ИБП — что это такое, для чего и где используется?

Для защиты разной техники от скачков электропитания используется ИБП. Это источник бесперебойного питания, он предназначен для обеспечения электроснабжения при отключении основной сети. Но ИБП используется не только для кратковременной автономной работы подключенного оборудования, но и для исключения пагубного влияния всевозможных помех, возникающих в электросети (провалы, всплески напряжения, выбег частоты). Да, эти помехи имеют периодический характер, но, тем не менее, они способствуют быстрому выходу из строя, а также ускоряют износ всевозможных компонентов. Поэтому ИБП также дополнительно применяются для повышения качества электроснабжения.

Ранее большинство ИБП производилось на основе свинцово-кислотных аккумуляторов. Сегодня современные модели создаются на базе литий-ионных надежных батарей. Если сравнивать с классическими батареями, то они накапливают гораздо большее количество электроэнергии при меньшем объеме, то есть такие ИБП занимают в 3 раза меньше места, при этом отличаются большим сроком службы.

Виды ИБП

Автономные источники бесперебойного питания классифицируются по принципу действия. Если отобразить ток из домашней розетки, то на схеме координат она будет выглядеть, как, всем знакомая, синусоида. Но важно понимать, что у всего оборудования напряжение сети переменное, но вот его форма может сильно отличаться от традиционной синусоиды.

В рабочих параметрах к каждому ИБП есть строка — форма выходного сетевого напряжения, где может быть указано «модифицированная синусоида» или «квазисинусоида» и т. д. Это означает, что устройство выдает совсем неплавную синусоиду, а разнополярные импульсы. Амплитуда у импульсов разная, но ширина подобрана так, что среднее значение получаемого сетевого напряжения равно 225-230 Вольт. Но в сигналах, которые отличаются от синусоиды, есть гармоники, содержащие высокую частоту (свыше 50 Гц). А для дорогостоящей техники очень важно выровнять эти показатели, чтобы исключить преждевременный выход из строя.

Рассмотрим основные виды ИБП, их основные плюсы и минусы.

Резервные источники бесперебойного питания (off-line)

Это устройство пассивного типа, оно запитывается напрямую от сети электропитания через специальный помехоподавляющий фильтр, то есть не стабилизирует входящее напряжение и уровень частоты. Переключение осуществляется через несколько миллисекунд.

Если напряжение электросети окажется за нормой допустимых технических параметров, тогда нагрузка автоматическим образом переходит на резервное питание от инвертора, он работает от батареи.

Оффлайн-ИБП имеют следующие достоинства:

• компактный размер;
• доступная цена;
• большой запас максимальной мощности, что позволяет подключать оборудование, которое отличается большим кратковременным пусковым током;
• высокая способность к перегрузкам;
• возможность работать с разными генераторами.

Линейно-интерактивные устройства 

В данном случае предусмотрена функция стабилизации сетевого напряжения в конкретном диапазоне, что исключает негативное воздействие на используемое оборудование. Это происходит за счет переключения обмоток трансформатора ступенчатым образом (по 15-20% от имеющегося напряжения электросети). Таким образом, при изменении величины напряжения в сети включится ИБП, и нагрузка автоматическим образом будет переведена на аккумуляторы. Кроме того, трансформатор помогает расширить рабочий диапазон регулировки напряжения без переключения на АКБ, что увеличивает их время эксплуатации.

Линейно-интерактивные источники электропитания могут создавать разную форму напряжения на выходе. Есть простые модели, которые имеют квадратичную, а также синтезированную форму, а усовершенствованные — плавной синусоиды. Для оборудования с импульсным блоком питания допустимо использовать простые ИБП (это камеры наблюдения, роутеры и т. д.).

Но у трансформаторных ИБП есть своя особенность — важно соблюдать фазу-ноль. Если этого не сделать, то при переключении на батарею фаза-ноль во время нагрузки поменяет места.

