Расчет бесперебойника. Как рассчитать время автономной работы ИБП

Для расчета времени автономной работы источника бесперебойного питания ИБП можно пользоваться усредненными данными для ИБП большинства производителей. Например при нагрузке ИБП 100% - время автономии составляет 4...8 минут, 75% - 7...12 минут, 50% - 12...20 минут. Или специальными таблицами в которых указывается время автономной работы источника бесперебойного питания ИБП для различных величин мощности в нагрузке и емкости встроенных аккумуляторных батарей АКБ. Важно учитывать, что значения времени автономной работы указываемые производителем, являются оценочными и не являются основанием для возникновения обязательств поставщика или рекламаций покупателя. Следует помнить, что производители источников бесперебойного питания ИБП указывают значения мощности ИБП, емкости аккумуляторных батарей и времени автономной работы для работы при температуре 20...25С. Именно такая температура является оптимальной для работы ИБП и АКБ. Но реальные условия эксплуатации источников бесперебойного питания ИБП отличаются от идеальных.

Определение точного времени автономии ИБП не простая задача, учитывающая множество параметров, которые различны для каждого случая расчета. Упрощенно-приблизительно время автономной работы источника бесперебойного питания ИБП при работе от аккумуляторной батареи АКБ можно рассчитать по формуле:

Т= E * U / P (час.)

Е - емкость аккумуляторной батареи АКБ (Ачас.)

U - напряжение аккумуляторной батареи (В)

P - мощность нагрузки ИБП (Вт)

Если техническое задание покупателя допускает погрешности во время работы источника бесперебойного питания ИБП, то можно производить расчет по такой формуле.

При перебоях в подаче напряжения электропитания на ответственную нагрузку требуется обеспечение ее автономной работы. Использование в схеме электропитания ИБП (источников бесперебойного питания) позволяет решить эту задачу. Время автономной работы ИБП является основным показателем при выборе таких устройств для конкретного оборудования. Время автономной работы ИБП зависит от мощности нагрузки и емкости аккумуляторных батарей АКБ. К ответственным потребителям можно отнести серверы, схемы управления отопительными котлами, сложное лабораторное оборудование для проведения циклических исследований, медицинское оборудование для систем обеспечения жизнедеятельности. Для более точного расчета времени автономной работы источника бесперебойного питания ИБП при работе от аккумуляторных батарей АКБ для ответственных потребителей, формула для расчета должна учитывать коэффициент полезного действия КПД инвертора (обычно это значение 0,75...0,8), количество АКБ в батарее, степень износа АКБ, глубину разряда АКБ (0,8...0,9. Аккумуляторные батареи снижают свою емкость до 5% на каждый градус превышения температуры после 40С.) , коэффициент доступной емкости аккумуляторной батареи (он определяется из соотношения значений емкости в режиме разряда АКБ и температуры окружающей среды), температуру окружающей среды (при повышении окружающей температуры выше 25С необходимо снизить мощность нагрузки ИБП на 20% для каждых 10С превышения температуры.).

При выборе источника бесперебойного питания лучше покупать ИБП с дополнительными возможностями , например с возможностью подключения стабилизатора, дополнительных зарядных плат. Такая конфигурация ИБП позволит сэкономить в будущем при увеличении мощности нагрузки.

Расчет индивидуальной конфигурации источника бесперебойного питания ИБП лучше отдать специалистам.

Немного теории

Для расчета времени работы источника бесперебойного питания (ИБП) с какой-либо нагрузкой, нужно знать емкость аккумулятора, которая выражается в ампер-часах (А*ч). Однако, в характеристиках ИБП обычно пишут не ампер-часы, а воль-амперы (В*А), то есть пишут мощность. Но это не просто мощность, а идеальная выходная мощность, придуманная маркеторогами. Ключевое слово здесь - "идеальная". То есть такая, которой в реальном мире не может быть. Обозначим ее как Pideal .

