Задача: помочь потребителю выбрать конфигурацию системы бесперебойного питания,                      полностью обеспечивающую его потребностям.

При выборе ИБП необходимо учитывать несколько параметров:

1.Фазозависимость отопительного оборудования;

2.Максимально возможную мощность отопительного оборудования;

3.Планируемое время автономной работы системы бесперебойного питания;

4.Другие параметры.

1. Фазозависимость отопительного оборудования.

Современное отопительное оборудование для корректной и безопасной работы, как правило, требует на входе наличие «гарантированной», «жесткой» и т. п. нейтрали, т. е. на вход отопительного оборудования должна быть подана входная нейтраль. При работе ИБП в режиме от входного напряжения, как правило, с наличием входной нейтрали на входе отопительного оборудования, т. е. на выходе ИБП, проблем не возникает. Но при сбое входного напряжения, при работе от аккумуляторов, многие модели ИБП физически (с помощью реле) отключают входную нейтраль, и на выходном фазном проводе ИБП присутствует выходное напряжение синусоидальной формы, амплитудой 220 В и частотой 50 Гц, но относительно «своей», созданной в ИБП нейтрали, не имеющей никакого отношения к входной (сетевой) нейтрали.

Получается, что при наличии входного напряжения система «ИБП — Котел» работает корректно, но при сбое входного напряжения, когда ИБП работает от батарей, отопительное оборудование отключается из-за отключения входной нейтрали ИБП.

Для корректной работы фазозависимого отопительного оборудования на выходе ИБП (на входе котла) всегда должна быть входная нейтраль. Это условие может быть выполнено двумя способами:

а) соответствующей конструкцией ИБП;

б) внешним дополнительным оборудованием.

Конструктивно, для корректной работы фазозависимого оборудования, необходимо, что бы внутри ИБП входная и выходная нейтрали физически были объединены.

Для защиты фазозависимого отопительного оборудование возможно применение ИБП структуры On-Line. Но при применении ИБП ON-Line возможны проблемы с гарантированной нейтралью. Для решения этой проблемы необходимо на вход отопительного оборудования (читай — на выход ИБП) подать входную нейтраль. Просто объединить входную и выходную нейтрали ИБП нельзя из-за опасности возникновения на выходе ИБП «встречного» напряжения.

При использовании для защиты отопительного оборудования ИБП, которые в режиме работы от батарей «обрывают» входную нейтраль, необходимо гальванически развязать выход ИБП и вход отопительного оборудования, и на вход отопительного оборудования подать входную нейтраль.

Это можно сделать с помощью дополнительного разделительного трансформатора, на первичную обмотку которого подается выходное напряжение ИБП, а с вторичной обмотки, к одному из выводов которой подсоединена входная нейтраль, снимается напряжение для питания отопительного оборудования (см. рисунок).

Внимание: входная нейтраль подключается к одному из выводов вторичной обмотки разделительного трансформатора отдельным проводом.

Мощность разделительного трансформатора должна быть не меньше номинальной мощности ИБП, а лучше — на 15% ~ 20% больше.

2. Максимально возможная мощность отопительного оборудования.

Один из главных и очень важных параметров при выборе ИБП для защиты отопительного оборудования — мощность отопительного оборудования и её соответствие номинальной мощности ИБП.

Как правило, современное отопительное оборудование включает в себя электронную часть (управление, автоматика) и один или несколько насосов, для обеспечения циркуляции теплоносителя в системе отопления.

Мощность электронной части, как правило не велика и для её защиты хватает практически любого, даже маломощного ИБП.

А вот мощность циркуляционных насосов, особенно пусковая мощность, может быть значительна. Циркуляционный насос, как и любой электродвигатель, кроме номинальной мощности имеет еще и так называемую, пусковую мощность, т. е. когда эл.двигатель раскручен и работает в номинальном режиме, он потребляет номинальную, как правило, не очень большую мощность. Но в момент пуска эл.двигателя, в первый момент, пусковая мощность может значительно превышать номинальную. И именно в момент пуска двигателя насоса, из-за превышения пусковой мощности циркуляционного насоса (насосов) над номинальной возможен переход ИБП на Байпас из-за перегрузки, а возможно и полное отключение ИБП.

В технической литературе встречается превышение пусковой мощности над номинальной в 3-5 раз. Но влияние реактивной составляющей пусковой мощности различно при питании нагрузки от разных источников. В случае питания реактивной нагрузки через стабилизатор, трансформатор, генератор, на выходе которых практически те же самые обмотки, что и на роторе электродвигателя, вполне допустимо считать превышение пусковой мощности над номинальной в 3-5 раз.

