Если коротко: что такое ИБП простыми словами?
ИБП (или UPS) – это устройство с аккумуляторами, которое временно питает технику при отключении электричества. Оно нужно, чтобы оборудование не выключилось резко, не потеряло данные, не ушло в ошибку и продолжило работать до восстановления сети или перехода на другой источник питания.
В зависимости от типа ИБП может не только давать резервное питание, но и стабилизировать напряжение, фильтровать помехи, защищать от перегрузки и подавать на нагрузку напряжение с чистой синусоидальной формой.
Какие бывают ИБП?
Согласно Международному стандарту IEC 62040-3 «Системы бесперебойного энергоснабжения (UPS)» устройства имеют следующую классификацию по схеме построения:
- резервные (off-line или standby);
- линейно-интерактивные (line-interactive);
- двойного преобразования (on-line).
В зависимости от рабочего напряжения нагрузки, бесперебойники бывают однофазными (для питания однофазных нагрузок) и трехфазными (для питания трехфазных и однофазных нагрузок в трехфазных групповых сетях).
К важным параметрам источника питания относится его конструктивное исполнение:
- приборы небольшой мощности выпускаются в настенном, моноблочном напольном (башенном) исполнении, а также имеют унифицированные размеры для размещения в 19-дюймовых стойках и шкафах;
- модели средней и большой мощности выпускаются в моноблочном напольном или шкафном конструктиве, а также в исполнении для размещения в стандартные 19-дюймовые стойки и шкафы.
Из чего состоит бесперебойник?
Каждая модель, вне зависимости от схемы построения, состоит из блока управления, аккумуляторных батарей, зарядного устройства и инвертора. Разберём эти элементы подробнее.
| Элементы | Описание |
| Аккумуляторные батареи | Накапливают электроэнергию для электропитания подключенных приборов при переходе устройства в автономный режим. В целях увеличения времени автономии UPS могут комплектоваться дополнительными внешними АБ. |
|---|---|
| Электронный блок управления | Обеспечивает автоматическую работу ИБП и АБ. Позволяет выполнять необходимые настройки устройства. |
| Зарядное устройство | Заряжает аккумулятор. |
| Инвертор | Формирует выходной сигнал питания нагрузки, инвертируя постоянное напряжение в переменное. |
В зависимости от типа и функциональных возможностей модели, в состав бесперебойника могут входить и другие элементы. Разберем их подробнее.
| Дополнительные элементы | Описание |
| Выпрямитель | Преобразует переменное напряжение сети в постоянное, есть только в моделях топологии онлайн. |
|---|---|
| Байпасный блок | Реализует ручное или автоматическое переключение питания нагрузки на сеть в обход схемы прибора при соответствии параметров сети норме и возникновении перегрузок. |
| Бустер | Автотрансформатор с отпайками переключаемых секций обмоток для коррекции (увеличения или уменьшения) входного напряжения. Есть только в моделях линейно-интерактивного типа. |
| Фильтры | Сглаживают ВЧ-помехи и всплески сети, искажения формы выходного сигнала при работе линейно-интерактивных и резервных устройств в автономном режиме. |
| Гальваническая развязка | Разделительный трансформатор, устанавливаемый во входной цепи. Обеспечивает отсутствие электрической связи между входом и выходом для улучшения помехоустойчивости. |
| Платы расширения интерфейсов | Обеспечивают локальный/удаленный мониторинг работы бесперебойника по следующим интерфейсам: RS-232, RS-485, USB и mini-USB, Ethernet, «сухие» контакты. Контроль выполняется через веб-интерфейс или специальное ПО. |
Как работает источник бесперебойного питания?
В обычном режиме ИБП получает питание от электросети и передаёт его на подключённую нагрузку. Одновременно устройство заряжает аккумуляторы и контролирует параметры входного напряжения.
Если электричество отключается, напряжение сильно проседает или выходит за рабочий диапазон, ИБП автоматически переводит нагрузку на аккумуляторы. Инвертор преобразует постоянное напряжение батарей в переменное напряжение, которое подходит для питания техники.
Когда питание в сети восстанавливается, ИБП возвращает нагрузку на работу от сети и снова заряжает аккумуляторы. В онлайн ИБП процесс устроен иначе: выходное напряжение постоянно формируется заново через двойное преобразование, поэтому переход на аккумуляторы происходит без разрыва питания.