Более честные производители указывают эффективную мощность, которая традиционно выражается в ваттах. Обозначим ее как Peffective . Эффективная мощность получается из идеальной путем умножения на коэффициент мощности:

Peffective = k * Pideal

Чему же равен коэффициент мощности k ? В ИБП на выходе устанавливается инвертор, который преобразует 12В, выдаваемых аккумулятором, в 220В, требуемых для питания подключенных устройств. Так как выдаваемый ток переменный, то потеря мощности составляет 1/sqrt(2)=0.70. Плюс исключаем из этой мощности питание самой схемы бесперебойника, и получим коэффициент примерно равный 0.6.

Например, обычный офисный бесперебойник APC Smart UPS 500 имеет мощность 500 В*А. Эта та идеальная мощность, которую может обеспечить аккумуляторная батарея, установленная внутри ИБП. Эффективная мощность, согласно нашей формуле и коэффициенту, будет всего лишь 0.6 от идеальной, т. е. 300 Вт.

Теперь вопрос. Почему мы вначале писали вольт-амперы, а потом стали писать ватты? И то и то является единицей измерения мощности. Традиционно, в вольт-амперах пишут идеальную мощность, а в ваттах - эффективную мощность. Но это величины одной и той же размерности.

Вычислении времени работы устройства

Теперь поймем, как вычислять время работы устройства, запитанного от ИБП. Например, у нас есть управляемый роутер Cisco, который потребляет 50 Вт. Что значит потребляет 50 Вт? Это значит, что в час он для своей работы потратит 50 Вт мощности. То есть, на самом деле, надо бы писать 50 Вт/ч. Обозначим эту величину как Dpower (power demand - расход мощности).

У нас ИБП имеет запас эффективной мощности всего 300 Вт. Это значит, что если оборудование потребляет 50 Вт/ч, то хватит нашего ИБП на:

300 Вт / 50 Вт/ч = 6 ч

То есть, формула для расчета времени будет такой:

T = Peffective / Dpower

То есть, если Dpower будет в размерности Вт/ч, то время получится в часах.

И в заключение, немного бреда

Глядя на размерности мощности (вольт*ампер), вспоминаем из школьного курса физики формулу электрической мощности:

P = U*I

Где:

• P - это мощность батареи, выражается в вольт-амперах (В*А),
• V - это напряжение батареи, выражается в вольтах (В),
• I - это сила тока, генерируемая батареей, выражается в амперах (А).

Теперь, зная что в бесперебойниках обычно стоят аккумуляторы с напряжением 12В, Мы можем узнать силу тока, которую способен дать аккумулятор:

I = P/U = 500/12 = 41,6 А

Ох, нифига себе, 41,6 А! Это что же за ток такой? Это нормальный ток. Просто это ток короткого замыкания, когда нет никакого сопротивления, причем ток, расчитанный исходя из идеальной мощности. Но вы же не будете коротить аккумулятор, вы же будете подключать к ИБП нагрузку.

Чтобы выполнить расчет времени работы блока бесперебойного питания в автономном режиме, воспользуйтесь усредненными показателями для большинства ИБП. К примеру, время автономной работы при полной нагрузке составляет от 4 до 8 минут, в соответствии, с уменьшением нагрузки этот период увеличивается в той же прогрессии. А можно избежать расчетов и использовать специальные таблицы, в которых определена временная шкала для всех типов ИБП с разбивкой по величинам мощности в нагрузках и емкости встроенных АКБ. При этом следует понимать, что указаны только усредненные данные, которые рассчитаны производителями в качестве оценочных.

В частности, временные параметры приводятся для наиболее идеальных условий работы ИБП, в том числе и в температурном режиме 20-25°С. Но в реальности условия эксплуатации могут значительно отличаться, что также отражается на эффективности работы аккумуляторов источников бесперебойного питания.

Чтобы максимально точно определить временной период автономии АКБ и ИБП, необходимо учесть множество параметров, которые различаются в каждом конкретном случае. Следует использовать специальную формулу, чтобы получить данные по упрощенно-приблизительному времени автономной работы ИБП от аккумуляторных батарей:

Е - показатель емкости АКБ (Ач)

U - показатель напряжения аккумулятора (В)

P - показатель мощности установки нагрузки ИБП (Вт)

Время автономной работы ИБП зависит во многом от уровня его мощности и объема аккумуляторной батареи. К наиболее требовательным нагрузкам относятся управляющие схемы для котлов отопления, для сервера, сложнейшего оборудования лабораторий по проведению циклических экспериментов, а также различного медицинского оборудования. К слову, именно сочетание этих двух характеристик позволяет гибко приспосабливать данное оборудование к самым разнообразным условиям за счет существования моделей с различным их соотношением.

