Nepārtrauktās barošanas bloks: mājsaimniecības UPS darbības mērķis un specifika

Lai saglabātu ierīču darbspēju tīkla traucējumu gadījumā, izmanto nepārtrauktas barošanas bloku. Atkarībā no apkalpojamo patērētāju veida un elektroenerģijas parametriem jāizvēlas dažādi modeļi. Šīs ierīces ir pieprasītas, tāpēc iegādāties pēc īpašībām piemērotu eksemplāru nav grūti.

Bet pirms iegādes pašam jāizprot tā īpatnības, nevis jāuzticas šo jautājumu pārdošanā ieinteresētajiem menedžeriem.

Šajā materiālā apskatīsim UPS uzbūvi un darba īpatnības, kā arī pastāstīsim par tā lietošanas noteikumiem.

Maiņstrāvas UPS shēmas

Sadzīves vajadzībām izmanto nepārtrauktas barošanas ierīces, kas pieslēdzamas vienfāzes 220 V tīklam un kuras var kādu laiku, ja nav elektroenerģijas, barot patērētājus, kuriem nepieciešams tāds pats spriegums.

Pastāv arī UPS, kas ieejā ir pieslēgti trīsfāzu tīklam, bet izejā dod vai nu 380 V, vai 220 V. Tomēr tie ir dārgi, tos izmanto, ja nepieciešams iegūt autonomu jaudu no 10 kVA, kas sadzīves vajadzībām nav nepieciešams.

Maiņstrāvas sadzīves UPS pēc darbības shēmas iedala šādos tipos:

• rezerves (offline);
• interaktīvie (lineāri interaktīvie);
• dubultās pārveidošanas (online).

Tie atšķiras ar izvadītā sprieguma kvalitāti un cenu. Vislētākie ir rezerves, bet visdārgākie – dubultās pārveidošanas.

Vienkāršākā izpildījumā rezerves barošanas shēma paredz pārslēgšanas releja un pasīvās filtrācijas esamību traucējumu nomākšanai

Lai pārveidotu maiņstrāvu līdzstrāvā, uzlādes ierīcē izmanto taisngriezi. Savukārt atpakaļpārveidošana notiek ar invertora palīdzību.

Nepārtrauktās barošanas blokos ķēdes pārslēgšanai no tīkla uz akumulatoru parasti uzstāda parastos elektromehāniskos relejus. Ja šī detaļa ir kvalitatīva, tās resurss pietiek visam UPS darbības laikam. Bet visbiežāk, ja bloks sabojājas, problēma slēpjas tieši šajā konstrukcijas elementā.

Interaktīvā shēma atšķiras no rezerves ar sprieguma stabilizatora klātbūtni. Tas ir izpildīts kā tipisks autotransformators ar tieši savienotiem tinumiem.

Sprieguma stabilizācija ir arī daudzās sadzīves ierīcēs, tāpēc, ja novirzes ir nelielas, nav jēgas iegādāties dārgāku lineāri-interaktīvo modeli.

Transformatora klātbūtne bieži liek ražotājam izmantot piespiedu dzesēšanu, tāpēc šādi UPS tiek aprīkoti ar dzesētājiem. Tie rada troksni, kas pēc intensitātes ir salīdzināms ar datora sistēmbloka darbību.

Invertora barošana online shēmā notiek pastāvīgi no akumulatoriem. Tāpēc, ja rodas elektrotīkla traucējumi, pārslēgšanās laiks uz rezerves barošanu ir nulle.

Sarežģītākajām un dārgākajām dubultās pārveidošanas ierīcēm ir arī vismazākā efektivitāte. Elektroenerģija pārvēršas siltumā, ko ierīce izstaro. Tāpēc to izmantošana ir jāpamato.

Visnozīmīgākā šāda veida nepārtrauktās barošanas avotu priekšrocība ir momentāna reakcija uz elektroenerģijas atslēgšanos. Bet lielākajai daļai sadzīves tehnikas tas nav tik svarīgi. Pašus datorus parasti aprīko ar rezerves vai interaktīva tipa UPS.

Vissvarīgākie parametri

Pašlaik tirgū ir daudz piedāvājumu sadzīves nepārtrauktās barošanas avotu pārdošanai. Lai pareizi noteiktu to paredzēto lietojumu un nepieļautu kļūdu izvēlē, ir jāsaprot, kuriem parametriem vispirms jāpievērš uzmanība.

