Сколько электроэнергии потребляет источник бесперебойного питания. Расчет мощности ИБП
Читайте также
- мощность ИБП/UPS,
- габариты ИБП/UPS ,
- время автономной работы, и т. д.
В последнее время появилось определенное количество статей в которых вводятся расчетные величины и с легкостью доказывается превосходство одной марки UPS над другой. При этом некоторые технические характеристики не указываются или указываются только те, которые выгодно показывать для данных моделей. Характерный пример - обычно в каталогах на UPS небольшой мощности обычно не указывается величина допустимой перегрузки инвертора, на основании этого в одной из статей был сделан вывод, что UPS многих фирм (Off-line и line-interactive) не могут работать с перегрузкой. В данной статье мы постараемся воздержаться от введения каких-либо искусственных технико-экономических показателей. Однако мы понимаем, что вопрос цены, в большинстве случаев является определяющим при выборе UPS . Вернемся к UPS и тем особенностям, техническим характеристикам, на которые необходимо обращать внимание при выборе оборудования.
Во первых, надо определиться для чего приобретается источник или система бесперебойного питания , что вы хотите защитить и от чего. Для этого определим, какие UPS существуют, и какой уровень защиты обеспечивает та или иная технология изготовления, а также список наиболее встречающихся неполадок в электросети. Наиболее часто встречающиеся неполадки в электросети:
- исчезновение напряжения,
- провал напряжения,
- повышение напряжения,
- понижение напряжения,
- электромагнитные и радиочастотные помехи,
- высоковольтный импульс,
- переходный процесс при коммутации,
- искажение синусоидальности напряжения.
off-line UPS - источник бесперебойного питания характеризуется наличием времени переключения с основной сети на работу от аккумуляторов. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. При работе от аккумуляторов на выходе инвертора степ волна. Небольшие габариты и простой дизайн. Ценовая ниша - самый дешевый. Защищает от 3-х неполадок в электросети.
line-interactive UPS - источник бесперебойного питания характеризуется наличием времени переключения с основной сети на работу от аккумуляторов. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. Имеет автотрансформатор благодаря чему может работать в широком диапазоне входных напряжений без перехода на аккумуляторы. При работе от аккумуляторов на выходе инвертора степ волна или синусоида. Привлекательный внешний вид, небольшие габариты. Ценовая ниша - небольшая цена для тех задач которые он может решать. Защищает от 5-ти неполадок в электросети.
on-line UPS - источник бесперебойного питания с двойным преобразованием защищает нагрузку от большинства неполадок в сети. Переход на работу с основной сети на работу от аккумуляторов происходит без разрыва синусоиды на выходе. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. Ценовая ниша - дорого, но это лучшее, что есть на данный момент. Защищает от 9-ти неполадок в электросети. Чаще всего причина приобретения UPS инициировано только одной неполадкой в электросети - исчезновением напряжения и стремлением, обеспечить корректное завершение задач или технологических циклов. Однако нельзя забывать, что UPS решает большое количество задач, таких как стабилизация напряжения, устранение помех и искажений, информационная защита и т. д. Поэтому рассмотрим характеристику, с которой обычно начинается выбор оборудования - мощность. В данной части будут рассматриваться только UPS построенные по технологии on-line.
Мощность UPS - номинальная выходная мощность источника (мощность инвертора UPS ). Указывается в ВА. Обычно выходная мощность UPS указывается в названии самого источника, или указывается через слеш, дефис, таким образом мощность аппарата легко читается в названии. Следующее что необходимо узнать это соотношение активной мощности и полной на выходе инвертора, или так называемый коэффициент мощности Pf.
Коэффициент мощности.
Коэффициент мощности - величина очень универсальная и характеризует не только выходные данные ИБП , как источника электрической энергии для потребителя, но и сам ИБП как нагрузку для трансформаторной подстанции, дизель-электростанции или другого источника электроэнергии. Определение:
Коэффициент мощности Pf - отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение Pf. равно 1.
