Некачественное электропитание крайне отрицательно воздействует на технику: сильные всплески напряжения способны вывести из строя блоки питания и микросхемы, а систематические проблемы с электроэнергией вызывают преждевременное старение аппаратуры. А согласно исследованиям американской консалтинговой компании Contingency Planning причиной потери данных в 45% случаях является некачественное электропитание. Избежать таких неприятностей поможет источник бесперебойного питания (ИБП).

Итак, установка источника бесперебойного питания необходима для предотвращения повреждений оборудования и сбоев в работе систем. Первоочередной задачей ИБП прежде всего считается обеспечение нормального, корректного завершения работы при неожиданном отключении электроэнергии. Однако, в идеале ИБП должен защитить технику от всех типов перебоев в электрических сетях, основные из которых приведены ниже.

Виды электропомех

Давайте разберемся, какие неполадки в электросети происходят наиболее часто и чем они обычно бывают вызваны:

• Импульс напряжения – резкое изменение напряжение, за которым следует восстановление до обычного уровня за время до 10 мсек. Причина импульсов – лифты, кондиционеры, промышленное оборудование, сварка, молнии и т.д. Амплитуда импульсов может достигать 2000 В.
• Провал напряжения – внезапное значительное понижение напряжения с восстановлением за время от нескольких периодов до десятков секунд. Причина – ограниченная мощность подстанции (особенно в зимнее время), пуск и работа мощного оборудования. Типичное проявление – мерцание лампочек.
• Кратковременное пропадание напряжения – исчезновение напряжения длительностью менее 20 мсек. Причина – пусковые токи ксероксов, лазерных принтеров, мощных электромоторов и т.д. Такие пропадания напряжения не заметны для глаза.
• Радиочастотный шум – высокочастотные составляющие напряжения, вызванные подключением нагрузки, генераторами, промышленным оборудованием и радиопередатчиками.
• Долговременное пропадание напряжения – исчезновение напряжения длительностью от 20 мсек до нескольких часов. Причина – отключение линий от подстанции из-за перегрузки, неблагоприятных погодных условий, физических повреждений.
• Выбег частоты – кратковременные изменения частоты при подключении мощного оборудования.

Для сведения: согласно результатам исследования, проведенного компаниями Bell Labs и IBM, каждый персональный компьютер ежемесячно подвергается воздействию около 120 нештатных ситуаций, связанных с проблемами электропитания.

Функции UPS

Теперь разберемся, какие же основные функции способен выполнять ИБП:

• Поглощение сpавнительно малых и кpатковpеменных выбpосов напpяжения;
• Фильтpация питающего напpяжения, снижение уpовня шумов;
• Обеспечение pезеpвного электpопитания нагpузки в течение некотоpого вpемени после пpопадания напpяжения в сети;
• Защита от пеpегpузки и коpоткого замыкания.

Дополнительно к этому многие модели UPS под упpавлением специализиpованного пpогpаммного обеспечения могут выполнять следующие функции:

• Автоматический shutdown обслуживаемого обоpудования пpи пpодолжительном отсутствии напpяжения в сети, а также пеpезапуск обоpудования пpи восстановлении сетевого питания;
• Монитоpинг и запись в log-файл состояния источника питания (темпеpатуpа, уpовень заpяда батаpей и дpугие паpаметpы);
• Отобpажение уpовня напpяжения и частоты пеpеменного тока в питающей электpосети, выходного питающего напpяжения и мощности, потpебляемой нагpузкой;
• Отслеживание аваpийных ситуаций и выдачу пpедупpеждающих сигналов (звуковые сигналы, запуск внешних пpогpамм и т.п.);
• Включение и выключение нагpузки по внутpеннему таймеpу в заданное вpемя.

Типы ИБП

По своему принципу действия ИБП делятся на три основных семейства.

