Система гарантированного электропитания используется. Гарантированное электропитание

Как это ни странно, но спрос на устройства, обеспечивающие бесперебойную работу компьютерных систем, растет не только в странах с так называемой нестабильной экономикой, но и на Западе. Правда, причины этого роста несколько различны. Если в высокоразвитых странах на первый план выходит поддержание стабильности параметров электропитания, то, скажем, у нас — это наличие его самого как такового. Вопросы же обоснованного выбора и правильного построения систем гарантированного электропитания (СГЭ) в соответствующих документах до сих пор во многом остаются нерешенными.

Прежде чем переходить к рекомендациям, в основе которых лежит практика, рассмотрим последовательно базовые понятия, связанные с электрообеспечением ЛВС, такие, как качество электроэнергии, надежность, система гарантированного электроснабжения, сети электроснабжения и их виды.

Надежность электроснабжения

Понятие надежности в электротехнике можно трактовать как свойство объекта сохранять в установленных пределах в процессе эксплуатации значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки. Согласно ныне действующим правилам в отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на три категории и особую группу.

К электроприемникам категории I принадлежат устройства, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, нарушение сложного технологического процесса или функционирования особо важных объектов. Их электроснабжение должно осуществляться от двух взаимно резервирующих источников питания (ИП) с допустимым перерывом на время автоматического восстановления питания.

Из категории I выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства. Для их электроснабжения должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего ИП. Его роль могут выполнять бензиновые (БЭС), дизельные (ДЭС) электростанции или другие энергогенерирующие источники.

К электроприемникам II и III категорий относятся менее ответственные установки, и их рассмотрение не представляет для нас интереса.

Следует обратить внимание, что автоматическое включение резерва (АВР), позволяющее за время 3—30 с восстановить питание электроприемников категории I и даже особой группы, приводит только к возобновлению электроснабжения, но не к продолжению их нормального функционирования. Таким образом, обусловленные действующими руководствами категории надежности, не решают проблемы обеспечения ЛВС электроэнергией нужного качества. Поэтому предлагается ввести дополнительную группу, назвав ее "критическая группа электроприемников категории I к надежности электроснабжения". При этом будем исходить из того, что устройства, относящиеся к критической группе, должны выдерживать перерыв питания до 20 мс.

Эти электроприемники по режимам работы можно разделить на два вида: устройства с нормальным режимом работы и с особым. Первые должны обеспечиваться защитой от неполадок питания в течение рабочей смены (суток) или времени, необходимого для завершения соответствующего технологического цикла; вторые — защитой от неполадок питания 24 часа в сутки и 365 дней в году. К последним принадлежат устройства, обеспечивающие непрерывный технологический процесс в реальном режиме времени, когда прерывание недопустимо, или те электроприемники, сбой в работе которых приводит к потере трудно восстанавливаемой информации или к большим финансовым убыткам.

Для электроснабжения потребителей критической группы рекомендуется использовать СГЭ в составе агрегата бесперебойного питания (АБП) и автономного источника питания в виде ДЭС или БЭС. В здании следует предусматривать электропомещения с установкой в них вводных и распределительных щитов (электрощитовой), помещения для АБП и для ДЭС. При этом питающие и распределительные линии силовых, осветительных и компьютерных сетей должны быть разнесены с обязательным формированием автономной сети электроснабжения потребителей ЛВС.

Система гарантированного электроснабжения

Определимсистему гарантированного электроснабжениякакнабор устройств и схемных решений, предназначенных для обеспечения бесперебойным электропитанием необходимого качества электроприемников критической группы во всех режимах работы сети (нормальном, аварийном или режиме профилактического обслуживания входящих в систему узлов и блоков). Заметим, что СГЭ является важнейшей и неотъемлемой составной частью общей системы электропитания здания и обеспечивает необходимую надежность всей цепи. В состав СГЭ обычно входят средства АВР, силовые коммутационные устройства электрощитовой, выполненная по особой схеме распределительная сеть, АБП, ДЭС, автономная электрическая сеть, а также устройства молниезащиты и заземления.

Сети электроснабжения и их виды

В настоящее время существует несколько способов выполнения сетей электроснабжения для питания электроприемников критической группы.