Для ИБП, у которого на выходе стоят “голые” IGBT-транзисторы (полевые), воздействие реактивной составляющей пускового тока несколько иное.

Реактивная мощность (Когда Атстает Ток – КАТушка) в первую половину периода не уходит в нагрузку, а как-бы накапливается на выходе ИБП, а во вторую половину периода, когда напряжение сменило знак, возвращается в ИБП. Есть такое выражение: “ток течет в другую сторону”. Превышение пусковой мощности над номинальной, именно при работе с ИБП, нужно еще умножить на 2. И получается, что именно для ИБП, превышение пусковой мощности над номинальной при работе на реактивную нагрузку, может быть в 6-10 раз больше.

Для обеспечения надежной и стабильной работы системы «ИБП-Котел», а точнее для обеспечения бесперебойного питания именно циркуляционных насосов, при подсчете общей мощности отопительного оборудования, необходимо учитывать 6-10 кратное возможное превышение пусковой мощности эл.двигателей насосов над номинальной, во избежание отключения ИБП по перегрузке и выхода ИБП из строя.

Вполне законный вопрос о внутренней защите ИБП. ИБП защищен от перегрузки, и в случае подключения активной нагрузки (ТЭНы, лампы накаливания) защита срабатывает и ИБП отключается по перегрузке. При питании же нагрузки с реактивной составляющей (электродвигатель), часто бывает так, что, пусковой ток настолько короткий по времени и мощный по амплитуде, что пока измерительные цепочки ИБП измерят выходной ток, пока передадут в процессор, пока процессор «сообразит» что у него на выходе перегрузка и даст команду реле (тиристору) на отключение выхода, пока реле отключит выход – за это время успевают выйти из строя выходные транзисторы.

Еще один вопрос, требующий обсуждения. Современные электродвигатели с «плавным» пуском. Да, такие существуют и широко применяются в качестве циркуляционных насосов в отопительном оборудовании. И максимальная пусковая мощность этих эл.двигателей, как правило не превышает номинальную более чем на 25% ~ 30%. Но, что бы рекомендовать для защиты отопительного оборудования ИБП конкретной мощности, необходимо твердое убеждение, а еще лучше, документальное подтверждение значений пусковой мощности эл.двигателей. В противном случае, если в документах производителя нет четкого и однозначного указания пусковой мощности, необходимо считать превышение пусковой мощности над номинальной до 10 раз.

Нельзя утверждать, что пусковая мощность превышает номинальную именно в 10 раз. Может быть в 10, может быть в 8, может быть в 6, а может быть и всего в 4 раза. Это зависит от многих факторов: качества изготовления эл.двигателя, качества подшипников и их смазки, температуры окружающей среды и т. п. Измерить пусковой ток (пусковую мощность) эл.двигателя очень тяжело, т. к. пусковой ток очень короткий по времени и большой по амплитуде.

В свое время удалось измерить пусковой ток петли размагничивания монитора с электронно-лучевой трубкой. При номинальной мощности монитора 200 Вт — 250 Вт, в момент включения, когда срабатывает петля размагничивания, ток, потребляемый монитором достигает значения 40 А, т. е. в момент включения монитор потребляет до 8 кВт.

Средняя номинальная мощность отопительного оборудования, как правило, составляет порядка 120 — 130 Вт. Из них, в среднем 50Вт потребляет электронная часть (управление, автоматика и т.д) и порядка 70Вт — 80 Вт потребляют циркуляционные насосы. Электронная часть отопительного оборудования, как правило работает постоянно, а вот циркуляционные насосы периодически включаются и выключаются. И в момент включения циркуляционный насос может потребить до 700 Вт, а учитывая потребление электронной части, общее потребление может достигать 750 Вт.

Исходя из этого рекомендуется применять для защиты отопительного оборудования ИБП мощностью не менее 1000VA, т. е. не менее 600 Вт - 700 Вт. А может быть и больше.

В любом случае при выборе мощности ИБП для защиты отопительного оборудования необходимо учитывать наличие в системе эл.двигателей циркуляционных насосов и их пусковую мощность.

3. Планируемое время автономной работы.

