Резервный источник электропитания в медицинских организациях и иные требования энергобезопасности

БЕСПЕРЕБОЙНЫЕ И РЕЗЕРВНЫЕ ИСТОЧНИКИ

К этим категориям относятся генерирующие системы, которые обеспечивают питание в случае выхода из строя основных поставщиков энергии. В чем между ними отличие, ведь задача одна?

Бесперебойные блоки питания всегда находятся в режиме «on-line». Это значит, что при пропадании основного питания, мгновенно подключается собственный источник. Наилучший вариант – аккумуляторная батарея, работающая в буферном режиме. Разумеется, необходим преобразователь напряжения, стабилизатор, и пр. Но это тема для другой статьи.

Преимущества очевидны: потребитель практически не замечает перехода на «запасной» источник

Это особенно важно для сохранности данных (на компьютере), или исправности оборудования (например, система управления отопительным котлом в доме).. Недостаток – аккумулятор имеет определенную емкость

То есть, время работы ограничено. Поэтому бесперебойный источник необходим лишь для отсрочки времени: можно сохранить данные, и отключиться. Либо у вас есть время для включения резервного источника питания.

Недостаток – аккумулятор имеет определенную емкость. То есть, время работы ограничено. Поэтому бесперебойный источник необходим лишь для отсрочки времени: можно сохранить данные, и отключиться. Либо у вас есть время для включения резервного источника питания.

Резервный источник позволяет на 100% обеспечивать питанием объекты, при аварии на генерирующем устройстве. Это может быть автономный генератор, или резервная линия электропитания.

Для подключения требуется время, поэтому эти устройства нельзя отнести к бесперебойникам. Работа «резерва» приводит к дополнительным затратам, поэтому в качестве первичного источника питания он не используется.

Размытость понятий.

Нет четкой границы между «первичкой», «вторичкой» и резервом. Например, аккумулятор вашего планшета является источником бесперебойного питания, пока вы подключены к сети 220 вольт.

А в автономном режиме – это первичный источник. Трансформаторная подстанция (по определению – первичка), может стать резервным источником питания, если в вашем доме установлены солнечные батареи и ветрогенератор.

2010-2021 г.г.. Все права защищены.
Материалы, представленные на сайте, имеют ознакомительно-информационный характер и не могут использоваться в качестве руководящих документов

Измерение КПД преобразователей и общего КПД схемы питания

В рамках работ по оптимизации схемы питания я провел ряд исследований преобразователей, на которых построена схема.

Входной повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь построен на микросхеме LTC3422EDD Linear, в изначальной версии преобразователь формировал на выходе напряжение 5В:

Для преобразователя на базе LTC3422EDD я измерил зависимости КПД от тока нагрузки преобразователя при напряжении питания преобразователя 1.5В и 3.0В, для выходных напряжений 3.3В и 5В:

Зависимость КПД преобразователя от входного напряжения при постоянной нагрузке, P=50мВт, характерной для рабочего режима датчика, при выходном напряжении преобразователя 3.3В и 5В:

Исследование КПД повышающего преобразователя показывает, что использование двух элементов питания и снижение выходного напряжения преобразователя до 3.3В приводит к повышению КПД преобразователя на величину до 20% для характерной мощности потребления 50 мВт. При использовании 1 элемента питания и выходном напряжении 5В КПД составляет около 70% (красный график на рис. 1., выходной ток от 5 до 14 мА). При использовании 2 элементов питания и снижения выходного напряжения до 3.3В КПД достигает 89 % (синий график на рис. 2., выходной ток от 5 до 19 мА).

Также можно ожидать улучшения КПД во всем диапазоне работы элементов питания. Для одного элемента питания диапазон рабочего напряжения 0.9-1.5В. Наилучший КПД для свежего элемента питания, по графику рис. 3, составляет 69%. Тогда как худшее значение КПД, при использовании двух разряженных элементов питания с остаточным напряжением 1.1В+1.1В=2.2В, составит по графику рис. 3 около 79%. Для комплекта свежих элементов питания ожидаемый КПД до 84%.

Возрастает и нагрузочная способность преобразователя при использовании 2х элементов питания. Для одного элемента питания КПД значительно падает при потребляемом токе более 20 мА, тогда как при использовании 2х элементов питания преобразователь сохраняет высокое значение КПД при токе нагрузке более 100 мА.