Здесь можно наглядно оценить многообразие моделей

Важно! Чтобы выполнить наиболее грамотные расчеты автономной работы ИБП от аккумуляторных батарей для таких потребителей в вышеназванной формуле следует сделать скидку для:

• КПД инвертора, значение которого варьируется в диапазоне 0,75 - 0,8,
• количества аккумуляторов в одном устройстве
• степени изношенности АКБ
• глубины разряда - 0,8 - 0,9

Кроме того, емкость также снижается в зависимости от увеличения температуры в помещении – 1 градус после 40°С – на 5%. Специалисты рекомендуют вообще после 25°С снижать мощность нагрузки источника бесперебойного питания на 20% для каждых десяти последующих пунктов температуры.

Чтобы иметь возможность пользоваться ИБП как можно дольше, рекомендуется в выборе устройства обращать внимание на его дополнительные функции. В частности, подключение дополнительных зарядных плат или стабилизатора. В результате использования таких возможностей вы сможете значительно увеличить работоспособность ИБП, что даст в будущем неплохую экономию. При этом лучше доверить специалистам выполнять индивидуальный расчет параметров конфигурации ИБП.

Номинальная мощность источника бесперебойного питания – это один из самых важных технических параметров, который необходимо учитывать при выборе ИБП. Неправильный расчет мощности ИБП, как минимум, приведет к тому, что источник бесперебойного питания будет постоянно перегружаться, а значит, не сможет выполнять свое основное назначение – защищать оборудование. В худшем случае при значительной перегрузке ИБП может сам стать причиной сбоя в энергоснабжении ответственной нагрузки.

Расчет мощности ИБП. Теория.

Номинальная мощность источника бесперебойного питания определяется исходя из мощности подключенной к нему нагрузки. Здесь под нагрузкой мы понимаем суммарную мощность всех электроприборов, которые планируется подключить к ИБП . Следовательно, нужно правильно рассчитать мощность нагрузки и на основании расчета выбрать источник бесперебойного питания. Важное уточнение – при расчете следует исходить как из полной, так и из активной мощности нагрузки. Вспомним некоторые данные из курса школьной физики.

Полная мощность (единица измерения ВА, VA – вольт-ампер) это вся мощность, потребляемая нагрузкой. Полная мощность состоит из двух составляющих – активной мощности (единица измерения Вт, W – Ватт) и реактивной мощности (единица измерения var, вар – вольт-ампер реактивный). Как правило, подавляющее большинство нагрузок имеют как активную, так и реактивную составляющие.

– нагрузка, в которой вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. Реактивная составляющая у такой нагрузки настолько мала, что ей можно пренебречь. К активным нагрузкам относятся различные нагревательные приборы (обогреватели, ТЭНы и т.д.), лампы накаливания, утюги и электроплиты. Как правило, производитель электроприборов указывает мощность такой нагрузки в Ваттах.

– все прочие нагрузки. Реактивная нагрузка может носить индуктивный или емкостной характер. Типичным представителем нагрузки с реактивной составляющей, имеющей индуктивный характер, является электродвигатель. Полная мощность электродвигателя P и активная мощность P a связаны между собой коэффициентом cos φ.

Значение cos φ обычно указывается в техническом паспорте изделия.

Расчет мощности ИБП. Методика.

Чаще всего производители источников бесперебойного питания в технической спецификации на оборудование указывают полную и активную мощность ИБП. Реже можно встретить указание на полную мощность и значение выходного коэффициента мощности. В последнем случае активную мощность ИБП можно рассчитать по формуле

Здесь
P – полная мощность ИБП
P а – активная мощность ИБП
P F – коэффициент мощности по выходу (указывается в технической спецификации на источник бесперебойного питания)

Для того чтобы подобрать по мощности необходимую модель источника бесперебойного питания нужно рассчитать суммарную мощность электроприборов, которые планируется подключить к ИБП. Расчет следует проводить как для активной, так и для полной мощности нагрузки, то есть в итоге у вас должно получиться две цифры – полная мощность нагрузки (в вольт-амперах) и активная мощность нагрузки (в ваттах). Алгоритм расчета приблизительно следующий

1. Составьте список электрооборудования, которое планируете подключить к ИБП.