При выборе ИБП для защиты отопительного оборудования, желаемое время автономной работы, как правило, укладывается в формулу «Чем больше — тем лучше». Вполне понятно желание пользователя иметь максимально возможное время работы оборудования при сбое входного напряжения. Но при этом, очень часто пользователь забывает, что энергия из ничего не получится, и увеличение времени автономии влечет за собой увеличение емкости аккумуляторных батарей, и, как следствие — увеличение количества батарей, их объема и площади, необходимой для их размещения.

Время автономной работы ИБП определяется, в основном, емкостью подключенных к ИБП аккумуляторных батарей и мощностью нагрузки, которую ИБП обеспечивает энергией от батарей.

В свою очередь максимальная емкость подключаемых к конкретному ИБП батарей ограничивается мощностью зарядного устройства.

ИБП с внутренними батареями, как правило, малой емкости, и имеющими небольшое время автономной работы от этих батарей в данном контексте рассматриваться не будут. Время автономии в пределах 15-20 минут не устроит ни одного пользователя, выбирающего ИБП для защиты отопительного оборудования.

При выборе ИБП для защиты отопительного оборудования планируемое время автономной работы системы бесперебойного питания от батарей может варьироваться от нескольких минут, до 20-30 часов (при работе ИБП с нагрузкой много меньшей, чем номинальная).

Обеспечение более длительного времени автономии связано с использованием батарей очень больших емкостей, что не всегда приемлемо как по характеристикам ИБП, так и из-за проблем со стоимостью и размещением большого количества батарей.

При желании пользователя иметь время автономии более суток-полутора, можно рекомендовать применение дизельных или бензиновых генераторов.

4. Другие параметры.

4.1 Структура ИБП.

Принципиальной разницы для защиты отопительного оборудования ИБП структуры Line-Interactiv или On-Line не существует.

Время переключения (типичное — 4 мс), ИБП структуры Line-Interactiv не оказывает какого-либо влияния на работоспособность как электронной части (автоматика) отопительного оборудования, так и на циркуляционные насосы.

4.2. Форма выходного сигнала.

Важный параметр при выборе ИБП для защиты отопительного оборудования.

Не всякое отопительное оборудование, тем более циркуляционные насосы корректно работают с формой выходного напряжения ИБП в виде ступенчатой аппроксимации синусоиды, т. е.проще говоря, с выходным прямоугольным напряжением амплитудой 220 В и частотой 50 Гц.

Поэтому, как правило, для защиты отопительного оборудования применяются ИБП с чистым выходным синусоидальным напряжением в режиме работы от батарей.

4.3. Применение автомобильных аккумуляторных батарей.

Проблема использования в составе ИБП автомобильных стартерных аккумуляторов (далее АКБ) возникает, как правило, у пользователей ИБП с индексом LT и On-Line для экономии денежных средств – АКБ дешевле промышленных герметичных необслуживаемых аккумуляторных батарей (далее АБ).

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АКБ В СОСТАВЕ ИБП НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ!!!

Не рекомендуется использовать АКБ с ИБП по следующим причинам:

А) НАПРЯЖЕНИЕ ЗАРЯДА.

Для заряда АКБ необходимо напряжение 14,0 ~ 14,2 вольта – стандартное напряжение бортовой сети автомобиля. Стандартное напряжение цепей заряда ИБП – 13,6 ~ 13,8 вольта.

Получается, что при использовании АКБ в составе ИБП, АКБ будут всегда недозаряжены, что: во-первых, отрицательно сказывается на самих АКБ, во-вторых – снижает время автономной работы ИБП. Т.е. недозаряженная АКБ ёмкостью, к примеру, 70 А/ч, даст время автономии ИБП меньше, чем промышленная АБ 70А/ч. Уже можно оспаривать утверждение об экономии.
Чуть-чуть теории: Любой аккумулятор имеет внутреннее сопротивление, величина которого зависит от степени заряда аккумулятора. Полностью заряженный аккумулятор имеет большое внутреннее сопротивление, соответственно потребляет при заряде минимальный ток, соизмеримый с током утечки. Т.е., можно считать, что полностью заряженный аккумулятор тока не потребляет.

Разряженный аккумулятор имеет малое внутреннее сопротивление – при заряде потребляет большой ток. По мере заряда напряжение на аккумуляторе увеличивается, пропорционально увеличению напряжения увеличивается и внутреннее сопротивление аккумулятора, соответственно уменьшается зарядный ток. Как отмечалось выше, полностью заряженный аккумулятор тока практически не потребляет.