Электрическая мощность (э. м.) - физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. При переменном токе произведение мгновенных значений напряжения и и тока i представляет собой мгновенную мощность: р = ui, т. е. мощность в данный момент времени, которая является переменной величиной. Среднее за период Т значение мгновенной Э. м. Называется активной мощностью.
Активная мощность (P) - среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока. А. м. Р зависит от действующих значений напряжения U и силы тока I и от косинуса j, где j - угол сдвига фаз между U и I. Единица измерения А. м. - ватт (Вт). В цепях однофазного синусоидального тока Р = UI cosj. Активная Э. м. характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, световую и т. п.). Э. м., характеризующая скорость передачи энергии от источника тока к приёмнику и обратно, называется реактивной мощностью.
Реактивная мощность (Q) - величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока. Р. м. Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока /, умноженному на синус угла сдвига фаз j между ними: Q = UI sinj. Измеряется в варах.
Полная мощность , кажущаяся мощность, величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S=U?I; для синусоидального тока (в комплексной форме) и связана с активной и реактивной Э. м. соотношением: S2= P2+ Q2 , где Р - активная мощность, Q - реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0). Измеряется в ва. Для цепей несинусоидального тока Э. м. равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник:
Для трехфазных цепей Э. м. определяется как сумма мощностей отдельных фаз.
Р. м., потребляемая в электрических сетях, вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения). В некоторых электрических установках Р. м. может быть значительно больше активной мощности. Это приводит к появлению больших реактивных токов и вызывает перегрузку источников тока. Для устранения перегрузок и повышения мощности коэффициента электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности. Для этой цели вполне подходят источники бесперебойного питания с высоким коэффициентом входной мощности.
чаще всего носит комплексный характер и коэффициент мощности не превышает 0.8, а для компьютеров составляет около 0.7. Таким образом, логично заключить, что выходной коэффициент мощности UPS или коэффициент мощности инвертора может быть не более 0.8, что и реализовано в большинстве моделей источников. Существует ряд моделей UPS, которые имеют инвертор с коэффициентом мощности равным 1. Такие источники имеют преимущество при работе с чисто активной нагрузкой (например, нагревательные элементы).Совсем другое дело, когда мы говорим о входном коэффициенте мощности. Если Pfвых. для UPS это характеристика нагрузки, то Pfвх характеризует влияние UPS на электросеть, т.е. то количество искажений, которые вносит аппарат во внешнюю сеть. Данная характеристика напрямую влияет на возможность работы UPS с другими источниками электроэнергии (дизель-генератор). Все фирмы стремятся увеличить этот показатель и приблизить его к 1, причем во всем диапазоне нагрузок. Для этого разработаны новые IGBT выпрямители и выпрямители с коррекцией коэффициента входной мощности. Пример тому выпуск новой линии UPS PW 9340 большой мощности фирмой POWERWARE , имеющими на входе IGBT выпрямитель с функцией коррекции коэффициента мощности. Одними из первых, кто стал применять UPS c IGBT выпрямителем финская фирма Fiskars, вошедшая в состав Exide Electronics./Powerware , и начавшая серийный выпуск аппаратов по такой технологии в 1996г. (модель Profile , новое название PW9150 ). Применение UPS с высоким коэффициентом входной мощности позволит получить экономию электроэнергии, особенно при работе с нагрузкой имеющий нелинейный характер. Приведем пример. В 2000 году на заводе по производству волоконно-оптического кабеля под Москвой была установлена система бесперебойного электропитания обеспечивающая работу всех технологических линий цеха. Мощность системы бесперебойного электропитания составила 480кВА. Система была построена на четырех параллельно работающих UPS . Во время испытаний на реальную нагрузку были произведены замеры токов, напряжений и мощности на входе и выходе системы бесперебойного питания.