2. Определите полную мощность каждого устройства одним из следующих способов

• Полная мощность указывается производителем в паспорте на прибор.
• Если в паспорте указана активная мощность оборудования, то рассчитайте полную мощность по формуле, приведенной ниже.

Здесь
P – полная мощность устройства
P а – активная мощность устройства
cos φ – коэффициент мощности (указывается в паспорте устройства). Если cos φ в паспорте не указан, то для расчета исходим из того, что cos φ = 0,7. Для активной нагрузки (обогреватели, лампы накаливания и т.д.) cos φ = 1.

3. Важное замечание. Если вы планируете подключить к ИБП электродвигатель либо электроприбор, в состав которого входит электродвигатель, то при расчете мощности нужно обязательно учитывать пусковые токи. Любой электродвигатель в момент включения потребляет значительно больше мощности, чем в номинальном режиме работы. Поэтому чтобы избежать перегрузки источника бесперебойного питания, паспортное значение мощности устройства нужно умножить как минимум на 5, а лучше на 7.

4. Для получения значения полной мощности вашей нагрузки просуммируйте полученные данные по всем устройствам.

5. Аналогично рассчитайте активную мощность вашей нагрузки. Для расчета активной мощности используйте следующую формулу.

Расчет мощности. Правило выбора ИБП по мощности

Итак, мы получали два значения мощности нашей нагрузки – полную мощность и активную мощность. Основное правило выбора ИБП по мощности заключается в следующем: номинальная мощность источника бесперебойного питания должна быть на 25% больше чем мощность вашей нагрузки. Причем правило это должно работать как для полной мощности ИБП, так и для активной мощности. Разумеется, можно подобрать ИБП, номинальная мощность которого равна или немного больше мощности нагрузки. Такой вариант допустим, и будет работать, однако срок службы нагруженного на 100% ИБП будет существенно (в разы) меньше, чем срок службы ИБП, нагрузка которого не превышает 80% от номинальной.

Расчет мощности ИБП. Приблизительная мощность некоторых электроприборов

Ниже приведены ориентировочные значения потребления электроэнергии различными бытовыми электроприборами.

Бытовая техника.

Телевизор – 80 Вт.
Стиральная машина – 500…2000 Вт.
Холодильник – 1000 Вт.
Микроволновая печь – 1000 Вт.
Электрочайник – 2000 Вт.
Электрическая плита – 1000…2000 Вт.
Пылесос – 200…3000 Вт.
Утюг – 400…2000 Вт.
Лампа накаливания бытовая – 25…75 Вт.
Лампа люминесцентная бытовая – 5…30 Вт.

Компьютерная техника.

Сетевой роутер, хаб – 10…20 Вт.
Системный блок персонального компьютера – 200…1000 Вт.
Системный блок сервера – 300…1500 Вт.
Монитор ЭЛТ – 15…200 Вт.
Монитор ЖК – 20…60 Вт.

Является неотъемлемым залогом надёжности системы электроснабжения. Параметры ИБП должны быть строго сопоставимы с нагрузкой, которая будет подключена к ИБП. Иначе источник бесперебойного питания не принесёт желаемой пользы, а деньги будут потрачены напрасно.

Как рассчитать бесперебойник? Для этого необходимо учесть ряд параметров, ключевым из которых является мощность. Если вы купите ИБП, обладающий мощностью меньшей в сравнении с нагрузкой, то он просто не будет работать. Чтобы достаточно точно посчитать мощность необходимо вспомнить немного физики.