При использовании в составе ИБП на АКБ поступает напряжение не более 13,6 ~ 13,8 вольта. И получается, что АКБ не заряжен (напряжение меньше 14,0 ~ 14,2 вольта), его внутреннее сопротивление относительно мало, АКБ потребляет большой зарядный ток. Потребляет постоянно, что приводит к кипению электролита в АКБ. Постоянно кипящий аккумулятор не может корректно работать и очень быстро разрушается, что также позволяет говорить об отсутствии какой-либо экономии.

Б) ТОКИ.

Кратко о технологии.

АКБ (стартерные) рассчитаны на отдачу большого тока за короткое время. Большой ток достигается за счет уменьшения толщины пластин в каждой банке АКБ.
АБ (промышленные) рассчитаны на отдачу относительно малых токов, но за достаточно длительное время, и имеют более толстые пластины.

Толщина пластин АКБ – 1,0 ~ 1,2 мм. Толщина пластин АБ – 2,0 ~ 2,5 мм.

ИБП при работе от АБ потребляет небольшие, по сравнению с потреблением стартера автомобиля, токи, но более длительное время. И получается, что тонкие пластины АКБ разрушаются быстрее, чем пластины промышленных АБ. Если средний срок службы АБ в составе ИБП примерно 4~5 лет, то АКБ служат 2~3 года. Вопрос об экономии встает еще острее.

В свою очередь ток заряда сильно разряженного автомобильного аккумулятора может многократно превышать максимальный ток зарядного устройства ИБП, что может привести к повреждению и выходу из строя ИБП.

В) ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАРЯДА батарей.

Промышленные герметичные не обслуживаемые АБ могут располагаться практически в любом месте, вплоть до жилых помещений.

Для заряда АКБ (кислотных) необходимо специально оборудованное помещение с вентиляцией, с пожарной сигнализацией, средствами пожаротушения и т.д. и т.п.

Пожаробезопасность – это серьёзно. Этим пренебрегать ни в коем случае нельзя.

Затраты на оборудование зарядной комнаты – сомнительная экономия.
Исходя из всего вышесказанного, не рекомендуется использовать в составе ИБП автомобильные стартерные АКБ.

При форс-мажорных обстоятельствах, для кратковременной проверки и т.п. использование АКБ в составе ИБП возможно.

4.4. Проверка работоспособности системы ИБП-Котел

Часто возникающая у пользователя проблема проверки работоспособности смонтированной системы бесперебойного питания отопительного фазозависимого оборудования выглядит следующим образом:

–Установлен ИБП. Без нагрузки работает штатно и корректно.

–При проверке работоспособности на проверочной нагрузке (лампа накаливания, к примеру) ИБП работает корректно и в режиме от входного напряжения, и в режиме работы от батарей.

–Подключено отопительное оборудование.

–При работе от входного напряжения система ИБП - Котел работает корректно.

–При имитации сбоя входного напряжения ИБП переходит в режим работы от батарей, но отопительное оборудование или полностью отключается, или выдает ошибку и работает не корректно.
Суть проблемы — способ проверки, т. е. способ имитации сбоя входного напряжения.

Как правило, имитация сбоя входного производится выдергиванием входной вилки ИБП из входной розетки. Это не корректный и не правильный способ имитации сбоя входного напряжения.

Для корректной работы фазозависимого отопительного оборудования необходимо наличие на входе Котла входной нейтрали. При выдергивании входной вилки ИБП из входной розетки физически обрывается как фазный провод, так и нейтральный, хотя в реальной жизни, при сбое входного напряжения, и фазный и нейтральный провода остаются физически подключенными к ИБП, только на фазном проводе пропадает напряжение.

При проверке работоспособности ИБП в случае сбоя входного напряжения должен обрываться только фазный провод; нейтральный провод должен быть подключен к ИБП.

Обрыв фазного провода для имитации сбоя входного напряжения можно и нужно производить специально установленным на распределительном щите индивидуальным защитным автоматом соответствующей мощности, который, кроме использования для имитации сбоя входного напряжения,является еще и средством дополнительной защиты.

Вывод:

Для системы бесперебойного питания отопительного оборудования наиболее подходят:

1.ИБП структуры Line-Interactiv с «проходной» нейтралью и «чистым» синусоидальным выходным напряжением в режиме работы от батарей мощностью не менее 600 Вт, либо ИБП структуры On-Line мощностью не менее 700 Вт.

2.Промышленные, герметичные, не обслуживаемые аккумуляторные батареи общей емкостью до 300А/ч.

3.Рекомендуется установка индивидуального защитного автомата системы бесперебойного питания.