Резервные ИБП (off-line) – эти ИБП служат для резервирования источника основного электроснабжения (электросети) на случай аварии (отключения или понижения/повышения напряжения выше установленной величины). Если это происходит, срабатывает переключатель, и нагрузка переходит на резервное питание от инвертора, питающегося от батарей. В штатном режиме питание нагрузки осуществляется напрямую от электросети, как правило, через помехоподавляющий фильтр. Другие названия резервных ИБП: stand-by, backup, in-line.
Достоинства резервных ИБП: простота и, следовательно, дешевизна; высокий КПД и, следовательно, низкие эксплуатационные расходы. Недостатки резервных ИБП: отсутствие стабилизации напряжения и частоты в штатном режиме; большое время переключения на питание от батарей (несколько мсек) и, следовательно, кратковременного пропадания или выброса напряжения на нагрузке; потеря фазы при переключении.
В целом ИБП этого класса можно характеризовать как компромисс между приемлемым уровнем защиты от неполадок в электросети и ценой. Мощность выпускаемых устройств колеблется от 220 до 2000 В.А.

Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive) – в штатном режиме снабжают нагрузку напряжением от основной электросети, в некоторой степени регулируя напряжение (автотрансформатор), а при аварии в основной электросети нагрузка синхронно переключается на инвертор.
По принципу работы линейно-интерактивные ИБП схожи с резервными ИБП, – они также служат для резервирования основного источника электроснабжения, «туша» небольшие всплески напряжения и сглаживая помехи. Вместе с тем они обладают рядом существенных различий. Так, инвертор ИБП включен параллельно электросети и работает в двустороннем режиме: осуществляет мониторинг линии электропитания и в определенных пределах обеспечивает регулирование и стабилизацию выходного напряжения ИБП, а также производит заряд батарей. Кроме этого многие производители устанавливают в ИБП этого класса дополнительные узлы (феррорезонансные трансформаторы или автотрансформаторы), позволяющие расширить диапазон входного напряжения, при котором напряжение на выходе поддерживается на приемлемом уровне без перехода на питание от батарей.
Достоинства линейно-интерактивных ИБП: достаточно высокий КПД и более надежная по сравнению с резервными ИБП защита электропитания подключенной нагрузки.
Недостатки линейно-интерактивных ИБП: нестабильность выходного напряжения в штатном режиме, зависящая от диапазона входного напряжения; отсутствие стабилизации частоты в штатном режиме; отсутствие изоляции нагрузки от электросети; неэффективность при работе на нагрузку с высокой степенью нелинейности; проникновение импульсов и шумов из основной сети на нагрузку; низкая информационная безопасность (возможность несанкционированного доступа к оборудованию по питающим линиям).

Отдельно стоит сказать о технологии, известной как «дельта-преобразование напряжения». Благодаря усовершенствованной обратной связи напряжение на нагрузке регулируется плавно, а не ступенчато, как в обычных линейно-интерактивных ИБП, становится возможной стабилизация частоты выходного напряжения. Эта технология позволяет обеспечить высокий КПД и более надежную защиту подключенного оборудования от неполадок в электросети.

В целом линейно-интерактивные ИБП обеспечивают приемлемый уровень защиты электропитания и служат дешевой альтернативой более сложным системам, предназначенным для работы с чувствительной к неполадкам в электросети нагрузкой. Как правило, мощность выпускаемых устройств составляет от 250 до 10000 В.А.

Постоянно включенные ИБП или ИБП с двойным преобразованием (on-line, double-conversion) – обеспечивают нагрузку электропитанием без потери фазы. Принцип работы ИБП данного класса заключается в следующем: входное переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем инвертором – обратно в переменное. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП продолжает питать нагрузку чистым синусоидальным стабилизированным напряжением (как правило, отклонения амплитуды выходного напряжения не превышают 5% устанавливаемого пользователем номинального значения даже при работе на нелинейную нагрузку).
Основная отличительная черта ИБП этого класса: инвертор включен последовательно с источником основного электроснабжения и находится всегда во включенном состоянии. При пропадании входного напряжения он переходит на питание от батарей. Благодаря используемой схеме такое понятие как время переключения на резервное питание от батарей для ИБП данного класса просто отсутствует.
Достоинства ИБП с двойным преобразованием: постоянная стабилизация напряжения и частоты; непрерывность фазы выходного напряжения в любых режимах; отсутствие влияние нагрузки на основную сеть; полная фильтрация импульсов и шумов основной сети; высокая информационная безопасность. Недостатки ИБП с двойным преобразованием: сложность конструкции и, следовательно, высокая цена; относительно невысокий КПД и, следовательно, высокие эксплуатационные расходы (расход электроэнергии, утилизация выделяемого тепла).
ИБП данного класса обеспечивают самую надежную защиту подключенного оборудования от неполадок в электросети, что компенсирует затраты на его приобретение и установку. Диапазон мощностей выпускаемых устройств очень широк – от 600 В.А до нескольких сотен киловольт-ампер.

