Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная

1. Источники  бесперебойного питания ИБП  (Uninterruptible Power Supply, UPS)

Источники
бесперебойного питания
ИБП
(Uninterruptible Power Supply, UPS)
ГОСТ 32144-2013
Электрическая энергия. Совместимость технических средств
электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах
электроснабжения общего назначения
определяет следующие нормы в
электропитающей сети:
напряжение 220 В ± 5% (предельные значения ± 10%);
частота 50 Гц ± 0,2 Гц (предельные значения ± 0,4 Гц);
коэффициент нелинейных искажений формы напряжения
менее 8 % (длительно) и менее 12 % (кратковременно).

2.

3. Виды неполадок в электросети

Ситуация
Определение
Диаграмма
Возможная причина
Последствия
Методы борьбы
Временное
перенапряжение
(всплески напряжения
Power Surges)
Кратковременные повышения
напряжения в сети на
величину более 110% от
номинального значения на
время более 1 периода
синусоиды (20 мс)
Отключение
энергоемкого
оборудования
Сброс оперативной
памяти. Возникновение
ошибок. Выход из строя
аппаратуры. Мерцание
освещения.
Сетевые фильтры (не во
всех случаях),
стабилизаторы, ИБП с
режимом работы On-Line.
Длительное снижение
напряжения (Brownout)
(посадка напряжения)
Падение напряжения в сети
на длительное время.
Перегрузка на линии
электропитания. Вкл.
энергоемкого обор-я.
Запуск мощных
электродвигателей
Потеря данных. Выход из
строя оборудования
Стабилизаторы, ИБП с
режимом работы Off-Line
(не во всех случаях), LineInteractive и On-Line
Кратковременное
снижение напряжения
(Power Sags)
(провал напряжения)
Кратковременное снижение
напряжения в сети ниже 90%
от номинального значения на
время более 1 периода
синусоиды (20 мс).
Включение
энергоемкого
оборудования. Запуск
мощных
электродвигателей.
Сброс оперативной
памяти. Возникновение
ошибок. Выход из строя
аппаратуры. Мерцание
освещения.
Стабилизаторы (не во всех
случаях), ИБП с режимом
работы Off-Line (не во всех
случаях), Line-Interactive и
On-Line.
Высокочастотный шум
(Electrical Line Noise)
Радиочастотные помехи.
Помехи электромагнитного
или другого происхождения.
Электромоторы.
Реле. Силовая
коммутационная
электроника.
Передатчики.
Магнитные бури.
Возникновение ошибок.
Сброс оперативной
памяти. «Зависание»
компьютерных систем.
Выход из строя
накопителей.
Стабилизаторы, ИБП с
режимом работы Off-Line
(не во всех случаях), LineInteractive (не во всех
случаях) и On-Line.
Отклонение частоты
(Frequency Variations)
Уход частоты на величину
более 3Гц от номинального
значения 50 Гц.
Нестабильность
частоты вращения
ротора дизельгенератора ДЭС.
Нестабильность
источника
электроэнергии.
«Зависание»
компьютерных систем.
Выход из строя
оборудования.
Программные сбои.
Потеря данных.
ИБП с режимом работы OnLine, Off-Line и LineInteractive (не во всех
случаях).
Высоковольтные
выбросы
(High Voltage Spikes)
(импульс напряжения)
Кратковременные импульсы
напряжения до 6000В и
длительностью до
10 мс.
Удары молний.
Искрение
переключателей.
Статический разряд.
Сброс оперативной
памяти. Выход из строя
элементов аппаратуры.
Сетевые фильтры,
стабилизаторы, ИБП с
режимом работы LineInteractive и On-Line.
Исчезновение
напряжения
(Power Failure)
Отсутствие напряжения в
электросети более 40 мс.
Неполадки на
электро-станции,
линии электропередачи.
Потеря файлов.
Искажение данных. Выход
из строя аппаратуры.
ИБП с режимом работы OffLine (не во всех случаях),
Line-Interactive и On-Line.