К плюсам такого устройства относится:

• ступенчатое стабилизирование входного напряжения;
• компактные размеры;
• высокий показатель КПД;
• надежность и долговечность применения.

Но такие устройства стоят дороже, чем простые резервные ИБП. Кроме того, они не способны стабилизировать входную частоту. В основном такой вариант применяется, чтобы защищать серверы среднего класса, маршрутизаторы и прочее оборудование, но не рекомендован для дорогостоящей аппаратуры, которая отличается высоким уровнем чувствительности к электромагнитным различным помехам (например, медицинские приборы).

Online-ИБП (двойного преобразования)

Данный вид ИБП корректирует ток 2 раза — на входе, а затем на выходе, в результате чего получается стабильный показатель без каких-либо помех. Он идеально подходит для высокочувствительной техники (например, микрофонов).

Сначала онлайн-ИБП выпрямляет переменное входящее напряжение в постоянное, а затем при помощи инвертора формирует чистое переменное — на выходе. Благодаря такому преобразованию, устройство совершенно не зависит от напряжения питающей электросети. Как только уровень напряжения поднимается или опускается от заданного рабочего диапазона, то нагрузка станет питаться от аккумуляторов.

К плюсам данных устройств относятся:

1. Высокий КПД, но при качественных показателях входного напряжения.
2. Технически совершенный вид бесперебойного питания, так как обеспечивает идеальные выходные электрические показатели.
3. Мгновенное включение на работу от аккумулятора, что крайне важно для стабильной эксплуатации мощных серверов, дорогого оборудования, телекоммуникационной аппаратуры.
4. Предусмотрен режим Bypass (байпас). Этот режим позволяет изолировать стабилизатор и без проблем запитать оборудование от внешнего источника без необходимости переключать провода, возиться с клеммами. Этот режим крайне важен, когда необходимо провести ремонтные работы, подключить дополнительные электроприборы или перенастроить ИБП на иные необходимые параметры. Кроме того, есть и ЭКО-режим. Это тот же байпас, только устройство находится в дежурном рабочем состоянии. То есть пока в сети нормальное напряжение поддерживается ЭКО-режим. Но при любых скачках включается режим онлайн.
5. Широкие возможности настройки рабочих параметров, что важно для дорогостоящего оборудования.
6. Высокие показатели перегрузки (до 150%).

Но понятно, что это самое дорогостоящее оборудование, кроме того, при его эксплуатации заметны дополнительные энергозатраты за счет двойного преобразования напряжения.

Базовые технические характеристики

При выборе подходящего источника бесперебойного питания необходимо обращать внимание на следующие основные рабочие характеристики:

1. Мощность. Это главный параметр оборудования. Чтобы понять, какая мощность необходима, следует сложить всю суммарную мощность подключаемого оборудования и добавить 15-30% для запаса. Если этого не сделать, то устройство может быстро выйти из строя. Мощность указывается в вольт-амперах или в ваттах. Но важно понимать, что если мощность указана в вольт-амперах (ВА), то она в ваттах (ВТ) будет меньше (около 60% от вольт-амперного мощностного показателя). Производитель в характеристиках всегда указывает максимальную теоретическую мощность, но рабочая мощность, как правило, меньше. Это следует учитывать, и никогда не перегружать ИБП, что немаловажно для его длительной эксплуатации. Не стоит забывать, что с течением времени любая емкость батареи ухудшается, поэтому не рекомендуется подключать к нему оборудование с пиковым значением мощности, которое может вызвать перегрузку.
2. Диапазон допустимого входного сетевого напряжения. Чем больше будет это значение, тем меньше нагрузка станет переключаться на АКБ, что только увеличит срок их применения. А это особенно важно для подключения к российским электросетям, которые отличаются частыми скачками напряжения. В зависимости от полезной нагрузки показатель напряжения на входе может быть 220, 230, 240 В, а для мощной аппаратуры — от 380 В.
3. Уровень частоты выходного напряжения. Этот показатель во многом зависит от того, какое устройство будет питать. Частые переключения чреваты электромагнитными потерями, которые могут привести к росту затрат электроэнергии, снижению КПД, а также к уменьшению производительности. А это может способствовать увеличению продолжительности рабочего процесса вплоть до необходимости приобретения дополнительного оборудования.
4. Возможность замены аккумуляторов. Это полезная функция, так как при необходимости, то есть по мере износа АКБ, всегда можно будет снять и установить новые батареи. Лучше купить модель с дополнительными батареями или приобрести генератор. Это будет дешевле, чем потратиться на дорогостоящий герметичный и необслуживаемый АКБ.
5. Количество разъемов. Это число должно совпадать с количеством подключаемых энергопотребителей. Немаловажно обращать внимание и на тип розеток (евро CEE 7/4, компьютерного типа С-13, С-14). Не стоит к одной розетке подключать несколько потребителей, это только приведет к быстрому выходу из строя ИБП.
6. Работа при максимальной нагрузке. При перегрузке батарея должна отключаться, сообщать об этом индикацией. Это поможет защитить оборудование от преждевременного выхода из строя. В паспорте к устройству всегда указывается, когда и при какой нагрузке оборудование обесточивается (например, при нагрузке 140% через 20 секунд происходит отключение). 
7. Возможность «холодного» запуска. Эта функция позволяет даже при отсутствии в сети напряжения подключить ИБП, например, если надо срочно и ненадолго запустить компьютер.
8. Программное обеспечение, удобный интерфейс. Современные модели поддерживают автоматическое отключение в момент пиковых нагрузок, а также поставляются со специализированными программами, которые позволяют сохранять отчеты статистики по работе устройства, сигнализировать обо всех нештатных ситуациях.
9. Время автономной эксплуатации. Это значение напрямую зависит от емкости батарей и параметров подключаемого оборудования. Но, как правило, у большинства стандартных моделей это время составляет 5-15 минут.

Сфера применения ИБП

Часто источники бесперебойного питания используются для компьютеров. Но на самом деле они имеют огромную сферу применения, так как помогают защитить высокочувствительную к скачкам напряжения и всевозможным помехам технику.

Блок бесперебойного электропитания для систем видеонаблюдения

Каждая система наблюдения включает в себя несколько видеокамер. Когда отключается электроснабжение, они сразу же перестают работать, поэтому полностью пропадает возможность следить за безопасностью больницы, школы, детского сада и прочих государственных учреждений. Даже если камера имеет встроенную аккумуляторную батарею, то она, конечно, будет продолжать записывать, но трансляция все равно прекратится, так как не будет функционировать роутер. Поэтому понадобится подключить ИБП не только к видеокамерам, но и к роутеру.

Если в системе используется большое количество камер, то лучше купить устройство с 2 аккумуляторами, чтобы точно не переживать за стабильную работу видеонаблюдения.

Не рекомендуется использовать оффлайн-модели, поскольку система способна уловить длительное время переключения на аккумуляторы, в результате чего произойдет сбой по питанию, вследствие этого все камеры могут отключиться. А при резких перепадах напряжения, коротких замыканиях чувствительные видеокамеры могут совсем выйти из строя. Но резервные ИБП можно применять, например, для мониторов, но при условии стабилизации напряжения в сети.

Источник бесперебойного питания для «умного» дома

Понятно, что в умном доме используется множество важных компонентов, и все их подключить к ИБП просто невозможно и нерационально. Поэтому нужно запитать только те устройства, которые будут продолжать следить за безопасностью и смогут вовремя сообщить об аварийных ситуациях (это датчики утечки воды, газа, дыма, открытия окон). Но чтобы «умный» дом продолжал функционировать, а сообщения в случае возникновения опасных ситуаций приходили на смартфон, нужно, конечно же, подключить к ИБП, а также роутер. Но важно, чтобы он имел встроенный модем мобильного интернета. 