Коэффициент мощности нагрузки или по-другому Power Factor имеет очень важное значение при расчете мощности бесперебойника. Эта цифра показывает какую долю мощности реально потребляет нагрузка, то есть активная мощность. Если рассматривать нагрузку как идеальное сопротивление, то в этом случае значение коэффициента будет равно единице, что является максимальным значением. Конденсаторы и катушки не являются потребителями мощности, поэтому для них значение коэффициента равно нулю. В оборудовании возможно преобладание как емкостной, так и индуктивной составляющей.

К оборудованию с ёмкостной составляющей относятся компьютеры и серверы. Индуктивная составляющая присутствует в устройствах с электродвигателями, это может быть насос, кондиционер и т. п. Эта информация необходима в том случае, когда ИБП будет защищать оборудование разного типа, так как у первых коэффициент мощности стремится к единице, а у вторых находится в интервале от 0,8 до 0,9. В таком случае необходимо найти средний коэффициент мощности, чтобы получить точный результат.

Как рассчитать мощность ИБП, зная коэффициент мощности нагрузки? Чтобы вычислить мощность необходимо перемножить номинальную мощность ИБП на коэффициент мощности. В результате операции получается число, которое показывает максимальную активную мощность, которую сможет обслуживать источник бесперебойного питания. Например, мощность ИБП составляет 100 кВА, а коэффициент мощности нагрузки равен 0,9. В таком случае активная мощность нагрузки составит 90 кВт. Суммарная мощность нагрузки не должна превышать 90 кВт, а лучше если она будет несколько меньше.

Таких сложностей при расчёте мощности можно избежать, если использовать в качестве показателя выходной мощности бесперебойника. В таком случае расчет источника бесперебойного питания будет выполнен без ошибок. Большая ошибка сопоставлять мощности, выраженные в вольт-амперах и ваттах, так как величины значимо отличаются.

Также следует учитывать то, что потребляемая техникой мощность может быть несколько ниже номинальной. Такое может быть в самых различных случаях. Например, если рассматривать компьютеры, то их мощность в большинстве случаев определяется по мощности блока питания. Но не во всех случаях такой алгоритм расчёта является верным. Так, например, на компьютере может установлен блок питания, имеющий мощность 450 Вт, но суммарная мощность компонентов компьютера всего 120 Вт. Таких особенностей может быть очень много и их нужно учесть, выполняя расчет бесперебойника.

Другая ситуация, которую нужно учесть, чтобы произвести расчет работы ИБП связана с холодильником. Например, он может иметь мощность в 250 Вт, но стоит учитывать, что работает холодильник не постоянно, а только через некоторые промежутки времени. В таком случае необходимо узнать годовое потребление электроэнергии. В расчётах необходимо использовать это значение, делённое на 9. Следует заметить, что мощность нагрузки необходимо считать в ваттах.

На некоторых сайтах можно встретить расчет мощности ИБП онлайн, но они не могут выдать точных данных, потому что не учитывают подобных нюансов. Если же вы всё-таки решитесь воспользоваться подобными сервисами, то в добавок к полученному результату необходимо добавить порядка 20%. Немаловажно задуматься о перспективе роста мощности нагрузки. При росте нагрузки в будущем, лучше сразу приобрести более мощный ИБП. Аналогичная ситуация обстоит с сервисами, которые позволяют произвести расчет времени работы ИБП онлайн.

Расчёт АКБ

Если требуется расчет емкости ИБП для заданной мощности и времени работы, то применяется простая формула:

Емкость= 100*время*мощность нагрузки

Время автономной работы выражается в часах, а мощность нагрузки в киловаттах. Обращаем ещё раз внимание, что мощность выражается не в вольтамперах. Например, источник бесперебойного питания защищает компьютер с мощностью 500 Вт (0,5 кВт). Источник бесперебойного питания должен обеспечить время работы равное 2 часам. При таких условиях формула, позволяющая произвести расчет емкости батарей для ИБП приобретает следующий вид:

100*0,5кВт*8ч=400 Ач

Таким образом для нагрузки с мощностью 500 Вт для обеспечения работы в течение 8 часов необходима ёмкость аккумуляторов равная 400 Ач. Такой расчет емкости аккумулятора для ИБП применим для АКБ с напряжением 12 В. Кроме того, нужно учесть, что формула пригодна для длительного времени работы от аккумулятора, а именно порядка 9-10 часов. Это обусловлено тем, что зависимость ёмкости аккумулятора от времени заряда не имеет линейный характер на всём протяжении.