4. Международная классификация ИБП

Стандартом IEC 62040-3 (International Electrotechnical
Commission ) введена классификация ИБП по трём
группам символов:
• Пример обозначения типа ИБП: VFI SS 111
1-я группа символов — зависимость выходного сигнала ИБП от
входного (сети).
• Класс VFI (Voltage and Frequecy Independent) — напряжение и
частота на выходе ИБП не зависят от входной сети.
• Класс VI (Voltage Independent) — выход ИБП зависит от частоты
входа, но напряжение поддерживается в заданных пределах
пассивным или активным регулированием.
• Класс VFD (Voltage and Frequecy Dependent) — напряжение и
частота на выходе ИБП зависят от входной сети.

5. Международная классификация ИБП

2-я группа символов — форма выходного сигнала ИБП при работе:
1-я буква - от сети, 2-я буква - от батареи.
• SS — синусоидальная форма выходного сигнала (коэффициент
гармонических искажений Kги<8 %) при линейной и нелинейной
нагрузке.
• XX — несинусоидальная форма выходного сигнала при нелинейной
нагрузке (синусоидальная при линейной).
• YY — несинусоидальная форма сигнала при любой нагрузке.
3-я группа символов — динамические характеристики ИБП.
Обеспечение стабильности выходного напряжения ИБП при трёх
типах переходных процессов (1 — класс 1, отлично; 2 — класс 2,
хорошо; и т. д.):
• 1-я цифра: нормальный режим -> автономный режим -> режим
bypass,
• 2-я цифра: 100 % изменение линейной нагрузки в нормальном или
автономном режиме (худший параметр),
• 3-я цифра: 100 % изменение нелинейной нагрузки в нормальном или
автономном режиме (худший параметр).

6. Реальный пример классификационных кодов ИБП

Степень зависимости от
сети
Форма кривой
Класс
допуска
VFI
SS
111
VI
SX
122
VFD
SY
333

7. Отличительные особенности существующих классов ИБП нагляднее всего можно оценить при рассмотрении поведения источника в

различных режимах работы:
1 режим (основной) - Питание
нагрузки при наличии напряжения во
входной сети - характеризует защитные
свойства ИБП, от которых зависит качество
работы и срок службы питаемого
оборудования.
• ИБП для нагрузки является ограничителем и
фильтром сетевых помех, а в некоторых
классах, еще и стабилизатором напряжения.

8.

• 2 режим - Питание нагрузки при работе от
встроенных аккумуляторов.
Основной характеристикой ИБП при работе от батареи
является форма и стабильность генерируемого
напряжения.
• Идеальной формой выходного сигнала является
синусоида.
• Процесс переключения режимов (Переход на
аккумуляторы и обратно)
• Основной характеристикой является время перехода на
аккумуляторы и обратно (желательно чтобы оно было
как можно меньше). В этот момент большинство
классов ИБП не в состоянии обеспечить
непрерывность выходного сигнала.

9. Блок-схема ИБП с переключением (off-line)

ФШ
ФИ
П
Выход
Вход
БКУ
Uвх
Uн
В
И
АБ

10. Off-line ИБП APC Back-Ups CS 350EI/500EI

11. Особенности ИБП off-line

• 1. S = до 1 кВА (трудности с
переключением - эл. дуга)
• 2. КПД =98-99 %
• 3. Форма выходного напряжения при
работе от АБ - прямоугольная или
ступенчатая.
• 4. Стабилизация отсутствует (UC = UН).

12. Блок-схема ИБП, взаимодействующего с сетью (Line-interactive)

БКУ
Ф
П
А
Вход
Выход
Uвх
Uн
В
И
АБ

13. Line-interactive ИБП Powerware 5115 750i

14. Особенности ИБП line-interactive

• 1. S =12кВА, КПД = до 99%
• 2. Стабилизация отсутствует. АТр
ступенчато регулируает выходное
напряжение.
• 3. Наличие ПО
• 4. Форма напряжения при работе от АБ
синусоидальная или прямоугольная.