- Потребляемая мощность системы бесперебойного электропитания - 187кВА/187кВт
- Коэффициент мощности - 1.0
- Мощность потребляемая цехом - 245кВА/169кВт
- Коэффициент мощности - 0.69 КПД системы 90.3%
К сожалению, потребителю электроэнергии приходится платить не за активную (полезную) мощность, а за полную мощность. Разница в мощности на входе и на выходе системы бесперебойного питания составила 58 кВА ! Необходимо учесть, что тариф за потребление электроэнергии с низким cosj (Pf) существенно выше. Таким образом, применение системы бесперебойного питания позволило не только защитить оборудование от исчезновения и провалов напряжения, но и получить существенную экономию электроэнергии.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что при выборе системы бесперебойного питания необходим комплексный подход, который позволит решить не только сиюминутные задачи, но и получить дополнительные преимущества. Применение современных UPS (аналогичных сериям PW 9150 (Powerware 9150), PW 9155 (Powerware 9155), PW 9305 (Powerware 9305), PW 9340 (Powerware 9340), PW 9370 (Powerware 9370) ) позволяет решать задачи энергосбережения. .
"Электросистемы"
Соколов С.В. директор по развитию ТХ "Электросистемы"
Является неотъемлемым залогом надёжности системы электроснабжения. Параметры ИБП должны быть строго сопоставимы с нагрузкой, которая будет подключена к ИБП. Иначе источник бесперебойного питания не принесёт желаемой пользы, а деньги будут потрачены напрасно.
Как рассчитать бесперебойник? Для этого необходимо учесть ряд параметров, ключевым из которых является мощность. Если вы купите ИБП, обладающий мощностью меньшей в сравнении с нагрузкой, то он просто не будет работать. Чтобы достаточно точно посчитать мощность необходимо вспомнить немного физики.
Коэффициент мощности нагрузки или по-другому Power Factor имеет очень важное значение при расчете мощности бесперебойника. Эта цифра показывает какую долю мощности реально потребляет нагрузка, то есть активная мощность. Если рассматривать нагрузку как идеальное сопротивление, то в этом случае значение коэффициента будет равно единице, что является максимальным значением. Конденсаторы и катушки не являются потребителями мощности, поэтому для них значение коэффициента равно нулю. В оборудовании возможно преобладание как емкостной, так и индуктивной составляющей.
К оборудованию с ёмкостной составляющей относятся компьютеры и серверы. Индуктивная составляющая присутствует в устройствах с электродвигателями, это может быть насос, кондиционер и т. п. Эта информация необходима в том случае, когда ИБП будет защищать оборудование разного типа, так как у первых коэффициент мощности стремится к единице, а у вторых находится в интервале от 0,8 до 0,9. В таком случае необходимо найти средний коэффициент мощности, чтобы получить точный результат.
Как рассчитать мощность ИБП, зная коэффициент мощности нагрузки? Чтобы вычислить мощность необходимо перемножить номинальную мощность ИБП на коэффициент мощности. В результате операции получается число, которое показывает максимальную активную мощность, которую сможет обслуживать источник бесперебойного питания. Например, мощность ИБП составляет 100 кВА, а коэффициент мощности нагрузки равен 0,9. В таком случае активная мощность нагрузки составит 90 кВт. Суммарная мощность нагрузки не должна превышать 90 кВт, а лучше если она будет несколько меньше.
Таких сложностей при расчёте мощности можно избежать, если использовать в качестве показателя выходной мощности бесперебойника. В таком случае расчет источника бесперебойного питания будет выполнен без ошибок. Большая ошибка сопоставлять мощности, выраженные в вольт-амперах и ваттах, так как величины значимо отличаются.
Также следует учитывать то, что потребляемая техникой мощность может быть несколько ниже номинальной. Такое может быть в самых различных случаях. Например, если рассматривать компьютеры, то их мощность в большинстве случаев определяется по мощности блока питания. Но не во всех случаях такой алгоритм расчёта является верным. Так, например, на компьютере может установлен блок питания, имеющий мощность 450 Вт, но суммарная мощность компонентов компьютера всего 120 Вт. Таких особенностей может быть очень много и их нужно учесть, выполняя расчет бесперебойника.
