Содержание
- Почему важно правильно рассчитывать параметры ИБП
- Какие данные нужны для расчёта ИБП
- Почему уменьшается доступная ёмкость батареи при высокой нагрузке
Чтобы техника продолжала работать при внезапном отключении электричества или выходе напряжения за допустимые пределы, используют источники бесперебойного питания (ИБП, UPS). Однако эффективность защиты напрямую зависит от того, насколько точно подобрана модель, а для этого необходимо грамотно рассчитать её ключевые параметры.
Основными техническими характеристиками ИБП являются его мощность и время автономной работы. Мощность определяет, какую нагрузку устройство способно поддерживать, а автономность — сколько времени оборудование будет работать от аккумуляторов при отсутствии питания. Упростить расчёты и повысить их точность помогают онлайн-калькуляторы ИБП.
Почему важно правильно рассчитывать параметры ИБП?
Корректно подобранный ИБП защищает подключённые приборы от перепадов, помех и отключений электросети. Особенно важны устройства длительного резервирования, которые позволяют избежать серьёзных последствий при аварийном прекращении подачи электроэнергии:
- Возможный выход из строя техники, включая дорогостоящее оборудование. Например, ошибка в работе газового котла может привести к его поломке, а зимой — даже к размораживанию всей системы отопления.
- Повреждение самого ИБП, из-за чего потребуется ремонт или замена.
- Потеря данных при резком отключении электричества. Это критично для серверов, дата-центров, банков, бизнес-процессов, систем видеонаблюдения и других объектов. ИБП позволяет корректно завершить работу техники и сохранить информацию.
Риски возникают не только при полном отсутствии бесперебойника, но и при неправильном выборе его параметров.
Ошибка в расчёте выходной мощности может привести к неприятным последствиям. ИБП с недостаточным запасом мощности не способен выдержать нагрузку, что вызывает его перегрузку и возможный выход из строя подключённого оборудования. Покупка же слишком мощного устройства приводит к неоправданным затратам: ИБП будет постоянно работать с недогрузкой, что не вредно технически, но экономически нецелесообразно.
Не менее важно правильно определить время автономной работы. Неверный расчёт может привести к тому, что ИБП обеспечит питание лишь часть нужного периода — или только при кратковременных отключениях — и не сможет полностью выполнить свою задачу.
Использование аккумуляторных батарей недостаточной емкости не только значительно снизит время резервирования, приведет к неэффективному использованию запасенной энергии, но также увеличит тепловые/химические нагрузки при работе в автономном режиме от АКБ (сульфатация и тепловая деградация), что в результате приведет к снижению емкости, а в дальнейшем и времени эксплуатации АКБ и раннему выходу их из строя.
Какие данные нужны для расчёта ИБП?
Чтобы корректно подобрать ИБП под конкретную нагрузку, важно учитывать несколько факторов.
1. Определение нагрузки
Главный принцип: выходная мощность ИБП должна быть выше суммарной мощности всех подключаемых устройств. Для расчёта необходимо:
- Сложить потребляемую мощность всех приборов (указывается в инструкции).
- Полученную сумму умножить на коэффициент мощности (PF / cosφ), который показывает, насколько эффективно оборудование использует энергию.
Если значения PF нет в характеристиках, можно ориентироваться на средние показатели:
- 0,7–0,8 — ПК без PFC, кондиционеры, стандартная бытовая техника
- 0,9–0,95 — осветительные приборы, кухонная техника, утюги, чайники
- 0,95–1 — компьютеры и серверы с PFC, сетевое и телекоммуникационное оборудование
PFC (Power Factor Correction) — функция коррекции коэффициента мощности (коэффициента мощности) в импульсных блоках питания. Переводится как «коррекция фактора мощности», встречается также название «компенсация реактивной мощности».
Цель: приблизить форму потребляемого тока к той, которая существует при включении в сеть чисто активной нагрузки. Это устраняет гармоники входного тока и уменьшает помехи для других устройств, подключённых к тому же источнику напряжения.