Снижение выходного напряжения повышающего преобразователя до 3.3В увеличивает время непрерывной работы на 20%, за счет увеличения КПД преобразователя.

Снижение выходного напряжения также повышает нагрузочную способность преобразователя.

Так же, я оценил зависимость КПД от тока нагрузки преобразователя при снижении выходного напряжения до 3.3В:

При использовании 2 элементов питания и снижении выходного напряжения до 3.3В, достигается не только повышение КПД, но и повышение нагрузочной способности преобразователя более чем в 2 раза.

Понижающий преобразователь на 3.3В

Понижающий преобразователь построен на микросхеме LTC3406 Linear. В начальной версии преобразователь формировал на выходе напряжение 3.3В из промежуточного напряжения 5В:

Для преобразователя на базе LTC3406 я измерил зависимость КПД от тока нагрузки при входном напряжении 5В.

Оценка КПД преобразователя, формирующего напряжение питания 3.3В, показала значение около 70 % при характерных для основного режима работы тока потребления 50 мВт.

Оценка общего КПД схемы питания

Для первоначального исполнения схемы питания оценку КПД получаем путем умножения КПД повышающего преобразователя и КПД преобразователя 3.3В.

Если использовать 2 элемента питания, снизить выходное напряжение повышающего преобразователя до 3.3В и исключить преобразователь, который формировал 3.3В до этого, КПД схемы питания будет равен КПД повышающего преобразователя:

**Получаем необходимые для оптимизации схемы действия:

• Использовать 2 элемента питания.
• Повышающий преобразователь перенастроить на выходное напряжение 3.3В.
• Исключить понижающий преобразователь.**

Аккумуляторы и батареи для резервного источника питания

Аккумуляторы и батареи для резервного источника питания (АКБ) предназначены для работы с преобразователями напряжения (инверторами) для питания различных приборов и устройств. Аккумуляторы применяются и как встроенный резервный источник питания для различного электронного оборудования.

Наиболее просты и нетребовательны в эксплуатации щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы. Такие аккумуляторы принадлежат к открытому типу аккумуляторов, выпускаются в пластиковом корпусе и без особого вреда для себя выдерживают полную разрядку при значительной нагрузке. Более того, им необходим полный разряд по крайней мере раз в 2-3 месяца.

Для долгой работы щелочных аккумуляторов необходимо проводить регулярное обслуживание: полную разрядку и зарядку. В противном случае поверхность электродов кристаллизируется и емкость снижается. Импульсная зарядка занимает немного времени.

Более современный вид батарей — кислотные герметичные необслуживаемые (к сведению пользователей: клеммы чистить все равно придется, особенно в полевых условиях) аккумуляторы.

Главное отличие от классических батарей – отсутствие неудобного в использовании жидкого электролита, норовящего выплеснуться куда попало.

Гелевые аккумуляторы наполнены густой желеобразной массой. В батареях, созданных по технологии AGM, электролитом (раствором серной кислоты) пропитаны стекломатовые сепараторы, находящиеся между пластин. Оба варианта более удобны в использовании.

Гелиевые АКБ изначально были разработаны для военных. Они эффективны прежде всего в полевых условиях и могут генерировать ток после частичного повреждения корпуса.

Аккумуляторы этого типа способны выдавать больший объем в циклическом режиме, и используются, прежде всего, в нетрадиционной (солнечной и ветряной) энергетике.

К сожалению, гелиевый наполнитель обладает серьезным недостатком. Со временем в нем образуются пузырьки газа и соответственно, повышается давление внутри корпуса, который может деформироваться, а в отдельных случаях – взорваться.

AGM аккумуляторы дешевле и менее требовательны к заряду, а потому получили более широкое распространение, и хотя полностью вытеснить гелиевые батареи с рынка так и не смогли, практически полностью заняли недавно появившуюся нишу на рынке. При помощи именно этой технологии создано множество моделей мини-батарей для подзарядки ноутбуков, планшетов, телефонов и прочих гаджетов.