Сеть общего назначения (обычная сеть электропитания здания) — одно- или трехфазная распределительная сеть, в которой все электроприемники питаются от одного магистрального щитка или линии с нулевым (защитным) проводником, присоединенным к основному контуру заземления здания. По нашему мнению, описанная организация сети недопустима для проектирования ЛВС, однако в связи с тем что она не противоречит действующим нормативным документам, такие сети продолжают появляться в решениях большинства проектных институтов.

Выделенная сеть ЛВС (выполняется без дополнительного монтажа распределительной сети) — схема, когда электроприемники ЛВС подключаются на одну выделенную фазу трехфазного магистрального щитка или линии, а все остальные электроприемники — к двум другим фазам. Для защиты электроприемников ЛВС АБП обычно размещают между магистральным щитком и выделенной фазой. Такой способ организации сети — это только первый шаг к разделению электропитания ЛВС для обеспечения возможности подключения АБП — и не больше. Описанная организация распределительной сети для крупной ЛВС не рекомендуется.

Разделенная сеть ЛВС (дополнительно смонтированная сеть при реконструкции) — способ построения, при котором электроприемники ЛВС получают питание по одно- или трехфазной радиально-магистральной сети, отделенной от остальной сети общего назначения. Вводные фидеры разделенной сети подключаются непосредственно к главному распределительному (вводному) устройству здания. Для защиты электроприемников ЛВС АБП обычно размещают у распределительных щитков в узлах разделенной сети. Такой способ организации сети питания электроприемников ЛВС может быть вполне оправдан, а его стоимость практически соответствует стоимости автономной сети.

Автономная сеть электроснабжения ЛВС (дополнительно смонтированная при реконструкции или новом строительстве) — схема монтажа, при которой электроприемники ЛВС получают питание по радиально-магистральной пятипроводной сети, гальванически отделенной от сети общего назначения. Обычно она выполняется на базе АБП, имеющего выходной изолирующий трансформатор со вторичной обмоткой типа звезда, нейтраль которой соединяется со специальным контуром технологического заземления с сопротивлением R =< 0,5 Ом.

Из перечисленных выше четырех видов сетей только автономная сеть электроснабжения ЛВС позволяет обеспечить питание электроприемников электрической энергией необходимого качества за счет устранения блуждающих, импульсных и прочих токов в нейтральных проводниках.

Схемотехнические решения СГЭ

В настоящее время практически реализуются две основные схемы СГЭ: распределенная и централизованно-смешанная. Для всех вновь строящихся или реконструируемых объектов наиболее подходящим решением является схема централизованно-смешанной защиты ЛВС. В случаях, если реконструкция системы электроснабжения не выполняется, или при значительных технических сложностях реализации схемы централизованно-смешанной защиты как временное решение допустимо выполнение схемы распределенной защиты ЛВС.

Рассмотрим область применения, преимущества и недостатки схемы распределенной защиты. Она может быть рекомендована для ЛВС небольшого масштаба (20—40 рабочих мест) в пределах одного или нескольких этажей здания. При этом используются АБП архитектуры on-line со стандартным набором аккумуляторных батарей (на 20—30 минут поддержания электроснабжения при нагрузке 100%) и общим автономным резервным источником электропитания с автоматическим запуском при исчезновении питания городской электросети и устройством АВР. Рекомендуемая схема — разделенная сеть.

К преимуществам распределенной схемы защиты можно отнести:

• простоту установки и наращивания;
• рациональное планирование средств на приобретение АБП;
• возможность маневра при распределении АБП;
• отсутствие требований по специальной подготовке персонала.

• относительно высокую стоимость защиты одного рабочего места;
• невысокий уровень качества защиты и низкие сервисные возможности;
• необходимость при выборе АБП закладывать запас мощности для пусковых токов оборудования;
• сложность централизованного управления;
• отсутствие гибкости в использовании энергии аккумуляторных батарей всех АБП;
• уязвимость оборудования вследствие доступности АБП.