Зачем нужен ИБП?
ИБП нужен для защиты техники от резкого отключения электричества и нестабильного напряжения в сети. При пропадании питания он автоматически переводит подключённое оборудование на аккумуляторы и даёт время продолжить работу, корректно завершить процессы или дождаться восстановления сети.
Источник бесперебойного питания помогает:
- сохранить работу газового котла, насоса, сервера, роутера или видеонаблюдения при отключении света;
- защитить компьютер от потери данных и повреждения файловой системы;
- предотвратить ошибки автоматики и перезапуск оборудования;
- поддержать связь, интернет и системы безопасности;
- стабилизировать напряжение, если используется линейно-интерактивный или онлайн ИБП;
- обеспечить чистую синусоидальную форму выходного напряжения для чувствительной техники.
Дополнительные функции ИБП
Помимо резервного питания, современные ИБП могут выполнять дополнительные функции. Их набор зависит от топологии и конкретной модели.
К дополнительным возможностям современных ИБП относятся:
- стабилизация напряжения (в моделях двойного преобразования и линейно-интерактивного типа);
- фильтрация частотных и импульсных помех;
- «холодный старт» (запуск без подключения к электросети, за счёт энергии аккумуляторных батарей);
- световая и звуковая индикация состояний системы питания (отображение значений напряжения и частоты, потребляемой мощности нагрузки и т. д.);
- таймер отключения/включения нагрузки в заданное время;
- синхронизация с ПК для удалённого мониторинга и управления.
Отдельно стоит сказать о защите от сетевых помех и перенапряжений, а также защите локальной сети.
Для защиты от сетевых помех на входе ИБП обычно устанавливается сглаживающий фильтр ВЧ-помех – пассивный многозвенный RC- или LC-фильтр.
Для защиты от высоковольтных импульсов используется варисторный блок, включенный параллельно цепи питания на входе. Также для подавления высоковольтных импульсов в источниках бесперебойного питания применяются фильтры с металл-оксидным варистором. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко снижается, шунтируя вход бесперебойника. Возникающие при этом сверхтоки (могут достигать значений в несколько кA) будут протекать через варистор блока защиты, не поступая в цепи питания бесперебойника и не влияя на подключенные электроприборы.
Аналогично на основе варисторов в большинстве моделей реализована система защиты локальных сетей. Подключение информационных кабелей через выделенные разъемы RJ-45 и RJ-11 обеспечивает защиту сетевого оборудования (сетевых адаптеров, роутеров и т. д.) и телефонной линии.
Какую технику защищают с помощью ИБП?
ИБП обычно устанавливают для защиты техники, чувствительной к перепадам или пропаданию сетевого напряжения:
- систем отопления – при отключении электричества зимой отопление может остановиться, а теплоноситель при длительном простое замёрзнуть;
- холодильников и морозильных камер (во время перебоев в электроснабжении продукты могут разморозиться и испортиться);
- систем видеонаблюдения (при перебоях в электропитании пропадет контроль за безопасностью дома и его территорией);
- компьютера (оставив блок питания без электроснабжения во время работы ПК, можно потерять данные, повредить его файловую систему или внутренние компоненты);
- роутеров, серверов и сетевого оборудования – при отключении электричества может пропасть интернет, связь, удалённый доступ или запись видеонаблюдения;
- системы «умный дом» (из-за отсутствия электроэнергии перестанут работать, например, газоанализаторы, датчики движения или протечки воды).
Характеристики бесперебойников
К основным техническим характеристикам бесперебойника относятся:
- выходная мощность, передаваемая на нагрузку. Есть полная (в вольт-амперах) и активная (в ваттах) мощность. Величины должны превышать потребляемую мощность подключаемого оборудования;
- время переключения на аккумуляторы и обратно, за которое прибор меняет рабочий режим. Если это происходит медленно, то на выходе могут происходить обрывы электропитания;
- форма выходного сигнала, может быть с идеальным или модифицированным синусом. Для большинства электроприборов требуется сигнал с «чистым» синусом;
- время автономии – длительность электропитания нагрузки от аккумуляторов;
- функция коррекции напряжения – корректировка значения и формы сигнала без перехода в автономный режим (есть в источниках питания двойного преобразования и линейно-интерактивного типа);
- ток зарядного устройства – чем больше величина, тем быстрее заряжаются аккумуляторы.