При покупке аккумуляторов нового типа стоит, прежде всего, обратить внимание на количество циклов зарядки, указанных в технических характеристиках модели. В отличие от срока службы, указанная характеристика поможет понять, на что можно рассчитывать

Считаем количество аккумуляторов

Ёмкость аккумуляторов считается в ампер-часах. Автомобильный аккумулятор — это, как правило, 52 или 60 АЧ. Аккумулятор маленькой машины типа Daewoo Matiz — 40АЧ. Кстати, для резервного питания можно использовать автомобильные аккумуляторы, но у них срок службы 4-5 лет и их нельзя ставить в помещение — выделяют. Специальные аккумуляторы для систем резервного питания служат 10-12 лет, полностью герметичны и не требуют обслуживания.

Аккумуляторы резервного питания имеют ёмкость до 250АЧ. Самые распространённые — 200АЧ. Вес такого аккумулятора около 65 кг.

Напряжение аккумулятора 12 вольт. Разряжается он не в ноль, а, скажем, до 10% ёмкости. Получается, что в аккумуляторе запасено 2160 Вт-часов электроэнергии. КПД хорошего инвертора МАП Энергия 96%, значит, фактически 200АЧ аккумулятор даст нам 2073 Вт-часов электроэнергии. Это означает, что холодильник со средним потреблением 100Вт-часов проработает 20 с небольшим часов от одного такого аккумулятора. Если среднее потребление дома посчитать как холодильник (небольшой и современный) + несколько светодиодных лампочек + небольшой телевизор + розетка для ноутбука, то получаем примерно 3 часа работы. Ставим 4 аккумулятора — получаем 12 часов автономной работы.

Если использовать какой-то мощный прибор, например, чайник на 1600Вт, который кипятит воду за 5 минут, то он израсходует 133 Вт-часов электроэнергии из аккумуляторов.  Вот такой расчёт. Нужно сориентироваться, сколько ватт-часов электроэнергии нам необходимо для резерва, понять, в скольких аккумуляторах они содержатся, подобрать инвертор на соответствующее напряжение и максимальную мощность дома.

Общий бюджет системы складывается из:

• аккумуляторов
• инвертора
• клемм на аккумуляторы
• УЗИП — устройство защиты от импульсных помех, очень полезная вещь
• кабеля от инвертора до аккумуляторов нужного сечения

Если в какой-то момент поймёте, что аккумуляторов не хватает, можно поставить ещё столько же параллельно. Можно добавить в систему солнечные батареи, подключив их через контроллер к аккумуляторам. Можно добавить генератор, который будет запускаться по сигналу от инвертора.

Можно при помощи инвертора и батарей зарезервировать не весь дом, а какую-то ветку электроснабжения: слаботочный шкаф, аварийное освещение, газовый котёл, насосы и так далее.

 220,366 просмотров всего,  164 просмотров сегодня

Выбор ИБП

Выбирая подходящий вариант, следует ориентироваться на то, для чего нужен ИБП, и учитывать ряд дополнительных параметров:

• характеристики запитываемых от системы бесперебойного питания устройств;
• желаемую мощность;
• качество электросетей;
• бюджет.

Разумеется, идеальным решением для любой ситуации станет On line блок, но для некритичных задач вполне подойдут резервные или линейно-интерактивные.

Ключевые характеристики ИБП для выбора:

• форма и технология генерации выходного напряжения (ИБП постоянного тока или переменного);
• заявленная и требуемая мощность;
• тип;
• время автономной работы от батареи.

Обычно последнее составляет 5–7 минут, чего вполне достаточно для штатного завершения работы. Более продвинутые предоставляют до 20 минут, а самые энергоемкие способны питать нагрузку до получаса. Их используют, например, в больницах и других критически важных объектах.

Также следует обращать внимание на дополнительные интерфейсы, возможность программного и удаленного мониторинга и управления, простоту замены аккумуляторов и доступность подключения дополнительных АКБ для увеличения периода автономности

Задачи

Необходимо определиться, для чего нужен бесперебойник. При частых отключениях электричества дома или в офисе пригодится простой резервный, который поможет сохранить работу и корректно выключить ПК. Но следует учитывать, что стабилизатор в источниках этой разновидности отсутствует, поэтому при возможности желательно выбирать модель подороже, с качественной элементной базой.