Выполнение схемы централизованно-смешанной защиты ЛВС возможно, по крайней мере, в двух вариантах. В первом — защита всего электронного оборудования осуществляется с помощью центрального мощного АБП архитектуры on-line со стандартным набором аккумуляторных батарей на 15—30 минут поддержания 100%-ной нагрузки и автономным резервным источником электропитания с автоматическим запуском и устройством АВР. При этом электроприемники ЛВС критической группы с нормальным режимом работы дополнительно защищаются расположенными рядом менее мощными АБП. Рекомендуемая суммарная мощность источников 15—80 кВ*А, а в отдельных случаях — и более. Способ выполнения — автономная сеть.

Данный вариант характеризуется следующими преимуществами:

• все оборудование ЛВС постоянно подключено к источнику высокостабильного напряжения;
• перенапряжения, электромагнитные помехи и импульсы напряжения во внешних сетях не оказывают воздействия на оборудование ЛВС;
• при необходимости осуществляется автономная работа от ДЭС, продолжительность которой ограничивается только емкостью топливного бака;
• предоставляются широкие возможности по использованию энергии центральной аккумуляторной батареи (значительное увеличение времени работы от АБП наиболее ответственных приемников при отключении в аварийной ситуации менее ответственных).

Во втором варианте централизованная защита всего электронного оборудования выполняется с помощью параллельного включения нескольких (линейки) АБП архитектуры on-line и автономного резервного источника электропитания с автоматическим запуском при исчезновении питания от городской электросети и АВР. Рекомендуется при наличии электроприемников критической группы с особым режимом работы. При этом такие устройства дополнительно защищены расположенными рядом менее мощными АБП. Рекомендуемая суммарная мощность нагрузки — от 80 кВ*А и выше, способ выполнения — автономная сеть.

К преимуществам второго варианта следует отнести:

• постоянное подключение оборудования ЛВС к источнику высокостабильного напряжения;
• отсутствие воздействия на оборудование ЛВС перенапряжения, электромагнитных помех, импульсов напряжения во внешних сетях и внутренних сетях общего назначения;
• повышение надежности работы системы в целом (при выходе из строя одного из АБП) за счет выполнения ремонтных работ, без прерывания электропитания в автономной сети;
• применение системы управления параллельной работой, что дает возможность изменения суммарной мощности работающих АБП за счет включения/отключения одного или нескольких из них;
• использование энергии центральной аккумуляторной батареи, позволяющей в аварийной ситуации отключить малоответственные электроприемники.

• проектирование, поставка, монтаж, техническое обслуживание СГЭ необходимо выполнять комплексно, с учетом параметров всех элементов, входящих в нее, взаимосогласованных режимов работы и максимально возможной унификацией;
• схема автономного питания устройств ЛВС АБП должна иметь выходной изолирующий трансформатор со вторичной обмоткой типа звезда, нейтраль которой соединяется со специальным контуром технологического заземляющего устройства с R =< 0,5 Ом. При этом необходимо, чтобы распределительные щитки автономной сети имели защиту от поражения электрическим током согласно IEC 439-1-85 или ГОСТ 22789—94;
• схема централизованно-смешанной защиты СГЭ должна предусматривать шкаф байпаса (ШБ) и шкаф управления нагрузкой дизель-генератора (ШУН ДГ) для возможности выполнения ремонтных и обслуживающих работ на ДЭС и наладки его работы с АБП без перерыва подачи питания;
• коммутационные аппараты АВР должны иметь механические блокировки от одновременности включения;
• автономность электропитания ЛВС следует обеспечивать не только путем разделения силовых электрических сетей, но и за счет устранения связей между контурами заземления, которые могут возникать по информационным каналам;
• информационные (воздушные) линии ЛВС, прокладываемые снаружи здания или между зданиями, должны быть защищены специальными устройствами ограничения перенапряжения.

Практический опыт работы показывает, что только автономная сеть позволяет в полном объеме обеспечить надежное и высококачественное электропитание ЛВС.

Для достижения высочайшей надежности систем резервного электроснабжения объектов повышенной ответственности, а именно для резервирования электрических потребителей особой группы первой категории, проектируются комплексные системы бесперебойного и гарантированного электроснабжения (СБГЭ). Под комплексными системами будем понимать совокупную работу дизельгенератора и . Именно в сочетании функционала этих устройств и образуется комплекс по энергетической защите критически важного оборудования.