Другая ситуация, которую нужно учесть, чтобы произвести расчет работы ИБП связана с холодильником. Например, он может иметь мощность в 250 Вт, но стоит учитывать, что работает холодильник не постоянно, а только через некоторые промежутки времени. В таком случае необходимо узнать годовое потребление электроэнергии. В расчётах необходимо использовать это значение, делённое на 9. Следует заметить, что мощность нагрузки необходимо считать в ваттах.
На некоторых сайтах можно встретить расчет мощности ИБП онлайн, но они не могут выдать точных данных, потому что не учитывают подобных нюансов. Если же вы всё-таки решитесь воспользоваться подобными сервисами, то в добавок к полученному результату необходимо добавить порядка 20%. Немаловажно задуматься о перспективе роста мощности нагрузки. При росте нагрузки в будущем, лучше сразу приобрести более мощный ИБП. Аналогичная ситуация обстоит с сервисами, которые позволяют произвести расчет времени работы ИБП онлайн.
Расчёт АКБ
Если требуется расчет емкости ИБП для заданной мощности и времени работы, то применяется простая формула:
Емкость= 100*время*мощность нагрузки
Время автономной работы выражается в часах, а мощность нагрузки в киловаттах. Обращаем ещё раз внимание, что мощность выражается не в вольтамперах. Например, источник бесперебойного питания защищает компьютер с мощностью 500 Вт (0,5 кВт). Источник бесперебойного питания должен обеспечить время работы равное 2 часам. При таких условиях формула, позволяющая произвести расчет емкости батарей для ИБП приобретает следующий вид:
100*0,5кВт*8ч=400 Ач
Таким образом для нагрузки с мощностью 500 Вт для обеспечения работы в течение 8 часов необходима ёмкость аккумуляторов равная 400 Ач. Такой расчет емкости аккумулятора для ИБП применим для АКБ с напряжением 12 В. Кроме того, нужно учесть, что формула пригодна для длительного времени работы от аккумулятора, а именно порядка 9-10 часов. Это обусловлено тем, что зависимость ёмкости аккумулятора от времени заряда не имеет линейный характер на всём протяжении.
Если время работы меньше, то необходимо вводить поправки. Это связано с тем, что при маленьком времени ток разряда большой и аккумулятор отдаёт нагрузке только некоторую часть своей ёмкости. Так, если необходимо время работы в 30 минут, то результат надо поделить на два, для 2 часов уменьшить на 40%, для 4 часов – 30%, для 6 часов – 40%. Чтобы определить точно значение необходимо использовать точное значение КПД инвертора, который установлен на ИБП и сопоставить данные с кривого разряда определённого типа аккумуляторов.
После того, как найдена суммарная ёмкость, необходимо выполнить расчет количества аккумуляторных батарей для ИБП. Чтобы его выполнить нужно суммарную ёмкость разделить на ёмкость одного аккумулятора. В нашем случае суммарная ёмкость составила 400 Ач. Предположим, что ёмкость одного аккумулятора равна 50 Ач. В таком случае нам понадобится 8 таких аккумуляторных батарей.
Время работы
Многих пользователей интересует время работы, которое сможет обеспечить тот или иной бесперебойник. Как рассчитать время работы бесперебойника? Для этого необходимо знать мощность подключенной нагрузки к ИБП, коэффициент полезного действия инвертора и суммарную ёмкость АКБ.
Суммарный расчет аккумуляторных батарей для ИБП производится крайне просто. В большинстве случаев источники бесперебойного питания содержат в себе типовые аккумуляторы. Чтобы выполнить суммарный расчет батарей для ИБП нужно умножить их количество на ёмкость одной аккумуляторной батареи.
Чтобы расчет времени автономной работы ИБП КПД инвертора рекомендовано принимать равным 0,85. Суммарная мощность нагрузки должна быть выражена в ваттах. О том, как её найти мы говорили в начале статьи.