При частых скачках напряжения желательно озаботиться наличием стабилизатора, и для этого целесообразно приобретения линейно-интерактивного. А если нет ограничений по финансам, а обеспечиваемые бесперебойным питанием потребители мощные, то оптимальным выбором станет On Line UPS. Он гарантирует мгновенное переключение и отсутствие скачков.

В каждом отдельном случае применения возможны определенные нюансы, которые необходимо учесть, например, когда вы выбираете источник бесперебойного питания для видеонаблюдения или для целого дома. Например, необходимо учесть пусковые токи, если вы выбираете бесперебойник для холодильника.

«Золотой серединой» можно назвать line-interactive образцы. Они обладают разумным соотношением цена-качество и предоставляют хороший уровень защиты.

Производители ИБП (APC, Powercom, IPPON, отечественный ШТИЛЬ и прочие) выпускают различные версии — от простых и маломощных на 450–600 ВА до серьезных стоечных и промышленных агрегатов на десятки киловатт

Важно понимать, что обычные «гражданские» модели не годятся для работы в связке, например, с газовыми котлами и высокомощным промышленным оборудованием; для них существуют специализированные варианты

Виды АКБ для источника бесперебойного питания

Аккумулятор для шуруповерта

Аккумуляторы для дома, используемые как резервное электроснабжение или в качестве основной коммуникации с альтернативным источником питания, в зависимости от своей конструкции бывают нескольких видов:

1. Свинцово-кислотные АКБ – это блоки, в которых электролит расположен внутри металлической сетки, между которыми находятся синтетические волокна, пропитанные жидкостью. Данные батареи широко используются для источников бесперебойного питания, так как быстро заряжаются и выдают большее количество энергии. Но в связи с тем, что структура свинцовых пластин пористая, срок службы подобных деталей весьма ограничен и составляет не более пяти лет;
2. Гелиевые аккумуляторы – это сложно устроенный агрегат, накапливающий и отдающий электрический ток, внутри которого вместо жидкого электролита расположен пропитанный гель. Он контактирует со стержнем, возникает электрохимическая реакция, но, благодаря свойствам геля, побочного эффекта в виде газа не возникает, поэтому эти батареи изготавливаются в герметичном корпусе.

Свинцово-кислотный АКБ

Таким образом, исходя из физико-химических свойств перечисленных АКБ, можно сделать вывод, что резервное электроснабжение лучше устраивать, используя гелиевые батареи, так как они обладают глубоким разрядом, что очень важно при необходимости обеспечить электричеством частный дом во время отключения основной линии. А для организации источника бесперебойного питания по альтернативной схеме лучше подходит АКБ, созданный по свинцово-кислотной технологии

Важно! В обоих типах батарей, так как выделения газа являются минимальными, корпус изготавливается герметичным, и обслужить его не получится. После выработки своего ресурса изделие подлежит утилизации согласно техническим требованиям

Гелиевый АКБ в герметичном корпусе

Многие собственники индивидуального жилья, выбирая аккумуляторы для дома, используемые при отключении электричества, в целях экономии пытаются заменить более дорогие гелиевые или свинцово-кислотные АКБ простыми батареями с жидким электролитом, которые предназначены для автомобилей. Конечно, их стоимость значительно ниже, но и функции, которые они выполняют, отличаются. Данный агрегат предназначен для максимальной выдачи тока определенного номинала и мощности, чтобы раскрутить стартер двигателя и выполнить его запуск. Он обладает хорошими характеристиками по короткому импульсу, но для длительной работы не подходит, так как быстро разряжается. К тому же его подзарядка занимает значительно больше времени, чем гелиевые или свинцово-химические АКБ.