15. Основные задачи ПО в системах бесперебойного электроснабжения:

• 1. Закрытие операционных систем без
потери данных
• 2. Самодиагностика ИБП
• 3. Наблюдение за параметрами
электроэнергии
• 4. Дистанционное управление ИБП
• 5. Прогнозирование возможных сбоев в
электроснабжении

16. Регулирование выходного напряжения

U вых (B)
АБ
260
Работа от сети
Повыш. обмотка Тр
АБ
Пониж. обмотка Тр
1:1
20%
240
U вых max
/ / / / /
/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /
/ / / / /
5%
U вых nom
220
6%
5%
/ / / / /
200
/ / / / /
/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /
U вых min
10%
20%
6%
10%
20%
20%
180
U вх
min
0
176
180
U вх
max
U вх nom
198 200
220
233,2
240
264
280
U вх (B)

17.

18. Различия между ИБП

Свойство
Back-UPS
Форма выходного
напряжения
Напряжение в виде прямоугольников с
паузами
Синусоидальное напряжение (для моделей
мощностью 700 ВА и более)
Реакция на
уменьшение
напряжения
ИБП переключается на работу от
батареи.
При уменьшении напряжения ниже 196 вольт ИБП
поднимает напряжение на 12 %, переключаясь на
другой отвод автотрансформатора При дальнейшем
уменьшении напряжения ниже 176 вольт ИБП
переключается на работу от батареи.
Реакция на
увеличение
напряжения
Не реагирует.
При увеличении напряжения выше 257 вольт ИБП
понижает напряжение на 12 %, переключаясь на
другой отвод автотрансформатора При дальнейшем
увеличении напряжения выше 280 вольт ИБП
переключается на работу от батареи.
Переключение на
работу от батареи
и обратно
Несмотря на хорошую синхронизацию
инвертора с сетью, при переключении
возникает ступенчатое изменение
напряжения, которое не может быть
полностью погашено блоком питания
ПК или другого устройства.
Переключение сеть-батарея происходит более гладко.
Возникающий провал напряжения как правило
гасится блоком питания компьютера, и на
материнскую плату подается постоянное напряжение
без импульсов.
Переключение батарея-сеть происходит практически
незаметно.
Программная
настройка
Отсуствуют
Настраиваются пределы переключения, задержки
включения и выключения и т.д.
Автоматическое
тестирование
Отсуствуют
При каждом включении или каждые 7-14 суток при
непрерывной работе.
Smart-UPS

19.

Различия между ИБП
Свойство
Back-UPS
Smart-UPS
Надежность ИБП
Надежный и неприхотливый
прибор.
Надежен, чувствителен к фазовым и частотным
искажениям напряжения.
Надежность компьютерной
системы,
подключенной к ИБП
При использовании ИБП
повышается за счет
возможности работы во
время отключений
напряжения.
Позволяет создать более надежную
компьютерную систему за счет
принудительного тестирования ИБП,
чувствительности ИБП к малейшим
искажениям напряжения.
Взаимодействие с
компьютером
Подает сигналы о перекл. на
работу от батареи, разряде
АБ, принимает сигнал на
отключение ИБП
Регистрирует осн. события в
эл. сети на диске ПК.
Кроме базовых функций, имеет массу
дополнительных: включение и
выключение по расписанию, регистрация
напряжения в электрической сети и т.д.
Защита оборудования
Защищает оборудование от потери
данных при отключении или
значительном
кратковременном
уменьшении напряжения.
Кроме функций Back-UPS защищает
компьютер при значительном повышении
напряжения. Блок питания ПК
защищается от перегрузки при низких
напряжениях и от части импульсных
нагрузок.
Назначение
Для защиты отдельных недорогих
ПК, потеря данных или выход
из строя которых не приводят
к критическим для
пользователя последствиям
Для защиты более дорогих (примерно до 5000
долларов) работающих отдельно
компьютеров или недорогих файловых
серверов, работающих в условиях
хорошей электрической сети.
Применение в очень
плохих эл. сетях
Не рекомендуется
Не рекомендуется