При проектировании и реализации подобных существует группа факторов, влияющих на выбор резервного оборудования и его корректную работу. Их необходимо знать и учитывать. Приведем лишь некоторые из них, максимально влияющих на совокупную работу ДЭС и ИБП. Любой источник бесперебойного питания, осуществляя питание нагрузки, потребляет электрический ток, причем форма потребления тока несовершенна и отличается от синусоидальной. Это происходит вследствие возникновения гармонических искажений потребления входного тока. Этим свойством обладает любой электрический источник питания, черпающий электрическую энергию из внешней электросети. Каждый ИБП имеет свой характер потребления входного тока и связанно это с индивидуальным входным коэффициентом гармонических искажений (THDi, Total Harmonic Distortion). Источники различного производства имеют широкий разброс значений коэффициента THDi от 3 до 30%, так и характер потребления входного тока варьируется от почти синусоидального до почти импульсного. Задача разработчика и производителя максимально снизить этот коэффициент, сведя токопотребление к синусоидальному виду. Это достигается разными путями - от установки на ИБП дорогостоящих активных LC–фильтров (THD-фильтры) до применения IGBT технологии при производстве выпрямительной части источника. IGBT технология подразумевает использование при конструировании выпрямителя биполярных транзисторов с изолирующим затвором (Isolated Gate Bipolar Transistor), обеспечивающих высокочастотную (до 20 кГц) работу выпрямителя. На сегодняшний день данная технология является наиболее распространенной и пока максимально надежной в области изготовления источников бесперебойного питания.

Так при совместной работе ИБП мощностью 100 кВт (с коэффициентом THD (КНИ) ~30%) и дизельгенератора мощность последнего должна превышать мощность источника в 2 раза, что составит 200 кВт. Коэффициент превышения мощности дизельной электростанции над мощностью ИБП напрямую зависит от коэффициента гармонических искажений и КПД источника. Зависимость наглядно видна из приведенной ниже таблицы.

Даже при минимальных искажениях входного тока необходимо оставлять запас мощности дизельгенератора. Этот запас необходим ИБП на собственные нужды, а именно на тепловые потери, которые косвенно выражаются коэффициентом полезного действия, и на заряд присоединенных аккумуляторных батарей (АКБ). Поэтому не стоит верить умельцам, утверждающим, что мощность дизельной электростанции не должна превышать мощность подключенного к ней ИБП.

Таким образом, выбрав ИБП с низкими входными искажениями, появляется возможность купить дизельгенератор не такой большой мощности, при этом сэкономив средства предусмотренные бюджетом. Зачастую, недобросовестные поставщики энергетического оборудования, в силу своего незнания теоретических основ или с целью снизить общий бюджет системы, предлагают в совокупности с ИБП, у которого высокий коэффициент THDi использовать дизельгенераторную установку с меньшим коэффициентом запаса. Такая система работать будет ровно до тех пор, пока нагрузка на ИБП не достигнет номинального (рабочего) уровня, после этого дизельгенератор может остановиться по перегрузке или выйти из строя.

Единовременный наброс нагрузки на дизельгенератор – еще один параметр, который важен при построении СБГЭ. Как известно его уровень не должен превышать 60-70% от номинальной мощности, так как дизельный двигатель может заглохнуть при большем набросе мощностей. Производители ИБП предусмотрели в выпрямительной части функцию «Мягкого старта» («плавный» старт, «soft start»). Это означает, что во время аварийной ситуации при переходе на работу от дизельгенератора, современные ИБП большой мощности (от 10 кВА) начинают плавно увеличивать потребляемый ток, тем самым не позволяя допустить перегрузку на генератор. Время выхода ИБП на номинальный уровень потребления энергии можно программировать в пределах от 10 секунд до 5 минут.

Следующим фактором, влияющим на корректную работу СБГЭ, является коэффициент мощности нагрузки, а именно отношение потребляемой активной мощности к реактивной. Стоит помнить о том, что при снижении уровня нагрузки на ИБП меняется и его входной коэффициент мощности и КПД. Например, при 100% нагрузке входной коэффициент мощности составляет 0.99, т.е. ИБП является практически активной нагрузкой, то при 50% нагрузке коэффициент мощности может снижаться до уровня 0.7-0.5, при этом увеличивается уровень реактивной мощности. Это необходимо помнить при выборе мощности ДЭС.