Типовая система резервного электроснабжения для частного дома

Рассмотрим типовую схему резервного электроснабжения загородного дома на основе системы XW+ Xandrex Schneider Electric Система автономного энергоснабжения включает в себя:

1. Источник основного электроснабжения;
2. Возобновляемый источник электроэнергии – солнечные фотовольтаические панели;
3. Возобновляемый источник электроэнергии – ветряной генератор;
4. Возобновляемый источник электроэнергии – микро-ГЭС;
5. Контроллеры заряда;
6. Банк АКБ;
7. Датчик температуры АКБ;
8. Инвертор;
9. Дизель-генератор;
10. Коммутационное оборудование — щиты, выключатели, автоматы, предохранители, кабели, система заземления и т.д.;

Классический алгоритм работы следующий: Работа инвертора в режиме «grid support» с максимальным использованием энергии ВИЭ. При отключении основной сети, переход на резервный источник, и, при необходимости, использование накопленной энергии АКБ. В случае, если по каким-то причинам, энергии возобновляемого источника недостаточно, а банк АКБ сильно разряжен, система формирует команду на запуск дизель-генератора. Энергия дизель-генератора расходуется на потребители и на заряд банка АКБ, при зарядке банка АКБ, дизель генератор отключается. Цикл повторяется до включения основного источника.

Любой из вышеперечисленных источников может выступать в качестве основного (кроме АКБ), остальные будут играть роль резервных.

Типы систем резервного электроснабжения длительного действия для загородного дома или коттеджа

Организация резерва электрической энергии для коттеджа оправдана в том случае, когда она регулярно поступает с длительными перебоями или же напряжение в сети не соответствует нормам. С серьезными нарушениями потенциала стабилизаторы не справятся, поэтому дополнительный источник тока должен покрывать основные потребности в освещении и работе вспомогательного оборудования.

Обычно резервное электроснабжение и бесперебойное питание сетей дома осуществляется при помощи «бесперебойника» UPS на аккумуляторах или газового генератора. Почему газового? Дело в том, что этот выбор обусловлен незначительными расходами на топливо и простыми правилами эксплуатации.

Оборудование дополнительного энергоснабжения должно проявлять мгновенную реакцию на падение или отключение напряжения, а также обеспечивать работу основных потребителей довольно продолжительное время. Бесперебойные конструкции бывают двух типов: одноступенчатые и двухступенчатые.

Одноступенчатые системы для обеспечения резерва электроэнергии

По сути это обычная аварийная схема бесперебойного питания, с той лишь разницей, что здесь применяются более мощные и емкие АКБ. Специалисты утверждают, что такое несложное решение поможет там, где перебои не столь частое явление, а требования к мощности источника не категоричны. Если требования к продолжительности функционирования оборудования будут увеличиваться, то возникает необходимость применения батарей большей мощности и емкости. Однако такое решение связано с некоторыми проблемами:

• Литий-ионные АКБ и так недешевы, а с ростом емкости цена будет расти пропорцтонально.
• Батареи со свинцовыми пластинами дешевле, но занимают много места и требуют особых условий эксплуатации, потому что содержат кислоту.
• Чтобы быстро зарядить АКБ до следующего отключения сети, нужен зарядный ток большой величины и мощности домашней сети может быть недостаточно.
• Эксплуатационный ресурс аккумулятора составляет до 2 000 циклов «заряд-разряд», поэтому дорогую АКБ придется менять через каждые 2-3 года.

Двухступенчатый метод обеспечения резерва электропитания

Двухступенчатая система для организации надежного резервного электроснабжения загородного дома включает генератор и источник бесперебойного питания. Принцип ее работы прост – сразу после сбоя штатного электропитания включается ИБП, отвечающий за аварийную схему. Далее запускается генератор.

Такая конструкция не нуждается в мощном аккумуляторе, потому как он включается только на короткое время и нагрузка минимальна. Ресурс батареи в этом случае расходуется экономно, поэтому ее срок службы составляет более 10 лет. При этом стоит запомнить, что АКБ от автомобиля не подойдет для использования в ИБП. Мощность электрогенератора не ограничивается и зависит от потребностей пользователя.

Аккумуляторы

На сегодня большинство производителей солнечного оборудования ориентированы на кислотные аккумуляторы. Это как герметичные гелевые или AGM аккумуляторы, так и заливные кислотные аккумуляторы открытого типа.

Однако на рынке уже представлены LifePo4 – литий-железо-фосфатные аккумуляторы, которые имеют улучшенные характеристики. Они активно используются в ИБП. Однако ввиду многолетней ориентированности на свинцовые батареи имеются сложности их использования в ВИЭ. Наша компания в настоящее время ведёт совместные тесты с производителем литий- ионных батарей на предмет их применения в системах ВИЭ.

