Введение. Теория, Терминология, Выбор решения
Возможные проблемы с электросетью
Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), сетевое фазное напряжение должно составлять 220 В ±10 % при частоте 50 ±0,2 Гц . К сожалению качество сетевого напряжения предоставляемое поставщиком услуг за частую далеко от стандартов и имеет ряд отклонений и искажений. Кратко опишем основные проблемы с которыми сталкиваются потребители электросети:
- Нестабильное входное напряжение с суточными перепадами, в рабочее время заниженное напряжение сети 175-185В, вечером и ночью завышенное 245-255В. Связанно как правило с расположенными рядом промышленными, развлекательными объектами, которые просаживают электросеть своими мощными нагрузками днем, и освобождают энергию (нагрузку на сети) ночью;
- Импульсные скачки напряжения. Кратковременные броски напряжения с высокой амплитудой по току. Связано с расположенными рядом нагрузок типа электросварка, насосные станции, котельная, возможно строительная площадка, или производственный цех;
- Кратковременные провалы (обрывы) напряжения. Такие проблемы с сетью наблюдаются при переключении основной на резервную линию питания на подстанциях (АВР), перезапуском автоматики на узловых трансформаторных подстанциях. Длится подобный эффект менее секунды (миллисекунды);
- Регулярные длительные и короткие отключения электропитания от пары минут до нескольких часов. Такая проблема возникает в следствии проведения ремонтных и профилактических работ на линиях электропередач, недостатка мощностей питающих подстанций и частые аварии.
Для решения проблем в электросети используются:
- Стабилизаторы напряжения
- Инверторы напряжения
- Источники бесперебойного питания
Шаг 1. Выбор UPS по напряжению
Различают однофазные и трехфазные сети и следственно нагрузки в виде потребителей. Стабилизаторы напряжения, Источники бесперебойного питания (UPS) так же бывают однофазные 1ф – 220В и техфазные 3ф – 380В. Бывают так же UPS с входным трехфазным и выходным однофазным напряжением 3ф/1ф. Последние используются для защиты однофазных потребителей и подключения к трехфазному распределительному щиту (РЩ), тем самым равномерно нагружая входные три фазы.
Источники бесперебойного питания различаются не только по рабочему напряжению, но и по типу (устройству). Основные типы UPS:
- Резервные, Off-line ( в настоящее время у многих производителей ИБП сняты с производства);
- Линейно интерактивные, Line-Interactive, однофазные, мощность до 2000ВА;
- Линейно интерактивные с ШИМ инвертором, Line-Interactive Sinus, однофазные, мощность до 3000ВА;
- Онлайн двойного преобразования, On-line, однофазные, мощность от 1000ВА до 20000ВА (20кВА);
- Онлайн двойного преобразования, On-line, трехфазные, мощность от 10кВА до 4мВА;
Подробнее о типах UPS см. статью Типы UPS. Устройство. Компоненты.
Шаг 2. Выбор UPS по мощности
Мощность ИБП/UPS указывается в двух величинах мощности VA (ВА) / W (Вт), для мощных моделей в kVA (кВА) / kW (кВт)
Электрическая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.
Полная мощность, S [ВА – Вольт·Ампер – VA]
Активная мощность, P [Вт – Ватт – W]
Реактивная мощность, Q [ВАр – Вольт·Ампер реактивный – VAr]
Для постоянного тока DC достаточно параметра Активная мощность в Вт – так как в цепи постоянного тока существует единственный тип сопротивления – активное сопротивление. Это так же применимо практически для всех нагрузок с блоками питания переменный AC / постоянный ток DC.
Для переменного тока AC невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – Активное и Реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность и реактивная мощность точно характеризуют нагрузку. Как правило это нагрузки с внутренним питанием только от переменного тока. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) – примеры: лампа накаливания, электро нагреватель. Реактивное сопротивление – попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть – примеры: электродвигатель, конденсатор, компрессор, катушка индуктивности.
PF=cos Ф=k=S/P и S=P⋅k (Вт) и P=S/k (ВА)
Коэффициент мощности k или cosФ, безразмерная величина, так же называется коэффициентом мощности (Power Factor – PF).
1 – идеальное значение; 0.9 – хороший показатель; 0.8 – типовая промышленная нагрузка; 0.7 – компьютерная нагрузка, бытовые смешанные нагрузки, 0.65 – двухполупериодный выпрямитель.
Большинство офисной и бытовой техники, активные (реактивное сопротивление отсутствует или мало), поэтому их мощность указывается в Ваттах (Вт, W). В этом случае при расчёте нагрузки используется значение мощности ИБП в Ваттах. Если нагрузкой являются оборудование с блоками питания (БП) без коррекции входного коэффициента мощности (APFC), например лазерный принтер, холодильник, кондиционер, электромотор, погружной насос или мотор в составе станка, люминесцентные балластные лампы и др. – при расчёте используются все выходные данные ИБП: кВА, кВт, а так же перегрузочные характеристики (пусковой ток А).
Расчет сводится к тому, чтобы просуммировать все нагрузки и получить общую мощность в кВА или кВт
Мощность электрических приборов указывается на заводской шильде или наклейке производителя. Для выбора ИБП нужны параметры:
- Напряжение: 220В / 230В (220V / 230V) – однофазная сеть, или 380В / 400В (380V / 400V) трехфазная сеть;
- Частота: 50 гЦ / 60 гЦ (50 Hz / 60 Hz);
- Потребляемая мощность: Вт / ВА (W / VA), например блоки Компьютера 450W;
- Максимальный ток: А;