Galvenie tehniskie parametri

Ierīces izejas jauda nosaka maksimāli pieļaujamo vērtību, ko bloks var garantēti nodot patērētājam. To mēra volt-ampēros (V·A). Lietotāju ērtībai šī vērtība bieži tiek norādīta un vatos.

Lai izmērītu ierīču slodzi, var vai nu izmantot ampērmetru, vai arī to aprēķināt, izmantojot dzīvoklī uzstādītā skaitītāja rādījumus.

Patērēto elektroenerģiju var izmērīt ar sadzīves ampērmetra (vatmetra) palīdzību ar kontaktligzdu. Pievienotā ierīce jāpārslēdz maksimālā patēriņa režīmā.

Nosakot datora reālo jaudu, nevajadzētu vadīties pēc barošanas bloka nomināla, jo to vienmēr pērk ar rezervi.

Ja nav ampērmetra, jāveic šādas darbības:

1. Izslēgt visas ķēdes sadales skapī, izņemot to, no kuras tiek barots dators.
2. Izslēgt visas ierīces šajā ķēdē.
3. Ieslēgt datoru un palaist uz tā tipisku programmu (piemēram, YouTube video).
4. Sagaidīt, kad uz skaitītāja notiks desmitā kilovata daļas vērtības izmaiņa.
5. Atzīmēt laiku līdz nākamajai izmaiņai.

Vidējo patēriņa jaudu (P, vati) šajā periodā (t, minūtes) var aprēķināt pēc formulas:

P = 100 * (60 / t)

Nākamā svarīgā īpašība – autonomijas periods. Šis rādītājs ir atkarīgs no slodzes, kuru UPS tajā brīdī izjūt. Pie maksimāli pieļaujamās jaudas mājsaimniecības ierīces akumulatori darbojas 1–3 minūtes. Bet pie puses – daudz ilgāk (līdz 10 minūtēm).

No grafika, kas parāda akumulatoru autonomās darbības laika atkarību no vidējās slodzes, ir redzams, ka šī atkarība ir nelineāra. To nosaka bateriju izlādes veids.

No tā izriet divi secinājumi:

• elektrības pārtraukuma gadījumā ir nepieciešams maksimāli samazināt ierīču patērēto slodzi;
• vēlams iegādāties UPS ar jaudu, kas pārsniedz aprēķināto vismaz par 30%.

Ieejas sprieguma diapazons parāda minimālo un maksimāli pieļaujamo tīkla spriegumu, pie kura nenotiks pārslēgšanās uz akumulatoru barošanu. Parasti visi UPS iztur diapazonu 180-260 V.

Dažiem ražotājiem var sastapt ļoti labus (reklāmas) rādītājus, piemēram, zemākā vērtība – 110 V. Šeit ir jāpārliecinās, ka šie skaitļi ir ņemti tieši maksimālai slodzei, nevis pusei.

Vēl viens svarīgs tehniskais rādītājs – trokšņa līmenis. UPS, kas izgatavoti pēc lineāri interaktīvās vai tiešsaistes tehnoloģijas, izdala daudz siltuma, tāpēc ražotāji uzstāda tiem ventilatorus. Ja dzesētāji ir lēti, laika gaitā tie radīs dūkoņu, kas dzīvojamām telpām nav vēlams.

Interfeiss un iestatījumu veikšana

Bloku ārējais izskats var būt ļoti dažāds. Parasti tiem ir klasiska taisnstūra forma, kur priekšpusē atrodas indikatori vai displejs, bet aizmugurē – strāvas savienotāji. To skaits nav tik svarīgs, jo izejā var pievienot pagarinātāju ar dakšiņu. Tas nekādā veidā nebūs pretrunā UPS koncepcijai.

Modelim var būt LCD displejs, kurā tiks atspoguļota pieslēgto ierīču apgādes situācija: barošanas esamība, patērētāju skaits, akumulatora uzlāde utt.

Indikācijas sistēma samazina aprīkojuma izmaksas. Turklāt tā ir praktiskāka. Ja nepieciešams uzzināt kādus parametrus, daudziem modeļiem ir realizēta funkcija pieslēgties datoram.

Lai uzzinātu elektroapgādes parametrus, UPS akumulatoru stāvokli un tā darbību, to var pieslēgt datoram. Daudziem modeļiem šī funkcija ir realizēta un izstrādāta programmatūra.

Pastāv trīs galvenie interfeisa veidi:

• USB. Visizplatītākais datora un UPS savienojums.
• RS-232 (COM ports). Reti sastopams mājsaimniecības modeļos.
• Ethernet 10/100. To izmanto attālinātai UPS vadībai.