Расчет времени работы ИБП проводится по следующей формуле:
Время=суммарная ёмкость акб*напряжение акб*(КПД инвертора/мощность нагрузки)
Полученное значение является приближённым и может меняться в процессе срока службы источника бесперебойного питания. Расчет времени ИБП является приближённым, так как время зависит от износа АКБ и условий эксплуатации, в основном от температуры воздуха. Так, например, рост температуры на один градус после отметки 40°C снижает ёмкость аккумулятора на 5%, что является очень существенным. Для максимального срока службы рекомендовано понижать нагрузку на бесперебойник на каждые 10 градусов после 25°C на 20%. Или же можно организовать хорошую систему охлаждения и не допускать вообще какого-либо роста температуры, за что источник бесперебойного будет только благодарен.
Если подобные расчёты для вас являются непонятными, то вы можете обратится к специалистам в этой области или же использовать специальный калькулятор - программа расчета ИБП. Однако, в этом случае необходимо использовать проверенный софт, созданный профессионалами, чтобы избежать ошибок и неверного выбора ИБП. Плюсом таких программ является расчет . При расчёте можно выбрать тип сердечника у трансформатора. При вычислениях учитываются потери, которые возможны в сердечнике и медных проводах.
Возможны случаи, когда нет необходимости в абсолютно точных данных. В таком случае можно воспользоваться специальными таблицами, в которых приведено время автономной работы для различных видов источников бесперебойного питания. Данные таблицы включают в себя время работы в зависимости от ёмкости аккумуляторных батарей и суммарной мощности нагрузки. Таким образом, вы можете сопоставить свои данные с табличными и узнать примерное время.
Зная то, как рассчитать ИБП можно сделать наиболее правильный выбор ИБП. Теперь вы знаете, что время автономной работы зависит не от мощности ИБП или от суммарного напряжения АКБ, а от ёмкости аккумуляторов. Поэтому при выборе ИБП нужно отдавать предпочтение с большей ёмкостью аккумуляторов при соответствии с заданной мощностью. Такой выбор позволит обеспечить максимальную автономность.
Написать письмо
По любому вопросу вы можете воспользоваться данной формой.
Номинальная мощность источника бесперебойного питания – это один из самых важных технических параметров, который необходимо учитывать при выборе ИБП. Неправильный расчет мощности ИБП, как минимум, приведет к тому, что источник бесперебойного питания будет постоянно перегружаться, а значит, не сможет выполнять свое основное назначение – защищать оборудование. В худшем случае при значительной перегрузке ИБП может сам стать причиной сбоя в энергоснабжении ответственной нагрузки.
Расчет мощности ИБП. Теория.
Номинальная мощность источника бесперебойного питания определяется исходя из мощности подключенной к нему нагрузки. Здесь под нагрузкой мы понимаем суммарную мощность всех электроприборов, которые планируется подключить к ИБП . Следовательно, нужно правильно рассчитать мощность нагрузки и на основании расчета выбрать источник бесперебойного питания. Важное уточнение – при расчете следует исходить как из полной, так и из активной мощности нагрузки. Вспомним некоторые данные из курса школьной физики.
Полная мощность (единица измерения ВА, VA – вольт-ампер) это вся мощность, потребляемая нагрузкой. Полная мощность состоит из двух составляющих – активной мощности (единица измерения Вт, W – Ватт) и реактивной мощности (единица измерения var, вар – вольт-ампер реактивный). Как правило, подавляющее большинство нагрузок имеют как активную, так и реактивную составляющие.
– нагрузка, в которой вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. Реактивная составляющая у такой нагрузки настолько мала, что ей можно пренебречь. К активным нагрузкам относятся различные нагревательные приборы (обогреватели, ТЭНы и т.д.), лампы накаливания, утюги и электроплиты. Как правило, производитель электроприборов указывает мощность такой нагрузки в Ваттах. – все прочие нагрузки. Реактивная нагрузка может носить индуктивный или емкостной характер. Типичным представителем нагрузки с реактивной составляющей, имеющей индуктивный характер, является электродвигатель. Полная мощность электродвигателя P и активная мощность P a связаны между собой коэффициентом cos φ.Значение cos φ обычно указывается в техническом паспорте изделия.