Если оборудование оснащено электродвигателем, необходимо учитывать пусковые токи — они могут быть значительно выше рабочей мощности. Узнать их можно в документации или у специалистов. После расчёта мощности рекомендуется добавить 20–30 % запаса — он компенсирует возможные неточности и позволит подключать дополнительные устройства.
2. Расчёт времени автономной работы
Чтобы заранее определить, сколько времени нагрузка должна работать от аккумуляторов, необходимо изучить особенности электроснабжения объекта: длительность и частоту отключений.
- При кратковременных перебоях (5–20 минут) достаточно ИБП со встроенными батареями.
- При отключениях до суток требуется ИБП с возможностью подключения внешних аккумуляторов большой ёмкости (ИБП STARK COUNTRY — устройства, рассчитанные на работу с внешними АКБ).
- Если отключения могут длиться несколько дней, оптимальна схема «ИБП + генератор».
Упрощённая формула расчёта:
T (часы) = E × U / P
где:
E — суммарная ёмкость аккумуляторов,
U — напряжение АКБ,
P — мощность нагрузки.
Но в реальности необходимо учитывать потери энергии в инверторе, а также коэффициент доступной ёмкости батареи (KDE). Он зависит от температуры, влажности и режима разряда и варьируется от 0,7 до 1. Чем ниже температура и короче время разряда (больше нагрузка), тем меньше KDE. Очень высокие температуры также негативно влияют на коэффициент доступной ёмкости.
Более точная формула:
T = (E × U / P) × КПД × KDE
Средние значения:
- КПД ≈ 0,8
- KDE ≈ 0,9
Почему уменьшается доступная ёмкость батареи при высокой нагрузке
При проектировании систем бесперебойного питания важно учитывать, что доступная ёмкость аккумуляторной батареи существенно снижается при увеличении мощности подключённой нагрузки. Это связано с тем, что номинальная ёмкость AGM-аккумуляторов указывается в режиме С20 — то есть при медленном 20-часовом разряде до уровня 1,75 В на элемент (10,5 В для 12-вольтовой батареи). В реальных условиях ИБП часто разряжают батареи значительно быстрее, что приводит к эффекту Пекерта: чем выше разрядный ток, тем меньше фактически доступная ёмкость.
Например, AGM АКБ Ventura GPL 12-75 при разряде в течение 20 часов выдаёт около 988 Вт·ч, что соответствует приблизительно 79–80 А·ч. Однако при нагрузке порядка 900 Вт та же батарея разряжается всего за 30 минут, обеспечивая лишь около 455 Вт·ч энергии — то есть фактическая доступная ёмкость сокращается почти вдвое и составляет около 40 А·ч.
Следует учитывать, что термин "А·ч" при высоком токе использовать можно только как условную метрику. Корректнее оперировать Вт·ч, потому что при большом токе напряжение батареи проседает сильнее и реальная ёмкость в А·ч зависит от порога отсечки. Номинальное напряжение в фазе разряда при больших токах не 12,5 В и не 11,5 В, а динамически меняющееся. Поэтому расчёт А·ч «по энергии» весьма ориентировочный.
Выводы:
- Использование более ёмких аккумуляторных батарей позволяет дополнительно увеличить время резервирования за счет более эффективного использования запасенной энергии, а также продлить период эксплуатации АКБ.
- При увеличении ёмкости АКБ ток разряда уменьшается в относительных единицах (С-rate), что увеличивает доступную ёмкость и снижает тепловые/химические нагрузки.
- При выборе емкости батарейного блока желательно ориентироваться, чтобы разрядный ток не превышал 0,1С–0,25С (от емкости); более ёмкий аккумулятор работает в оптимальном диапазоне токов.
- Более низкие C-токи улучшают ресурс AGM батарей, поскольку уменьшается сульфатация и тепловая деградация.
