприклад, можуть підійти такі моделі:

 

Перевагою в цьому випадку є те, що при збільшенні навантаження, що підключається до ІБП, можна буде купити та підключити ще одну додаткову батарею.

РОЗРАХОВУЄМО ГОДИНУ АВТОНОМНОЇ РОБОТИ, ЗНАЮЧИ ЄМНІСТЬ ДБЖ

Для розрахунків нам знадобиться:

  • Загальна активна потужність (ВАТ), обладнання, яке ми збираємося підключити до ДБЖ (W).
  • Загальна ємність всіх батарей ДБЖ у ват-годинах (Вт*рік). 
  • КПД UPS (приблизно можна взяти 0,85).

 

Використовуємо формули: 

Розрахунок загальної ємності ДБЖ

де:

  • V - номінальна напруга батарей (V),
  • AH - ємність однієї батареї (AH),
  • N – кількість батарей.

 

і

Розрахунок часу роботи ДБЖ

де:

  • E - загальна ємність (Вт*рік),
  • KPD - КПД джерела безперебійного живлення (за замовчуванням можна взяти 0,85,
  • P – споживана потужність підключеного обладнання.

 

Візьмемо для прикладу ДБЖ PowerCom BNT-800AP USB . Виробник заявляє годину автономної роботи 5 хвилин під час максимального завантаження. А скільки зможуть пропрацювати наш комп'ютер із монітором із споживаною потужністю 310 Вт?

Загальна ємність (Вт*рік) ДБР = 12В*7,2 AH*1 = 86,4 Вт*рік.

Година = 86,4 * 0,85/310 = 0,237 години ≈ 14 хв. 

 

ВИСНОВОК

Тепер давайте коротко підіб'ємо підсумки.

Для того, щоб вибрати ІБП, необхідно:

  • Визначити, який тип UPS вам потрібен.
  • Розрахувати необхідну повну та активну потужність ДБЖ, з урахуванням пускових струмів та невеликим запасом.
  • Якщо потрібна підтримка харчування протягом якоїсь певної години – розрахувати, яка ємність ДБП для цього потрібна. І в залежності від розрахованої ємності купувати звичайний безперебійник або ДБЖ та комплект додаткових батарей до нього.