При работе дизельной электростанции в совокупности с параллельной системой ИБП, производители источников бесперебойного питания предусмотрели программируемую возможность поочередного включения выпрямителей каждого источника, т.е. если в системе параллельно включены 3 ИБП, то их выпрямители, обладающие функцией «мягкого» старта, начнут потреблять электроэнергию поочередно с задержкой, например, в 30 секунд. Это необходимо при построении систем бесперебойного гарантированного электропитания большой мощности.

Следует помнить, что ИБП и дизельгенераторы, работая в совокупности соединены между собой только лишь силовыми кабелями, но при этом существует опция для источников, которая позволяет информационно связывать ИБП и дизельную электростанцию для наиболее мягкой корректной работы, продлевающий общий срок службы и наработку на отказ всей системы бесперебойного гарантированного электропитания (СБГЭ) в целом. Для просчета СБГЭ и подбора оборудования обращайтесь в надежные компании, которые умеют владеть не только коммерческими навыками, но и в состоянии квалифицированно обеспечить техническую поддержку Вашей сделки.

Бесперебойность электроснабжения не является величиной абсолютной с точки зрения самого качества электропитания. При проектировании СБГЭ (системы бесперебойного и гарантированного электропитания) всегда отталкиваются от двух моментов:

– потребители электроэнергии подразделяются на группы по ответственности, т.е. назначается приоритет в электропитании для нагрузок;

– и в каждой группе выделяется самый требовательный к качеству электропитания потребитель.

В этой логике определяются требования к допустимому отклонению параметров сети питания, при которых нагрузка работает не отключаясь. По итогу, "система бесперебойного электропитания " создаёт такую сеть нагрузке, в которой отсутствует даже кратковременное отклонение параметров электропитания за допустимые нагрузкой границы.

Гарантированность электроснабжения подразумевает возможность длительного исчезновения электропитания технологического объекта только так, что это не приводит к аварийному состоянию оборудования и не создаёт опасности для людей и окружающей среды (). В "системе гарантированного электропитания " допускается кратковременное исчезновение электропитания, которое может быть связано с переключением между источниками электроснабжения.

Простыми словами, тут важно понять следующее, что если есть такая нагрузка, кратковременный сбой в питании которой приводит к тому, что алгоритм работы потребителя сбрасывается и требуется начинать незаконченное дело с нуля, или сбой электроснабжения может привести к фатальным последствиям, то такой потребитель однозначно требует бесперебойного питания. Длительность же автономного питания должна позволить закончить некий производственный цикл до его окончания. Примером такой нагрузки может являться оборудование в операционных клиник, или же оборудование хранения данных.

Если же кратковременный сбой в питании нагрузки не приводит к потере незаконченного производственного цикла, не создаёт условий катастрофических последствий, и работа может быть продолжена с любой точки останова, то такой потребитель потребует только гарантированного питания. Примером такой нагрузки может служить освещение помещений, или же эл . двигатель механической мельницы.

Для общего понимания места систем бесперебойного и гарантированного электропитания в электроснабжении объектов, следует обратиться к требованиям нормативных документов, и создать свою систему электропитания не хуже общих требований.

ПУЭ 7-е издание

и обеспечение надежности электроснабжения

1.2.17. Категории электроприёмников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта.

1.2.18. В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприёмники разделяются на следующие три категории.

Электроприёмники I категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Электроприёмники II категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприёмники III категории – все остальные электроприёмники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.

1.2.19. Электроприёмники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприёмников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприёмников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприёмников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроснабжение электроприёмников первой категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление нормального режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

1.2.20. Электроприёмники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприёмников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

1.2.21. Для электроприёмников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

Таким образом, становиться очевидным, что системы СБГЭ в части бесперебойного питания направлены, прежде всего, на удовлетворение нужд в качестве и надёжности электропитания потребителей 1 (первой) категории и особой группы первой категории, а в части гарантированного питания – потребителей 2 (второй) категории.