Programmatūra UPS raksturlielumu iegūšanai un tā vadībai ir izstrādāta ne tikai dažādām Windows versijām. Piemēram, zināmajam ražotājam Powercom ir Android versijas programmatūra, kas ļauj attālināti uzraudzīt barošanas stāvokli un nepieciešamības gadījumā koriģēt nepārtrauktās barošanas avota darbību.

Programmatūra ļauj izsekot galvenajiem elektrotīkla raksturlielumiem, piemēram, ieejas un izejas spriegumam, frekvencei. Tāpat var uzzināt akumulatoru uzlādes līmeni un ierīces temperatūru.

Nepārtrauktās barošanas avotus novieto tiešā aizsargājamo elektroenerģijas patērētāju tuvumā. Parasti tos liek uz grīdas vai plauktiem. Daži modeļi ir aprīkoti ar stiprinājumiem, kas ļauj tos montēt pie sienām.

Izvadītās strāvas kvalitāte

Nepārtrauktās barošanas avotiem jāizvada atbilstošas kvalitātes strāva. Strādājot no baterijām, par to atbild invertors, bet barojoties no tīkla, problēmas brīži ir jāizlīdzina filtriem un stabilizatoram. Elektriskajā ķēdē radušies traucējumi ir dažādas izcelsmes un sekas elektronikai. Tāpēc arī šajā jautājumā rūpīgi jāizprot.

Tīkla traucējumi un aizsardzība

Visi mūsdienu UPS ir aprīkoti ar aizsardzību pret problēmām, ko rada apkalpotās ierīces. Ja kopējā slodze pārsniegs maksimāli pieļaujamo vai notiks īssavienojums, tad UPS nekavējoties atslēgs barošanu.

Traucējumus tīklā var nosacīti iedalīt frekvenču un impulsu traucējumos. Pirmie nav tik bīstami, īpaši datoru vai televizoru barošanas blokiem, kas pārveido maiņstrāvu līdzstrāvā. Otrie var radīt problēmas jebkurai elektronikai.

Tāpēc lielākā daļa UPS ir aprīkoti ar aizsardzību pret impulsiem un harmonikām, izmantojot varistorus un augstfrekvences filtrus.

Traucējumu novēršana līnijā notiek divos posmos. Vispirms varistori atdala augstfrekvences impulsus, pēc tam filtrs izlīdzina nelielus lēcienus.

Augstsprieguma impulsu rašanās problēma ir raksturīga ne tikai barošanas kabeļiem, bet arī datu pārraides tīkliem – datoru un telefona tīkliem. Tie var rasties atmosfēras elektrības ietekmes, tuvumā esošo vadu pārrāvumu, elektrisko traucējumu un citu iemeslu dēļ.

Daudzi ražotāji izlaiž modeļus ar iespēju aizsargāt lokālo tīklu. Šim nolūkam UPS ir divi RJ-45 savienotāji – viens ieejai un viens izejai. Signāls iet caur filtru, kas nomāc sprieguma pārspriegumus. Telefona līnijām sistēma ir tāda pati, tikai savienotāji ir RJ-11 formātā.

Zems un augsts spriegums

Sprieguma regulēšana notiek ar automātiskā sprieguma regulatora (AVR) palīdzību, kura galvenais elements ir autotransformators. Tā darbības princips balstās uz viena tinuma apgriezienu skaita maiņu, kā rezultātā spriegums palielinās vai samazinās.

AVR klātbūtne UPS ļauj neieslēgt katru reizi autonomo režīmu, ja spriegums nedaudz atšķiras no normatīvajiem rādītājiem. Tas ievērojami pagarina akumulatoru kalpošanas laiku.

Profesionāli multimetri, piemēram, CEM DT 9909, spēj ilgstoši reģistrēt sprieguma vērtību. Šādas ierīces izmantošana var palīdzēt izvēlēties stabilizatoru vai UPS.

Saskaņā ar GOST 29322-2014 ir pieļaujama 10% sprieguma novirze no atsauces vērtības ne ilgāk kā 1 stundu. Visi mūsdienu UPS ar regulatoriem tiek galā ar šādām svārstībām.

Izejošā signāla tīrība

No UPS uzstādītā invertora modeļa ir atkarīgs izejas signāla veids. Ideālā gadījumā maiņstrāvas sprieguma līknei vajadzētu būt sinusoidālai. Bet pēc pārveidošanas caur invertoru tā iegūst pakāpienveida formu.

