Многие полагают, что источники бесперебойного питания (ИБП) предназначены исключительно для питания нагрузок переменным током с напряжением 220 или 380 В. Однако это не так, ИБП постоянного тока (ИБП DC) существуют и широко применяются в таких сферах, как охранно-пожарные системы, телеком (используются аббревиатуры ИБЭП, УЭП, УЭПС), энергетика (используются аббревиатуры ШОТ, ШУОТ, ЩПТ).

Наиболее распространены ИБП DC со следующими значениями номинального выходного напряжения:

• для охранно-пожарных систем — 12 и 24 В;
• для АСУ ТП — 24 В;
• для телекома — 12, 24, 48 и 60 В;
• для энергетики — 110 и 220 В.

Специфика конструкции ИБП постоянного тока заключается в следующем: напряжение на нагрузке практически равно напряжению на резервной аккумуляторной батарее (АКБ), поскольку, чаще всего, АКБ подключена непосредственно к выходу источника через токоограничивающий измерительный шунт и контактор, защищающий АКБ от глубокого разряда; для повышения надежности в сферах телекома и энергетики, как правило, применяют модульные ИБП DC, состоящие из нескольких параллельно включенных выпрямительных модулей.

Вследствие таких особенностей конструкции выходное напряжение ИБП DC не является фиксированным, его значение может меняться в довольно широком диапазоне в соответствии со значениями напряжения заряда/разряда АКБ. Отклонения от номинального выходного напряжения могут составлять до 15%, как в большую, так и в меньшую сторону, а иногда и более того. Однако большинство нагрузок, питающихся постоянным током, допускает подобные отклонения. Если в каком-то отдельном случае это не так, на выходе ИБП необходимо поставить стабилизирующий напряжение конвертор (стабилизатор напряжения постоянного тока).

Выбор ИБП DC по выходному току

При выборе подходящей модели ИБП DC необходимо учитывать, что не весь выходной ток ИБП идет на питание нагрузки — часть его используется для заряда АКБ. Оптимальным является значение зарядного тока численно равное 10% емкости АКБ, а максимально допустимое значение (как правило) — 30% емкости АКБ (данное значение обеспечит наиболее быстрый заряд). Поэтому ИБП DC нужно выбирать с номинальным выходным током, как минимум, равным сумме значений максимального тока нагрузки и тока заряда АКБ выбранной емкости. Если же требуется резервирование выпрямителей (например, по схеме N+1), следует добавить по крайней мере один избыточный выпрямитель.

Емкость АКБ, в свою очередь, выбирается исходя из требуемого времени автономной работы нагрузки (времени резервирования). Допустим, максимальный ток нагрузки составляет 100 А, для обеспечения нужного времени резерва требуется АКБ емкостью 200 А*ч, а зарядить разряженную АКБ нужно максимально быстро, поэтому берем максимально допустимое значение зарядного тока численно равное 30% от емкости аккумуляторной батареи. Тогда ИБП должен обеспечить номинальный выходной ток равный 160 А (считаем по формуле 100 + 0,3 х 200 = 160 А).

Некоторые важные аспекты выбора емкости АКБ

Определять требуемую емкость лучше всего по характеристикам разряда постоянной мощностью, а не постоянным током. Связано это с тем, что большинство нагрузок ИБП DC имеют стабилизированные вторичные источники питания, обеспечивающие фиксированную потребляемую мощность в широком диапазоне питающего напряжения, следовательно, потребляемый такой нагрузкой ток меняется (растет) при снижении напряжения на АКБ в процессе ее разряда.

Большинство ИБП DC имеют функцию защиты от глубокого разряда АКБ, однако значение напряжения, при котором происходит отключение батареи, у ИБП разных производителей может отличаться. Отдаваемая же емкость АКБ (иными словами, кривая разряда) зависит от значения напряжения, до которого данная АКБ разряжается. Это также следует учитывать при выборе АКБ.

Импульсные и линейные источники питания в ИБП DC

Чаще всего в ИБП DC применяются выпрямители с высокочастотным преобразованием (импульсные источники питания), пульсации на выходе которых довольно велики. Иногда значения таких пульсаций нормируются ведомственными документами. В частности, пульсации нормируются в отрасли связи, поэтому ИБП DC, предназначенные для телекома, должны соответствовать определенным нормативам. Там где большие пульсации особенно не желательны, например, при питании некоторых категорий видеокамер, применяются ИБП на базе выпрямителей, построенных по линейной схеме (линейные источники питания).

Охлаждение

ИБП DC производятся как с естественным охлаждением (без встроенных вентиляторов), так и с принудительным охлаждением. В последнем случае вентиляторы встраиваются либо в выпрямительные модули, либо в корзины, в которых эти модули установлены. У каждого варианта охлаждения есть свои достоинства и недостатки, а выбор ИБП по варианту охлаждения зависит от площади, выделенной под ИБП; запыленности помещения и т. д.

Наличие контроллера

Для отраслей энергетики и телекоммуникаций, как правило, используются ИБП DC, оснащенные многофункциональными контроллерами, обеспечивающими возможность расширенной настройки различных параметров (например, параметров заряда и защиты АКБ), а также возможность локального и удаленного мониторинга ИБП, аккумуляторной батареи или всего объекта в целом. Часто в таких ИБП имеются датчики температуры АКБ, обеспечивающие оптимальный процесс заряда АКБ для продления их реального срока службы.

Использование дополнительных инверторов

Часто, при наличии на объекте мощного ИБП DC, работающего в комплекте с АКБ большой емкости, возникает необходимость запитать нагрузку переменным напряжением 220 или 380 В. Одним из вариантов решения такой задачи является установка на выходе ИБП инверторов — преобразователей постоянного напряжения в переменное.

Следует учитывать, что в этом случае диапазон входного напряжения инвертора должен быть не уже диапазона выходного напряжения ИБП. Экономить на инверторах рискованно. Как правило, дешевые модели имеют большую амплитуду пульсаций потребляемого тока, что приводит к существенному сокращению службы АКБ. Помните об этом.

© Леонид Сохор (ООО «Новые энергетические технологии»)

sokhor@newet.ru