Нагревательное электрооборудование

Если используются приборы, которые не содержат каких-либо регуляторов, конденсаторов и невосприимчивы к форме входного напряжения, то допустимо использовать самые обычные модели ИБП. Но, как правило, обогревающее оборудование имеет массу дополнительных устройств, поэтому резервные источники не подходят.

Источник бесперебойного электропитания для систем отопления

В современных газовых котлах есть компоненты, которые не могут использоваться без электроснабжения (это насосы, системы защиты, вентиляторы). Скачки напряжения и разнообразные помехи могут способствовать срабатыванию защиты, из-за чего отопление выключится, что создаст массу дискомфорта для жильцов.

Поэтому рекомендуется устанавливать котлы сразу с ИБП, таким образом, он будет меньше подвергаться износу, станет на 100% защищен от сбоев питания, проседания напряжения, ухудшения качественных показателей электросети. Для работы газового котла лучше всего приобрести онлайн-модели с двойным преобразователем. А ИБП, где будет указано «квазисинус» или «модифицированный меандр» не подходят, ведь у них форма напряжения приближена не к синусоиде, а имеет ступенчатый вид, что может быть весьма опасно для насоса. Если электричество в сети часто пропадает, тогда рекомендуется выбирать ИБП с внешними аккумуляторными батареями, чтобы обеспечить работу котла как можно дольше даже при отключении основного электроснабжения.

ИБП для объектов критической инфраструктуры

Это объекты, в которых находится аппаратура высших органов государственной власти и управления. При ее уничтожении или прекращении работы может появиться угроза информационной, экономической и иной безопасности либо ухудшится жизнедеятельность населения.

Поэтому оборудование критически важных объектов не должно прекращать свою работу даже при сбоях электросети. И в этом случае важно использовать надежные ИБП с несколькими батареями, эффективным управлением питания. Для значимых объектов важна высокая производительность, поэтому используются ИБП с двойным преобразованием, чтобы обеспечить стабильное выходное значение синусоидальной волны, что немаловажно для чувствительного оборудования.

Для оптимизации эффективности работы ИБП применяется ЭКО-режим, ведь он позволяет добиться снижения затрат. Также важно подобрать оборудование с расширенными возможностями, а именно удобным цветным интерфейсом для легкой визуализации всей необходимой информации, автоматическим распределением батарейного модуля, современным программным обеспечением.

ИБП для автоматизированных рабочих мест 

Такое место работы оснащено комплексом технических программных средств, которые предназначены для автоматизации труда. Данный комплекс обеспечивает подготовку, поиск, анализирование, выдачу всех необходимых данных и документации. Кроме того, автоматизированное место работы может быть групповым, для эффективного функционирования всего коллектива. И к данным рабочим местам (аэропортам, вокзалам, ТЭЦ и т. д.) ужесточены требования по организации деятельности. Немаловажно обеспечить постоянное электроснабжение, соответственно, необходимо применение ИБП. 

Огромной популярностью пользуются источники бесперебойного питания и на современных промышленных предприятиях, где вынужденный простой приводит к огромным убыткам. Роботизированные производственные комплексы, умные станки с ЧПУ весьма требовательны к качеству электропитания. И параметры внешней электросети должны соответствовать определенным техническим требованиям.

ИБП для автоматизированных рабочих мест должен иметь высокую мощность, возможность продолжительной работы с избыточной нагрузкой, быть максимально надежным.

ИБП для серверов

Аппаратура серверных комнат должна быть максимально защищена от скачков электроснабжения, помех, так как она содержит массу информации, выполняет важнейшие функции в работе государственных и иных структур. Даже кратковременный сбой питания может привести к безвозвратной потере информации, нарушению целостности и структуры ценных файлов, снижению производительности жизненно важных компонентов, выведению из строя дорогостоящих элементов. Понятно, что эффективность работы такого оборудования зависит от точности синусоиды. Немаловажно для серверов наличие режима Bypass, «холодного запуска», а также портов для подключения внешних аккумуляторных батарей.