Если время работы меньше, то необходимо вводить поправки. Это связано с тем, что при маленьком времени ток разряда большой и аккумулятор отдаёт нагрузке только некоторую часть своей ёмкости. Так, если необходимо время работы в 30 минут, то результат надо поделить на два, для 2 часов уменьшить на 40%, для 4 часов – 30%, для 6 часов – 40%. Чтобы определить точно значение необходимо использовать точное значение КПД инвертора, который установлен на ИБП и сопоставить данные с кривого разряда определённого типа аккумуляторов.

После того, как найдена суммарная ёмкость, необходимо выполнить расчет количества аккумуляторных батарей для ИБП. Чтобы его выполнить нужно суммарную ёмкость разделить на ёмкость одного аккумулятора. В нашем случае суммарная ёмкость составила 400 Ач. Предположим, что ёмкость одного аккумулятора равна 50 Ач. В таком случае нам понадобится 8 таких аккумуляторных батарей.

Время работы

Многих пользователей интересует время работы, которое сможет обеспечить тот или иной бесперебойник. Как рассчитать время работы бесперебойника? Для этого необходимо знать мощность подключенной нагрузки к ИБП, коэффициент полезного действия инвертора и суммарную ёмкость АКБ.

Суммарный расчет аккумуляторных батарей для ИБП производится крайне просто. В большинстве случаев источники бесперебойного питания содержат в себе типовые аккумуляторы. Чтобы выполнить суммарный расчет батарей для ИБП нужно умножить их количество на ёмкость одной аккумуляторной батареи.

Чтобы расчет времени автономной работы ИБП КПД инвертора рекомендовано принимать равным 0,85. Суммарная мощность нагрузки должна быть выражена в ваттах. О том, как её найти мы говорили в начале статьи.

Расчет времени работы ИБП проводится по следующей формуле:

Время=суммарная ёмкость акб*напряжение акб*(КПД инвертора/мощность нагрузки)

Полученное значение является приближённым и может меняться в процессе срока службы источника бесперебойного питания. Расчет времени ИБП является приближённым, так как время зависит от износа АКБ и условий эксплуатации, в основном от температуры воздуха. Так, например, рост температуры на один градус после отметки 40°C снижает ёмкость аккумулятора на 5%, что является очень существенным. Для максимального срока службы рекомендовано понижать нагрузку на бесперебойник на каждые 10 градусов после 25°C на 20%. Или же можно организовать хорошую систему охлаждения и не допускать вообще какого-либо роста температуры, за что источник бесперебойного будет только благодарен.

Если подобные расчёты для вас являются непонятными, то вы можете обратится к специалистам в этой области или же использовать специальный калькулятор - программа расчета ИБП. Однако, в этом случае необходимо использовать проверенный софт, созданный профессионалами, чтобы избежать ошибок и неверного выбора ИБП. Плюсом таких программ является расчет . При расчёте можно выбрать тип сердечника у трансформатора. При вычислениях учитываются потери, которые возможны в сердечнике и медных проводах.

Возможны случаи, когда нет необходимости в абсолютно точных данных. В таком случае можно воспользоваться специальными таблицами, в которых приведено время автономной работы для различных видов источников бесперебойного питания. Данные таблицы включают в себя время работы в зависимости от ёмкости аккумуляторных батарей и суммарной мощности нагрузки. Таким образом, вы можете сопоставить свои данные с табличными и узнать примерное время.

Зная то, как рассчитать ИБП можно сделать наиболее правильный выбор ИБП. Теперь вы знаете, что время автономной работы зависит не от мощности ИБП или от суммарного напряжения АКБ, а от ёмкости аккумуляторов. Поэтому при выборе ИБП нужно отдавать предпочтение с большей ёмкостью аккумуляторов при соответствии с заданной мощностью. Такой выбор позволит обеспечить максимальную автономность.

Написать письмо

По любому вопросу вы можете воспользоваться данной формой.