Расчет мощности ИБП. Методика.
Чаще всего производители источников бесперебойного питания в технической спецификации на оборудование указывают полную и активную мощность ИБП. Реже можно встретить указание на полную мощность и значение выходного коэффициента мощности. В последнем случае активную мощность ИБП можно рассчитать по формуле
Здесь
P – полная мощность ИБП
P а – активная мощность ИБП
P F – коэффициент мощности по выходу (указывается в технической спецификации на источник бесперебойного питания)
Для того чтобы подобрать по мощности необходимую модель источника бесперебойного питания нужно рассчитать суммарную мощность электроприборов, которые планируется подключить к ИБП. Расчет следует проводить как для активной, так и для полной мощности нагрузки, то есть в итоге у вас должно получиться две цифры – полная мощность нагрузки (в вольт-амперах) и активная мощность нагрузки (в ваттах). Алгоритм расчета приблизительно следующий
1. Составьте список электрооборудования, которое планируете подключить к ИБП.
2. Определите полную мощность каждого устройства одним из следующих способов
- Полная мощность указывается производителем в паспорте на прибор.
- Если в паспорте указана активная мощность оборудования, то рассчитайте полную мощность по формуле, приведенной ниже.
Здесь
P – полная мощность устройства
P а – активная мощность устройства
cos φ – коэффициент мощности (указывается в паспорте устройства). Если cos φ в паспорте не указан, то для расчета исходим из того, что cos φ = 0,7. Для активной нагрузки (обогреватели, лампы накаливания и т.д.) cos φ = 1.
3. Важное замечание. Если вы планируете подключить к ИБП электродвигатель либо электроприбор, в состав которого входит электродвигатель, то при расчете мощности нужно обязательно учитывать пусковые токи. Любой электродвигатель в момент включения потребляет значительно больше мощности, чем в номинальном режиме работы. Поэтому чтобы избежать перегрузки источника бесперебойного питания, паспортное значение мощности устройства нужно умножить как минимум на 5, а лучше на 7.
4. Для получения значения полной мощности вашей нагрузки просуммируйте полученные данные по всем устройствам.
5. Аналогично рассчитайте активную мощность вашей нагрузки. Для расчета активной мощности используйте следующую формулу.
Расчет мощности. Правило выбора ИБП по мощности
Итак, мы получали два значения мощности нашей нагрузки – полную мощность и активную мощность. Основное правило выбора ИБП по мощности заключается в следующем: номинальная мощность источника бесперебойного питания должна быть на 25% больше чем мощность вашей нагрузки. Причем правило это должно работать как для полной мощности ИБП, так и для активной мощности. Разумеется, можно подобрать ИБП, номинальная мощность которого равна или немного больше мощности нагрузки. Такой вариант допустим, и будет работать, однако срок службы нагруженного на 100% ИБП будет существенно (в разы) меньше, чем срок службы ИБП, нагрузка которого не превышает 80% от номинальной.
Расчет мощности ИБП. Приблизительная мощность некоторых электроприборов
Ниже приведены ориентировочные значения потребления электроэнергии различными бытовыми электроприборами.
Бытовая техника.
Телевизор – 80 Вт.
Стиральная машина – 500…2000 Вт.
Холодильник – 1000 Вт.
Микроволновая печь – 1000 Вт.
Электрочайник – 2000 Вт.
Электрическая плита – 1000…2000 Вт.
Пылесос – 200…3000 Вт.
Утюг – 400…2000 Вт.
Лампа накаливания бытовая – 25…75 Вт.
Лампа люминесцентная бытовая – 5…30 Вт.
Компьютерная техника.
Сетевой роутер, хаб – 10…20 Вт.
Системный блок персонального компьютера – 200…1000 Вт.
Системный блок сервера – 300…1500 Вт.
Монитор ЭЛТ – 15…200 Вт.
Монитор ЖК – 20…60 Вт.