Комментарий эксперта: что важно учитывать при выборе ИБП
При выборе ИБП важно смотреть не только на мощность устройства, но и на тип подключаемой нагрузки. Для компьютера, роутера или сетевого оборудования требования одни, а для газового котла, циркуляционного насоса, холодильника или другой техники с электродвигателем – другие.
Главные параметры, которые нужно проверить перед покупкой, – активная мощность в ваттах, пусковые токи, форма выходного напряжения, время переключения на аккумуляторы и требуемое время автономной работы. Для чувствительной техники и оборудования с электродвигателями лучше выбирать ИБП с чистой синусоидальной формой выходного напряжения.
Отдельно нужно учитывать условия эксплуатации аккумуляторов. Даже правильно подобранный ИБП может работать хуже ожидаемого, если батареи установлены в холодном, влажном или плохо проветриваемом помещении. Температура, вентиляция и регулярная замена аккумуляторов напрямую влияют на срок службы системы резервного питания.
Если нужно защитить один прибор, например котёл или компьютер, обычно достаточно локального ИБП подходящей мощности. Если требуется резервировать группу оборудования или обеспечить длительную автономию, лучше заранее рассчитать суммарную нагрузку, пусковые токи и ёмкость аккумуляторов.
Андрей Новиков,
Ведущий инженер ГК «Штиль»
Выбор типа ИБП в зависимости от нагрузки
Залогом корректной работы любой нагрузки, помимо бесперебойного электроснабжения, является качество питающего напряжения. Одним из наиболее важных показателей качества является форма выходного сигнала. Каждому типу источников бесперебойного питания свойственно формирование синусоиды определенной формы, не всегда подходящей для нормальной работы подключенных электроприборов.
Рассмотрим существующие схемы построения UPS и соответствие формы их выходного сигнала различным видам нагрузок.
ИБП резервного типа (off-line)
При отсутствии напряжения в основной сети эти устройства переключают питание нагрузки на аккумуляторные батареи. Они не имеют встроенной защиты от перепадов напряжения (стабилизации), поэтому подойдут только для применения в сетях с относительно стабильным напряжением.
Используются для защиты нетребовательной к качеству питания нагрузки без индуктивной составляющей (электродвигателей, трансформаторов, дросселей). Модифицированная синусоида на их выходе не подходит для питания циркуляционных насосов, холодильников, кухонных комбайнов, блендеров и миксеров. Применение ИБП off-line с модифицированной синусоидой для такой нагрузки может привести к перегреву, нестабильной работе и сокращению срока службы оборудования.
Примером нагрузки, совместимой с резервными бесперебойниками, можно назвать домашние или офисные ПК. Их импульсные блоки питания маловосприимчивы к несинусоидальности питающего напряжения. Однако, лучше воздержаться от их применения для питания ответственной техники, сбои в работе которой могут привести к потере важных данных.
Вполне разумным будет использование резервных моделей и для питания сети маломощного дежурного освещения (без ламп с электромагнитным дросселем).
Схема резервного ИБП
Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive)
В отличие от ИБП резервного типа, оснащены встроенным стабилизатором напряжения. Это расширяет область их использования, позволяя применять в сетях со значительными отклонениями напряжения от нормы. Время переключения на аккумуляторы бесперебойников этой топологии составляет примерно 4 мс, что гораздо меньше, чем у резервных источников питания.
Форма выходного сигнала позволяет использовать эти устройства для питания индуктивной нагрузки. Но при выборе внимательно изучите технические характеристики бесперебойника. При заявленной производителем форме сигнала «чистая синусоида» (line-interactive sin) к нему можно подключать электроприборы с электродвигателями – насосы, холодильники, устройства с трансформаторными блоками питания, управляющую электронику газовых котлов и т. п.
Однако линейно-интерактивный источник питания может иметь на выходе и модифицированную синусоиду (ступенчатую форму). В этом случае его нельзя применять с электромоторами.
Схема линейно-интерактивного ИБП
Онлайн ИБП (on-line)
Онлайн ИБП выполняют двойное преобразование переменного напряжения: сначала преобразуют его в постоянное, а затем снова формируют переменное напряжение с чистой синусоидальной формой на выходе. За счет данной технологии достигается полная независимость качества выходного напряжения от состояния сети.