По конструктивному исполнению ИБП можно разделить на настольные (как правило розеточные), напольные, и стоечные (19"). Один или несколько ИБП с комплексом дополнительного коммутирующего оборудования и кабелей образуют систему бесперебойного питания (СБП).

Характеристики ИБП

Перечислим кратко главные характеристики ИБП.

1. Диапазон входного напряжения, при котором ИБП работают от сети и не переключаются на работу от встроенных батарей. Как известно, больший диапазон входного напряжения уменьшает количество переходов на батарею и увеличивает срок ее эксплуатации. Кроме того, ИБП с более широким диапазоном входного напряжения продолжают работать от сети и питать нагрузку, в то время как ИБП с меньшим диапазоном уже перешли на батарею и, разрядив ее, обесточили нагрузку. Это особенно актуально для наших электросетей, где нередки длительные «просадки» напряжения.
2. Изменение выходного напряжения при изменении входного. «Обязанность» ИБП – обеспечить выходное напряжение, при котором может нормально функционировать защищаемое им оборудование. Пониженный вольтаж на выходе ИБП способен вызвать сбои в работе оборудования и потерю данных, значительное повышение напряжения приводит к тем же результатам плюс выход оборудования из строя. Повышения напряжения происходят реже, но их последствия носят более печальный характер. Off-line ИБП напряжение никак не корректируют, модели line-interactive производят «сдвиг» напряжения на фиксированную величину (которая может принимать несколько значений).
3. Параметры выходного напряжения при работе от батарей – напряжение, частота, форма сигнала. Эти параметры определяют качество генерации, обеспечиваемое ИБП, от чего зависит область применения конкретного устройства.
4. Процесс переключения ИБП на батарею и обратно. Для нормальной работы подсоединенного к ИБП оборудования все переключения и переходные процессы должны быть «незаметны». Это означает, что они должны выполняться за минимальное время и проходить корректно – в частности, сопровождаться правильной синхронизацией частоты ИБП с внешней частотой питающей сети.
5. Поведение ИБП при возникновении перегрузки на выходе. При перегрузке в режиме работы от батарей ИБП выключается (для предотвращения выхода из строя). Если в процессе работы от сети возникла перегрузка (например, к ИБП было подключено дополнительное оборудование), пользователь должен знать об этом, чтобы вовремя уменьшить нагрузку. В противном случае при пропадании напряжения в сети оборудование будет моментально обесточено. Наиболее эффективным является сочетание звуковой и световой индикации, тогда как некоторые ИБП обеспечивают только световую или не имеют вообще никакой индикации.
6. Наличие «холодного» старта, т. е. возможность включить ИБП при отсутствии напряжения в электропитающей сети. Такая функция может стать полезной, например, если во время длительного пропадания питания нужно включить компьютер или принять/отправить факс.
7. Возможность стабилизации частоты (для on-line ИБП). Некоторое оборудование может быть критично к частоте питающего напряжения. Например, у двигателей переменного тока (магнитофон, виниловый проигрыватель и т. п.) при изменении частоты питающего напряжения изменяется скорость вращения.

На этом вводная часть завершается. В следующей статье будет идти речь о режимах работы ИБП, рекомендациях по его выбору и правилах эксплуатации и безопасности.

Удачных покупок!

Николай Станкевич