Jo lielāks ir pakāpienu skaits momentānā sprieguma atkarības līknē no laika, jo labāka ir maiņstrāvas kvalitāte. Dažām ierīcēm tas ir svarīgi.

Iekārtām, kas satur asinhronos elektromotorus (ledusskapis, gaisa kondicionieris), transformatoru barošanas blokus (kvalitatīva audio tehnika), APFC barošanas blokus (serveri un jaudīgi datori), ir nepieciešama tīra vai labi aproksimēta sinusoīda.

Neviens invertors, un līdz ar to arī UPS, neizdala tīru sinusoīdu, lai ko ražotāji rakstītu reklāmas brošūrās. Izejas signāla tuvināšanu sinusoīdai novērtē ar nelineāro kropļojumu koeficientu (THD).

No bloka izejošo signālu var uzskatīt par sinusoidālu, ja THD<5%. Dažiem modeļiem, piemēram, IMV NetPro 2000, šis rādītājs ir tikai 2%.

UPS lietošanas noteikumi

Iegādājoties UPS rezerves barošanas organizēšanai, ir jāsaprot, kopā ar kādām ierīcēm to var izmantot. Dažreiz nevar iztikt tikai ar UPS, un tad ir jāveic papildu pasākumi mājas nodrošināšanai ar elektrību.

Sadzīves ierīču pieslēgšana

Datori, modemi, maršrutētāji, video un audio aparatūra – tipiskas mājas vai biroja ierīces, kurām pieslēdz UPS. Ja šī tehnika satur parastos impulsu barošanas blokus, tad pietiks iegādāties salīdzinoši lētus modeļus, kas neizdala tīru sinusoīdu.

Mūsdienīgi modeļi ir kompakti un ar pievilcīgu dizainu, kas harmoniski iekļaujas kopā ar citu tehniku dzīvojamās istabas interjerā

Apgaismojumam arī nav jāiegādājas dārgi izstrādājumi. Šeit galvenais ir pareizi aprēķināt maksimālo jaudu un autonomās darbības laiku

Biežu pārtraukumu gadījumā aktuāla ir neplānotas atkausēšanas problēma ledusskapjiem un pārtikas produktu bojāšanās. Aizsargājot šādu iekārtu ar asinhronajiem dzinējiem, būs nepieciešams sarežģītākas ierīces UPS, jo būs nepieciešams “tīrs” sinusoidāls signāls

Turklāt jāņem vērā starta strāvu esamība, kas rodas, iedarbinot dzinēju. Vienkāršoti saldēšanas iekārtām to lielumu var noteikt, reizinot jaudas vērtību ar 5

Ja, piemēram, virtuvē ir ledusskapis ar pilnu jaudu 300 W (iedarbinot – 1500 W) un saldētava ar 200 W (iedarbinot – 1000 W), tad nepieciešams barošanas bloks ar tīru sinusoidu un maksimālo jaudu ne mazāk kā 1700 W. Šī vērtība ir iegūta gadījumam, kad darbosies saldētava, bet tajā pašā laikā notiks ledusskapja ieslēgšanās. Vienlaicīga abu motoru iedarbināšana ir maz ticama, un šāds UPS izturēs vienas sekundes jaudas uzplūdu 2,7 kW

Online tipa bloks ar maksimālo jaudu 2000 W spēs darboties apmēram pusstundu pie kopējā patēriņa 500 W. Tā kā dzesēšanas režīms ilgst apmēram 5 minūtes, tad UPS garantēti pietiks 6 abu ierīču iedarbināšanai

Privātmājās un kotedžās arī aktuāla ir UPS izmantošana apkures sistēmas atbalstam ar piespiedu cirkulāciju. Sūkņiem arī nepieciešams tīrs sinuss

Nepārtrauktās barošanas avotus arī aktīvi izmanto gāzes apkures katlu darbībai. Ņemot vērā pievienojamās iekārtas izmaksas, ietaupīt uz UPS kvalitāti šajā gadījumā nevajadzētu

Rezerves un papildu elektroapgāde

Daudzām sadzīves ierīcēm nav iespējams izvēlēties lētu UPS, jo būs nepieciešama ievērojama maksimālā jauda ilgā autonomas darbības periodā. Veļas mazgājamās mašīnas, elektriskās cepeškrāsnis, sadalītās kondicionēšanas sistēmas patērē daudz elektrības