20. Феррорезонансный ИБП (Ferroresonant UPS)

21. Особенности Ferroresonant UPS

S = до 18 кВА,
КПД - 85-92%.
Идеально фильтрует шумы и импульсы
Стабилизирует напряжение на выходе ИБП
Обеспечивает бесперебойное питание
нагрузки за счет энергии, накопленной в его
магнитном поле на время=8-16 миллисекунд.
Нед-ки: 1. Чувствительность к частоте.

22.

ИБП одиночного преобразования
(single conversion UPS)

23.

ИБП с дельта преобразованием (delta
conversion UPS)

24. ИБП с двойным преобразованием энергии (Double Conversion UPS)

25. Байпас - это специальная линия, которая позволяет в случае необходимости питать нагрузку напрямую от электрической сети.

Байпас используется для увеличения
надежности ИБП:
• при выходе из строя инвертора;
• при перегрузке инвертора;
• при организации резервного источника
электроснабжения от другого
источника.

26. Особенности Double Conversion UPS

1. S = до 500 кВА,
2. Хорошая защита от шумов, импульсов и от
искажений формы кривой напряжения.
3. Возможность работы в сетях с нестабильной
частотой.
4. Плавная стабилизация напряжения с высокой
точностью.
Недостатки:
1. Сравнительно невысокий КПД=80-90% за счет 2го преобразования.
2.Более высокая цена, 3. Повышенное
тепловыделение

27. On-line ИБП Powerware 9120 700i

Преимущества ИБП с двойным
преобразованием
Хорошая защита от шумов и наносекундных
импульсов.
Очень хорошая защита от искажений формы
кривой напряжения и микросекундных импульсов.
Возможность работы в сетях с нестабильной
частотой.
Самая лучшая плавная стабилизация напряжения с
высокой точностью.
Возможность наращивания батареи практически
для всех моделей ИБП.
Недостатки ИБП с двойным
преобразованием
Более высокая цена, по сравнению с другими
типами ИБП.
Повышенное тепловыделение, по cравнению с
другими типами ИБП.

28. При выборе ИБП учитываются:

• требования нагрузки к бесперебойности и
качеству электроснабжения,
• мощность источника,
• число фаз на входе и выходе,
• входные/выходные напряжения и токи источника,
• КПД,
• время поддержки нагрузки от аккумуляторных
батарей,
• требования ИБП к температуре и влажности
окружающей среды, и другие.

29. Классификация ИБП по мощности

• Маломощные – 250-3000 ВА;
• Средней мощности – 3-30 кВА;
• Большой мощности – 10-800 кВА.
• Параллельные системы ИБП могут иметь
мощности до нескольких тысяч кВА.

30. Конструктивы ИБП

• Настольные,
• Напольные,
• Предназначенные для размещения в
стандартных 19" стойках (rack-mount, RM)