Автономная система электроснабжения

Если вы строите дом на участке, подвод коммуникаций к которому по каким-то причинам затруднен или невозможен, приходится решать задачу автономного электроснабжения. 

Для обеспечения автономного электроснабжения коттеджей могут использоваться инверторы (или ИБП типа On-line) совместно с альтернативными источниками электроэнергии (ветряными электростанциями или солнечными батареями) или с электрогенераторами. Впрочем, благодаря ряду преимуществ их все чаще используют вместо электрогенераторов в качестве резервного источника питания.

Сравнение электрогенераторов и инверторов

Что такое источник бесперебойного питания

Понять, что такое ИБП, можно из самого названия данного класса аппаратуры. Бесперебойный источник питания предназначен для поддержания электроснабжения соединенной с ним нагрузки. В общем случае он состоит из батареи, преобразователя питания и управляющей режимами работы логической микросхемы.

Принцип функционирования исходит из самого названия «бесперебойный» — на выходе ток есть всегда (пока сохраняется заряд в аккумуляторе). На вход ИБП подается напряжение из общей электросети, часть его идет на подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ), а другая — непосредственно на выход.

Существуют различные виды источников, каждый из которых служит своим задачам и обладает определенным функционалом. Рассмотрим их подробнее.

Способы подключения источников резервного электроснабжения

Бесперебойные системы для обеспечения резервного электроснабжения бывают одно- и двухступенчатые. Одноступенчатая схема включает инвертор и аккумуляторные батареи достаточной мощности, чтобы хватило энергии на несколько часов. Аккумуляторы заряжаются от сети. В случае аварийного отключения центрального электроснабжения система мгновенно автоматически переходит на режим питания дома. Гибридные инверторы позволяют добавлять мощность. Если от сети приходит 5 кВт, на выходе можно получить от 9 до 29 кВт.

Для длительных отключений электроэнергии подойдет двухступенчатый способ. Система состоит из источника бесперебойного питания (ИБП), аккумулятора, генератора. Генераторные установки работают на газе, бензине, солярке. В качестве топлива используют энергию ветра и солнца.

В резервную систему подключают жизненно необходимое оборудование – компоненты отопления, водоснабжения, аварийное освещение, одну – две розетки для бытовой техники. Минимальная мощность источника питания для дома площадью до 300 квадратных метров составит 2 кВт.

Инверторный генератор Honda EU10i

Можно приобрести резервную систему электроснабжения для подключения всего оснащения коттеджа. От нагрузки будет зависеть ее комплектация и стоимость.

Для небольшого дома оптимальный вариант – использование компактных и недорогих источников электроэнергии.

1. Инвертор уже имеет функцию автоматического включения. С блоком аккумуляторных батарей его размещают в подсобном помещении. Работает без подзарядки в течение 24 часов. Стоит недешево, но бесшумный, не требует дополнительных вложений и присмотра.
2. Недорогой компактный бензиновый, дизельный генератор можно просто выкатить из дома, или разместить в открытой уличной пристройке. Их не комплектуют автоматической схемой запуска, а включают вручную. Имеют небольшую стоимость. Хорошо подходят для дачного домика.
3. Если жилье имеет централизованное газоснабжение, в отдельном помещении или на улице можно установить газовый генератор.

Выбор оборудования для автономного электропитания дома

От правильности выбранного оборудования для системы резервного электроснабжения дома зависит продолжительность и качество работы устройств. Подходить к выбору резервного источника электрического питания следует ответственно.

Предлагаем ознакомиться Можжевельник на урале посадка и уход

Для частного дома обычно выбирают следующие устройства:

• Инверторы. Данные устройства отличаются и имеют свои особенности. Нужно знать, что инвертор с синусоидой на выходе даёт более качественное электричество и сможет питать все электроприборы
• Аккумуляторы. Следует знать, что чем больше ёмкость аккумулятора, тем дольше можно будет использовать накопленную энергию

Похожие записи:

Выбираем сварочный аппарат для дачи: недорогой, но производительный Баня с электрокаменкой: строительство, отзывы, особенности Кто построил московский кремль Коммунальные услуги: что входит в оплату жкх Недостатки (мифы и реальность) домов из мини бруса Что нужно знать о пожарных выездных плановых проверках