Обращайтесь за более детальными консультациями или подбором оборудования.

Работа большинства современных организаций строится на использовании техники, чувствительной к качеству энергии. Выход из строя компьютеров, банковской и медицинской аппаратуры, системы автоматики и других приборов влечет за собой серьезные последствия, которые порой могут быть непоправимы. Существующая система питания несовершенна, и процесс снабжения может внезапно прерваться. Чтобы этго не произошло, рекомендуется применение:

• систем бесперебойного электропитания (СБЭ), работа которых базируется на базе источников бесперебойного питания (ИБП, UPS);
• систем гарантированного электропитания (СГЭ), работа которых базируется на дизельгенераторных электростанций (ДЭС, ДГУ);
• систем бесперебойного и гарантированного электропитания, как сочетание двух вышеперечисленных систем.

Как правило, задача обеспечить бесперебойное питание возлагается на ИБП и дизельные генераторы, которые берут на себя питание ответственного потребителя на период отсутствия электричества в сети. Тем не менее, в данном случае играют роль и вспомогательные решения, среди которых может быть резервирование подвода силовых линий, системы тушения пожара и защиты от молнии. Важно понимать, что гарантированное электропитание должно быть обеспечено в условиях любых экстремальных ситуаций.

Ключевыми характеристика систем бесперебойного питания являются надежность, отказоустойчивость, энергоэффективность. Тем не менее, экономия электроэнергии, увеличение сроков эксплуатации аккумуляторов и увеличение КПД аппаратуры служат лишь частью решения задачи. К прочим значимым направлениям можно отнести разработку мощных аккумуляторных батарей и применение кинетических накопителей.

Экономия используемых ресурсов

Мир все больше внимания уделяет разработке и применению альтернативных источников электроэнергии, которые могли бы возобновляться сами по себе. Это особенно важно благодаря «зеленым тарифам», которые позволяют реализовывать излишек получаемой электроэнергии в сеть общественного использования, либо расходовать полученную энергию на личные нужды, понижая зависимость от внешних источников.

Дополнительной возможностью сэкономить энергоресурсы и увеличение эффективности бизнеса, служит подробный мониторинг затрат энергии и автоматизация процессов, связанных с этими расходами. Помочь в данном направлении могут особые технологии, именуемые «Интернет вещей» (IoT). Именно благодаря им оборудование стало работать на более «умной» автоматизации, да и сбор информации вышел на принципиально новый уровень.

Необходимость СГП в России

В России не только остро стоит вопрос электроснабжения, однако и наблюдаются проблемы с качеством электричества, которую поставляют потребителям по распределительным сетям общего назначения. Поэтому возникла необходимость в создании СГП - системы гарантированного питания. Она применяется в схеме релейной защиты, автоматики и технологической сигнализации электроустановок разного класса напряжения предприятий энергетики и других важных объектов.

СГП обеспечивает непрерывное питание ~ 220В:

• от централизованной сети переменного тока ~220В в штатном режиме,
• от резервной сети постоянного тока =220В при отключении напряжения в сети переменного тока, используя резерв аккумуляторов пользователя,
• от ресурса батарей источника бесперебойного питания в отсутствие напряжений, как в сети переменного тока, так и в сети постоянного тока.

Преимущества СГП:

• Стабильность параметров сети ~220В при подключении =220В с нулевым временем переключения в аварийный режим без возникновения переходного процесса на выходе устройства.
• Пользователь может самостоятельно подключить СГП, поскольку ее конструкция проста и понятна.
• При аварийных отключениях сохраняются регламентные требования.
• Напряжение сети постоянного тока =220В в СГП производится тремя однотипными каналами, обеспечивая трехкратный запас надежности, если при аварии отказывает один канал, СГП сохраняет свою работоспособность.
• Преобразователь напряжения работает в экономном режиме.
• Эксплуатация практичная и долговечная.

Конструкция СГП предполагает применение унифицированных элементов: источника бесперебойного питания, блока питания постоянного напряжения (преобразователь постоянного напряжения), реле переменного тока. Если что-либо выходит из строя, деталь легко можно заменить аналогичной. При необходимости можно обратиться в сервисную службу, однако устройство целиком предназначено для самостоятельной эксплуатации.