31. Меню пользовательского интерфейса ИБП Роwerware 5115

LanSafe III Power Monitor
About
Run Concole
F1=Help
File
Файл
View
Вид
Setup
Установка
Maintenance
Тестирование
Shutdown
Закрытие
Logs
События
F1=Help
Помощь
Select Node
Выбрать
узел
Input Phase 1
Входная фаза 1
Communications
Port
Порт связи
Test Hardware
Тестировать
аппаратное
обеспечение
Unload Power
Monitor
ВыключитьPower
Monitor
General
Usage
Справка
Preventive
Maintenance
Профилактичес
кий ремонт
View/ Clear
Power Event
Log
Просмотреть/
очистить окно
событий
Shutdown/
Reboot System
Закрыть/
Перезагрузить
систему
Enter Access
Code
Введите код
доступа
Output Phase 1
Выходная фаза 1
Data
Данные
Exit
Выход
PowerScope
Схема
устройств ИБП
Shutdown Timing
Время закрытия
Maintenance
Schedule
План тестирования
Customise Alerts
Список тревожных
сообщений
Periodic Log Setup
Временные
события
Ups Access Code
Код доступа ИБП
Ups Access Code
for Network
Код доступа ИБП
в сети
Test Hardware
for Network
Тестировать
аппаратное
обеспечение
для связи
Preventive
Maintenance for
Nenwork
Профилактичес
кий ремонт для
связи
Weekly Shedule
План недели
About
О программе
View/Clear
Battery
Management
Log
Просмотреть/
очистить окно
управления
батареей
View/Clear
Periodic Log
Просмотреть/
очистить окно
временных
событий

32. Закрытие операционных систем без потери данных

Сообщение о закрытии ОС через 10 минут

33. Самодиагностика ИБП и прогнозирование возможных сбоев

Сообщения текущего состояния системы питания и батареи

34. Наблюдение за параметрами электроэнергии

Журнал временных событий состояния питания

35. ИБП фирмы АРС

Эффективность
ИБП Off-line
ИБП Line-Interactive
ИБП On-Line
двойного преобразования
с коррекцией входного КМ
Back-UPS
Smart UPS
1,5kVA – 5kVA
Back-UPS RS
Smart UPS RT
1kVA – 10kVA
Symmetra
Power Array
2kVA – 16kVA
Стоимость

36. Технологии ИБП

• АВМ – технология продления жизни батарей в ИБП
• Вместо постоянной подзарядки слабым током, осуществляется
контроль за уровнем заряда батареи и обеспечивается заряд ее только
тогда, когда это необходимо. Такой метод продлевает срок службы
батареи до 50%, так как при его применении износ пластин
существенно меньше.
• Технология HotSync - отказоустойчивая технология для параллельных
систем.
• В нормальном режиме ИБП «видят» друг друга и синхронизируются
через силовые выходы ИБП при отсутствии дополнительных
элементов и связей между ними (нет дополнительных «точек отказа»),
следовательно повышается надежность системы.
• Energy Saver System (ESS) - система сбережения энергии.
• Технология ESS позволяет увеличить КПД ИБП последнего
поколения до 99% и существенно снизить расходы за счет экономии
электроэнергии.
• Variable Module Management System (VMMS) – «Адаптивная система
управления модулями» при низком уровне нагрузки (менее 40%)
отключает резервные модули ИБП, повышая общий КПД системы.

37. Технология управления зарядом батарей Advanced Battery Management (АВМ)

ИБП с технологией АВМ не применяют непрерывный подзаряд. Батарея
заряжается только в тех случаях, когда это необходимо:
• Если напряжение на элементе опускается ниже заранее установленного
уровня;
• Если с момента прошлого подзаряда прошло 18 дней;
• Если ИБП (UPS) был отключен от питающей сети.
В длительном нормальном режиме работы ИБП (т.е. при питании источника
от сети, а не от батареи) батарея заряжается в течение 48 часов, затем
следуют 18 дней покоя во время которых происходит саморазряд батареи ,
потом снова 48 часов заряда и т.д. В результате время прохождения через
батарею тока заряда гораздо меньше, чем традиционным зарядом.
• В ИБП (UPS) класса ON-LINE технология АВМ не только увеличивает
срок службы аккумуляторов, но и снижает уровень шумов, создаваемых
батареей, постоянно подключенной к входу инвертора.

38. Заряд по технологии АВМ

а: Режим ограничения тока, АБ – заряжается до полного заряда;
б: Компенсационный подзаряд ( 48 часов);
c: Период покоя (18 дней), емкость батареи снижается не более чем на 2-3%.
Период покоя может быть прерван, если напряжение батареи снизится до
аварийного уровня из-за расхода энергии на поддержание нагрузки или по какимлибо другим причинам.