Var, protams, iztikt bez šīm ierīcēm elektroenerģijas atslēguma laikā. Tas ir lietderīgi gadījumā, ja šādi pārtraukumi notiek reti un uz īsu laiku. Bet, ja tomēr tiks pieņemts lēmums par jaudīgu patērētāju nodrošināšanu ar autonomu barošanu, tad labāk izmantot benzīna vai dīzeļa ģeneratoru. To ātrai iedarbināšanai, ja nav sprieguma, izmanto automātiskās rezerves ieslēgšanas sistēmu (ARI)

Ja ir papildu barošanas avots, UPS tomēr ir vērts izmantot, vismaz datoriem. Tūlītēju ģeneratora iedarbināšanu un elektroapgādes atjaunošanu panākt nav iespējams

Pazemināta sprieguma stabilizācija

Zema sprieguma problēma ir aktuāla objektiem, kas pieslēgti veciem vai mazjaudas elektrotīkliem. Ja šāda situācija rodas pastāvīgi, tad labāk izmantot ieejas stabilizatoru.

Ja ir stabilizators, iekšējā tīkla spriegums tiks pielāgots normatīvajiem rādītājiem. Tas ietekmēs arī ierīces, kuras nav pieslēgtas UPS.

Pie zema sprieguma palielinās strāvas stiprums, kas iet caur iekšējo tīklu. Piemēram, pieņemsim, ka UPS pieslēgto patērētāju kopējā jauda ir 1,5 kW, un pievadītais spriegums ir 190 V.

Tad pēc Oma likuma:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – strāvas stiprums ķēdē pirms UPS bez stabilizatora;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – strāvas stiprums ķēdē pirms UPS ar stabilizatoru.

Tādējādi iekšējais tīkls bez stabilizatora piedzīvos palielinātu slodzi, ko varētu nebūt ņemts vērā, izvēloties vadu šķērsgriezumu.

Tāpēc pastāvīga zema sprieguma gadījumā labāk uzstādīt stabilizatoru. Šajā gadījumā arī slodze uz UPS autotransformatoru būs mazāka, kas pagarinās tā kalpošanas laiku. Turklāt, ņemot vērā sprieguma izlīdzināšanu, var iegādāties lētākus UPS.

Līdzstrāvas patērētāju nepārtraukta barošana

Dažām ierīcēm jānodrošina nepārtraukta barošana ar līdzstrāvu 12, 24 vai 48 V. Arī šāda veida UPS ir pieejami pārdošanā. To marķējumā ir saīsinājums “DC”. Bloki ar sprieguma padevi 60, 110 vai 220 V arī pastāv, bet tos izmanto rūpniecībā vai enerģētikā.

Līdzstrāvas UPS atšķirība iekšējā uzbūvē no klasiskajiem modeļiem ir invertora neesamība. Akumulatorus pieslēdz tieši pie izejas caur kontaktoru ar strāvu ierobežojošu mērīšanas šuntu, lai novērstu nepieļaujami dziļu bateriju izlādi.

Dažreiz pie izejas var būt stabilizējošs pārveidotājs, ja no UPS barotās ierīces ir jutīgas pret nelielām sprieguma svārstībām.

Kopā ar sprieguma pārveidotājiem, līdzstrāvas UPS ar 48 W jaudu spēj barot videonovērošanas sistēmu ar perimetru līdz 1 km

Šādus rezerves barošanas avotus izmanto, lai aizsargātu šādas sadzīves iekārtas, kas darbojas ar līdzstrāvu:

• videonovērošanas un apsardzes sistēmas;
• visādi sensori (noplūdes, dūmu, uguns, kustības u.c.);
• apgaismojuma sistēmas;
• telekomunikāciju ierīces;
• sakaru sistēmas;
• vadības sistēmas komponenti “viedā māja”.

Daudziem līdzstrāvas UPS ir iespēja pieslēgt ārējos akumulatorus. Šajā gadījumā to apkalpoto ierīču autonoma darbība var būt ļoti ilga.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Īsumā par mājas UPS galvenajiem raksturlielumiem:

UPS tipu un to raksturlielumu daudzveidība izriet no dažādiem to lietošanas apstākļiem: pieslēdzamo ierīču jaudas un veida, konkrētā elektrotīkla parametriem un tipiskām problēmām. UPS parasti nav dārgākais sistēmas elements, bet no tā ir atkarīga tās darbības stabilitāte. Tāpēc ir jāizvērtē ekspluatācijas apstākļi un rūpīgi jāizvēlas modelis.

Vai jums ir jautājumi par raksta tēmu? Vai varat papildināt šo materiālu ar interesantu informāciju par UPS? Lūdzu, rakstiet savus komentārus, uzdodiet jautājumus, dalieties pieredzē zemāk esošajā blokā.