Данная статья предназначена для практиков, которым приходится сталкиваться с проблемами обеспечения качественного электропитания систем безопасности.

Терминология и сокращения, которые будут применяться в данной статье:

• АКБ — герметичная кислотная батарея с гелевым электролитом.
• ГЕНЕРАТОР — дизельная или бензиновая электростанция, вырабатывающая переменное однофазное напряжение 220 В или трехфазное 380 В.
• ИНВЕРТОР — устройство обеспечения бесперебойного электропитания, основанное на преобразовании постоянного тока от аккумуляторных батарей в переменное однофазное напряжение 220В или трехфазное 380В. Подразумевается, что
• ИНВЕРТОР имеет в своем составе АКБ , необходимую для обеспечения требуемого времени работы на заданной мощности.
• UPS — под этим сокращением будут подразумеваться «компьютерные бесперебойники» малой мощности.
• ИБП — Источники бесперебойного питания (или ИВЭПР — источники вторичного электропитания резервированные).
  Подобные устройства предназначены для питания аппаратуры, которая не имеет своего встроенного сетевого блока питания. В состав ИБП входят АКБ .
• ИРП — Источники резервного питания. Предназначены для обеспечения питания аппаратуры, которая имеет собственный основной источник питания и вход для дополнительного резервирования.

ВЫБОР СТРАТЕГИИ ОРГАНИЗАЦИИ ПИТАНИЯ

Прежде всего, следует разделить потребителей на группы по критичности электропитания и времени необходимого резервирования.

• — Относительно невысокую стоимость — в среднем бензиновый генератор обойдется $400-500 за кВт, а дизельный примерно в 1,5 — 2 раза дороже;
• — Высокое качество выходного напряжения;
• — Возможность длительного времени работы.

Недостатки:

• — необходимо специальное помещение;
• — необходимость обслуживания;
• — невозможность обеспечить бесперебойное питания — требуется время для запуска генератора.

Дизельные генераторы дешевле в эксплуатации, поэтому их имеет смысл применять только для организации длительного резервного питания объектов большой мощности (более 5 кВт). На меньших мощностях или при кратковременном использовании бензиновый генератор будет более экономичен.

Покупать ГЕНЕРАТОРЫ имеет смысл только импортные и только в специализированных фирмах. В Россию завозят много неплохих марок японского (напр. Yamaha), французского (SDMO) и итальянского производства.

ИНВЕРТОР — так обычно называют преобразователь с низкого напряжения постоянного тока в высокое переменное. Другими словами — энергию АКБ в переменный ток 220 В. В чистом виде инверторы применяются редко, а являются составной частью систем бесперебойного питания, которые обычно называют UPS. UPS бывает двух типов — on-line и off-line. UPS off-line являются более дешевыми и простыми — инвертор включается только при пропадании сетевого напряжения. Схема on-line — это схема с двойным преобразованием. Сначала сетевое напряжение понижается и выпрямляется, после чего постоянной ток с помощью инвертора преобразуется в переменный 220 В. При пропадании сетевого напряжения используется энергия АКБ . Подобная схема дает наиболее качественное питание, так как не зависит от качества входного напряжения. Инверторы типа on-line являются одновременно и стабилизаторами напряжения, и фильтрами. Это идеальное решение для обеспечения питания потребителей 220 В. Но и стоят они существенно дороже обычных off-line приборов.

Еще одним важным параметром для ИНВЕРТОРОВ и UPS является форма выходного сигнала:

• — чистый синус — наиболее сложные и дорогие приборы;
• — аппроксимированный синус — промежуточный вариант, может быть разная степень аппроксимации;
• — модифицированный синус, меандр, квазисинус — наиболее часто встречающийся и недорогой вариант инвертора.

Необходимо помнить, что некоторые типы нагрузок очень чувствительны к форме питающего напряжения. Модифицированный синус нельзя использовать для питания потребителей с трансформаторными источниками питания и для чувствительной аппаратуры.