Устройства данной схемы построения обеспечивают наиболее эффективную защиту не только от перебоев электроснабжения, но и от значительных отклонений напряжения сети от нормы. Благодаря топологии онлайн время перехода на автономный режим составляет 0 мс, так как переключение на работу от батарей или с АБ на внешнюю сеть не происходит.
Онлайн ИБП считаются наиболее универсальными. За счет высокой точности коррекции выходного напряжения (отклонение от значений нормы составляет не более 2%) и его идеальной синусоидальной формы они подходят для совместного использования с любыми, даже особо чувствительными к качеству электропитания, приборами.
Данные бесперебойники отлично себя зарекомендовали при работе с такими требовательными к качеству напряжения и форме сигнала нагрузками, как электродвигатели, компьютерное и офисное оборудование, электронные блоки управления отопительных котлов, видеоаппаратура, даже в сетях с крайне низким качеством электроэнергии.
Одним из ограничений онлайн ИБП является более высокая стоимость по сравнению с резервными и линейно-интерактивными моделями.
Схема онлайн ИБП
Условия эксплуатации ИБП
Для помещений, в которых устанавливают бесперебойники, предъявляются следующие требования:
- сухой воздух с влажностью не более 80%;
- температура воздуха в диапазоне 5-40 °С;
- чистый воздух без примесей крупной пыли (класс защиты IP20).
При более низкой температуре возникает риск появления внутри корпуса конденсата – причины короткого замыкания. Более высокая температура негативно скажется как на самом приборе, так и на его аккумуляторных батареях – срок их службы сократится. Оптимальная температура для свинцово-кислотных батарей составляет 25 °С.
Устанавливать UPS требуется на расстоянии 15-20 см от других объектов, чтобы не создавать препятствий его системе вентиляции.
Когда вместо ИБП актуальнее приобрести генератор?
Использование источников бесперебойного питания обосновано при нагрузке с небольшой потребляемой мощностью (котел, холодильник, компьютер) и непродолжительных перерывах в подаче электроэнергии (в среднем 1-2 ч).
Пример применения маломощного бесперебойника – подключение системного блока компьютера и монитора, позволяющее корректно завершить работу ПК, избежав сбоев работы системы и потерь информационных данных. Модели малой и средней мощности также часто используются, чтобы питать автоматику отопительных котлов и маломощных циркуляционных насосов при кратковременных блэкаутах.
Работа таких приборов в сетях с длительными перебоями электроснабжения (более 6 ч) нецелесообразна. Это потребует увеличения ёмкости аккумуляторов (с периодической их заменой в процессе эксплуатации) и места для установки (с поддержанием определенного микроклимата). Применение генератора в этом случае будет проще и выгоднее.
Нужен ли стабилизатор перед ИБП?
Стабилизатор напряжения перед ИБП нужен не всегда. Его рассматривают в первую очередь при использовании резервных или линейно-интерактивных ИБП в сетях с частыми просадками, повышенным напряжением или постоянными колебаниями. В такой схеме стабилизатор устанавливают со стороны электросети, перед ИБП.
Если используется онлайн ИБП с широким рабочим диапазоном входного напряжения, отдельный стабилизатор обычно не требуется: такой ИБП сам корректирует входное напряжение и формирует стабильное питание для нагрузки.
Подключать стабилизатор после ИБП обычно не рекомендуют, особенно если источник бесперебойного питания выдаёт напряжение с модифицированной синусоидальной формой. Схему подключения лучше проверять по инструкциям производителей ИБП, стабилизатора и подключаемого оборудования.
Онлайн ИБП «Штиль» для дома, офиса и критичной техники
Онлайн ИБП «Штиль» работают по технологии двойного преобразования и подходят для техники, которой требуется стабильное питание и защита от отключений электричества: газовых котлов, циркуляционных насосов, серверов, компьютеров, видеонаблюдения, автоматики и другого оборудования.
Линейка источников бесперебойного питания топологии онлайн производителя систем электропитания «Штиль» включает в себя:
- однофазные модели настенного, напольного, стоечного и универсального (напольного/стоечного) исполнения выходной мощностью 0,3-10 кВА;
- модели конфигурации 3 в 1 (для электропитания однофазных приборов от трехфазной сети) напольного и стоечного исполнения выходной мощностью 10-20 кВА;
- трехфазные модели напольного и шкафного исполнения выходной мощностью 10-500 кВА.