Практика показывает, что характерными признаками необходимости дополнительных мер защиты оборудования являются:
ограниченная мощность ввода и старая разводка в зданиях старой постройки;
расположение здания недалеко от строительных площадок и маршрутов электротранспорта;
наличие в зданиях мощного индустриального оборудования;
расположение оборудования в сельских районах удаленных от местных подстанций;
расположение оборудования в зоне с повышенной грозовой активностью.
Наиболее простым средством защиты электроприборов потребителя является комбинированное устройство, содержащее фильтр и устройство защиты от перенапряжения в сети. Следует отметить, что фильтр -- устройство симметричное, он подавляет помехи поступающие как из сети, так и от потребителя. Фильтр предназначен для подавления бросков напряжения ограниченной мощности и шумов общего вида.
Степень защиты нагрузки определяется временем срабатывания, диапазоном подавляемых частот, степенью подавления и максимальной энергией подавляемого выброса.
Стабилизаторы напряжения выдерживают в задаваемых пределах только амплитудные значения напряжения. Их следует использовать в тех случаях, когда применение источников бесперебойного питания экономически нецелесообразно. Стабилизатор увеличивает срок службы Ваших приборов и делает их более экономичными.
Название инверторов определяется их функциональным назначением -- способностью преобразовывать постоянный ток в переменный. Их используют как мобильные источники сетевого напряжения в автономных условиях, а в стационарных -- в качестве узлов резервных источников электропитания.
Логическим дополнением электрических сетей являются системы бесперебойного электропитания. Они содержат: фильтры, стабилизаторы, инверторы, аккумуляторные батареи, устройства коммутации и пр.
Устройство, называемое источником бесперебойного электропитания (UPS -- Uninterruptible Power Systems (Supplies)) может обеспечивать электроэнергией целое здание или домашний компьютер. Поэтому их разделяют на источники малой (до единиц киловатт), средней (от единиц до десятков киловатт) и большой мощности (до нескольких мегаватт).
ИБП подключается к сети переменного тока обычного качества и выполняет две функции:
улучшения качества электрического питания;
резервного источника питания.
Больше всего мифов о наилучших принципах работы ИБП распространено продавцами и дистрибьютерами. Нормативные документы, в частности, европейские стандарты EN50091-1 и EN50091-2 не дают определений принципов работы ИБП. Нормируются основные параметры, при соблюдении которых прибор будет соответствовать выбранному стандарту.
Следовательно, определение и классификация принципов работы ИБП предложенная фирмой-изготовителем или дистрибьютером вряд ли может служить критерием выбора того или иного устройства.
Все выпускаемые в мире ИБП по архитектуре построения можно разделить на два класса:
Off-Line (Standby) -- резервные источники;
On-Line (Double conversion) -- источники с двойным преобразованием.
3.1.1. РЕЗЕРВНЫЕ ИБП (OFF-LINE)
Принцип построения резервных Off-Line систем основан на том, что нагрузка изначально подключена к сети (рис. p016). В случае отключения или отклонения параметров сетевого напряжения от заданных, нагрузка переключается и запитывается от инвертора использующего энергию аккумуляторных батарей. Время старта инвертора и переключения нагрузки обычно не превышает 4-х миллисекунд.
Самый большой недостаток Off-Line источников -непосредственное подключение нагрузки к сети. При этом помехи беспрепятственно попадают в нагрузку. Мощность таких источников находиться в пределах от 250 до 2000 BA.
Резервные источники Off-Line получили широкое распространение на нашем рынке благодаря низкой стоимости, простоте эксплуатации, наличию удобного и несложного программного интерфейса и маркетинговой политике известной APC (American Power Conversion).
Интерактивные источники (Line-Interactive)
Разновидностью Off-Line ИБП являются так называемые интерактивные источники бесперебойного питания. Они получили широкое распространение. Отличительными признаками этих моделей (рис. p017) являются:
фильтры;
стабилизатор напряжения;
входной переключатель;
автотрансформатор.
В них усовершенствован инвертор и более развит процессор управления. Инвертор вместо ступенчатого формирует напряжение синусоидальной формы. Наиболее совершенные модели позволяют корректировать амплитуду и форму выходного напряжения.
Дополнительно может устанавливаться разделительный трансформатор, осуществляющий гальваническую развязку нагрузки от сети. Функция переключения обмоток автотрансформатора позволила расширить диапазон входного напряжения ИБП до 165...275 В (функция переключения -- повышение пониженного напряжения (+40В) и понижение повышенного (-40В) переключением обмоток автотрансформатора).
Интерактивные источники могут иметь два режима -стандартный (Off-Line) и режим переключения. В них может применяться реверсивный инвертор (рис. p018), работающий в "горячем" резерве, т.е. работающий в нормальном режиме на заряд батарей, а в аварийном -- на разряд.
Все эти нововведения увеличивают стоимость ИБП, но суть его остается та же -- в нормальном режиме ваша нагрузка подключена к сети.
Обобщенные характеристики Off-Line и Line-Interactive источников представлены в табл. t004. В заключение отметим достоинства и недостатки Off-Line источников.
Достоинства:
простота исполнения;
малый вес и габариты;
низкая стоимость;
низкие эксплуатационные расходы;
высокий КПД.
Недостатки:
инвертор не рассчитан на длительную работу;
псевдосинусоидальный выход (кроме Line-Interactive);
фиксированное, малое "окно" по входному напряжению;
неустойчивая работа в нестабильных сетях;
как правило, отсутствие возможности существенно увеличить время автономной работы за счет дополнительных батарей;
отсутствие возможности улучшения параметров входного напряжения (кроме Line-Interactive);
не работают в условиях ухода частоты сетевого напряжения и от дизель-генератора;
не рассчитаны на работу с большими мощностями;
отличное от нуля время переключения на батареи в случае аварии сети;
слабые возможности по управлению мощностью и нагрузкой.
При выборе ИБП отличительным признаком Off-Line режима является равенство допусков на входную и выходную частоты питающего напряжения. Если допуск по частоте на входе ИБП такой же, как и на выходе -- нагрузка подключена непосредственно к сети.
3.1.2. ИБП С ДВОЙНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ (ON-LINE)
On-Line системы -- это системы генерирующие собственное, стабильное по амплитуде и частоте, синусоидальное напряжение. Они работают по принципу двойного преобразования напряжения: переменное -- постоянное -- переменное (рис. p019).
Входное напряжение от сети переменного тока подается на выпрямитель, где оно преобразуется в напряжение постоянного тока. Это напряжение питает инвертор, а часть энергии используется для заряда батарей. Постоянно работающий инвертор генерирует стабильное напряжение, параметры которого никак не связаны с параметрами входного.
ИБП архитектуры On-Line позволяет:
исключить амплитудные и частотные искажения;
работать в слабых и нестабильных сетях;
эффективно подавлять импульсные помехи.
При пропадании входного напряжения происходит переход на питание инвертора от батарей с нулевым временем переключения без скачка амплитуды и фазы выходного напряжения. Таким образом, On-Line ИБП представляет собой станцию эталонного синусоидального напряжения.
Выходная форма напряжения формируется самим источником и никоим образом не связана с формой напряжения в сети общего назначения. Благодаря минимум двойному преобразованию обеспечивается высокая изоляция выходного напряжения от влияния внешней сети и наоборот, что существенно для защиты информации от несанкционированного доступа со стороны сети общего назначения.