Выходная мощность — для инверторов обычно указывается в Вольт-Амперах (ВА, VA). В отличии от Ваттов (Вт, W), которые указывают эффективную потребляемую мощность переменного тока, вольт-амперы характеризуют амплитудные значения токов и напряжений в нагрузке. Существование такой единицы связано с тем, что в цепях переменного тока может возникать сдвиг фаз.
Для простой активной нагрузки VA = 1,41 x W
Крайне аккуратно надо подключать нагрузку с мощностью, которая указана в Ваттах к источнику, мощность которого указана в ВА. Если такая необходимость возникает, то для расчетов умножить значение нагрузки в Ваттах на 1,41
Приобретение хорошего ИНВЕРТОРА — большая проблема. Есть очень дорогие модели, предназначенные для телекоммуникационной и компьютерной техники.
Практически отсутствует на рынке «средний класс». Как правило, проблемы с сервисом, а ИНВЕРТОР — весьма дорогой и сложный прибор.
Есть неплохие отечественные приборы, но их производители — оборонные заводы — страдают слабым маркетингом. Купить же компьютерный UPS небольшой мощности проще простого.

НИЗКОВОЛЬТНЫЕ ИБП и ИРП

Практически все ИРП существующие на рынке похожи друг на друга и отличаются только емкостью устанавливаемых АКБ.
Поэтому основное внимание уделим ИБП. ИБП по своей схемотехнике можно разделить на трансформаторный и импульсные.
В свою очередь трансформаторные ИБП могут быть с линейным или ШИМ стабилизатором.
Импульсные ИБП для систем безопасности мало применяются ввиду невысокой надежности и высокого уровня помех.
Трансформаторные источники с линейным стабилизатором оптимальны при небольших токах.
При больших токах все чаще начинают применять ШИМ стабилизаторы, хотя линейные схемы до сих пор вне конкуренции по надежности и ремонтопригодности.

Один из важнейших параметров — НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ СЕТИ. В России стандарт на электросети допускают интервал напряжений 187…242В (220В -15% +10%).

Зарубежные требования более жесткие, поэтому импортные ИБП не рекомендуется использовать в наших сетях. Более того, некоторые отечественные ИБП выпускаются с параметрами, заявленными в диапазоне 220В ± 10%.
Использование таких ИБП в реальных сетях чревато либо хроническим недозарядом АКБ, либо срывом стабилизации, что совершенно недопустимо для систем безопасности. Т.к. во многих регионах пониженное напряжение в сети является нормальным состоянием, на рынке появились ИБП с расширенным диапазоном питающей сети порядка 150…250В.

Отсутствие четких стандартов на ИБП приводит к произволу в определениях и терминологии, что часто запутывает потребителя.
Необходимо помнить, что основным параметром ИБП, характеризующим его нагрузочную способность является НОМИНАЛЬНЫЙ ТОК ВЫХОДА — это ток, который может отдаваться в нагрузку при питании от сети ВСЕГДА независимо от обстоятельств, сколь угодно длительное время и при сохранении уровня пульсаций — при любом допустимом напряжении в сети в интервале не хуже 187…242 В, при любом состоянии АКБ, в допустимом рабочем интервале температур. Только на этот ток вы можете рассчитывать при построении системы.
Часто производители ИБП в качестве основного параметра указывают ток, отдаваемый в нагрузку без подключенной АКБ (иногда его называют максимальный ток),
но надо помнить, что часть этого тока отбирается для зарядки батареи, и в нагрузку гарантировано может отдаваться только номинальный ток.

Все профессиональные ИБП имеют защиту от глубокого разряда АКБ. Часто ИБП позволяют подключать дополнительные ИРП для увеличения времени работы в режиме резерва.
Многие ИБП имеют повышенные выходные токи в режиме резерва (при отсутствии сети) или кратковременно, что позволяет существенно оптимизировать питание систем ОПС, оповещения и пожаротушения.

Выбирать ИБП или ИРП следует только отечественного производства и только от производителей, специализирующихся на выпуске ИБП.
Уже стало поговоркой, что «только ленивый не делает блоки питания». Но реально в России есть не более 4-5 фирм, которые производят надежные и уже испытанные годами источники, обеспечивают широкий ассортимент и техническую поддержку и сеть дистрибьюции.