Угроза 1. Пропадание напряжения (Power Failure) более 20мс

Line-interactive (L-i). Переключение на АКБ с сети происходит за время от 1 до 20мс (в зависимости от фазы сигнала). Стандартные блоки питания ПК и другой электроники выдерживают такой перебой в питании, но переключение по морганию ламп освещения будет заметно. Основная проблема заключается в том, что во время переключения ИБП выдает заметную сетевую помеху, которую чувствительное оборудование (тонкие измерительные приборы, электронные станки, некоторые платы газовых котлов, медицинские аппараты) может воспринять как аварию входной сети – устройство может зависнуть или выпасть в ошибку.

Давайте посмотрим соответствующее видео:

Помеха ИБП лайн-интерактив при переключении

On-line (O-l). При пропадании центрального питания переключение на питание от АКБ происходит за 0 сек, т.е. нагрузка абсолютно не чувствует происходящего на входе источника, искажений в синусоиде тоже не наблюдается. Это достигается благодаря специальной схеме двойного преобразования, на сегмент DC которой подключен батарейный массив.

Угроза 2. Провал напряжения (Power Sag)

L-i. Если глубина провала напряжения попадает в диапазон стабилизации напряжения, сработает внутреннее реле, которое переключит обмотку трансформатора для выравнивания напряжения (как у обычного стабилизатора). Нагрузка почувствует изменения напряжения, при внешних скачках и будет заметно моргание ламп. Если глубина ниже диапазона стабилизации – ИБП перейдет на режим питания от АКБ.

O-l. Внешние провалы напряжения будут полностью выровнены через двойное преобразование . На выходе будет строго 220В без скачков. Нагрузка опять не заметит внешних проблем.

Угроза 3. Всплеск напряжения, высоковольтные импульсы (High Voltage Spikes)

Основные источники импульсов – грозовые разряды, коммутационные помехи, мощная емкостная и индуктивная нагрузка в общей цепи питания.

L-i. Борьба с импульсами происходит посредством пассивных фильтров на базе варисторов и дросселей. В случае, если импульс по энергии выходит за рамки способности поглощения фильтром, происходит выход  ИБП из строя, но нагрузка остаётся невредимой. В рамках допуска, фильтр пропускает мелкие помехи напрямую на нагрузку.

O-l. На входе выпрямителя ИБП он-лайн типа тоже имеет схему из пассивных фильтров, но они, как правило, способны рассеивать больший импульс, нежели чем у лайн-интерактивных источников. Однако основная фильтрация происходит через схему двойного преобразования. Нагрузка получает максимально очищенное от помех и импульсов питание.

Видео на тему варисторов:

Угроза 4. Пониженное или повышенное напряжение (Power Surge, Over Voltage)

L-i. Средний диапазон стабилизации у ИБП этого типа 160В – 270В, если напряжение выходит за диапазон – происходит переключение на питание от АКБ. В рамках диапазона регулировка напряжения происходит ступенчато через обмотки трансформатора (вы заметите моргание ламп освещения) с соответствующими коммутационными помехами.

O-l. Здесь диапазон стабилизации без перехода на АКБ шире 120В – 270В, регулировка напряжения происходит через двойное преобразование, т.е. на выходе мы всегда имеем четко 220В без скачков и ступенчатых переключений.

Смотрите видео с 4-ой минуты:

Угроза 5. Нелинейные искажения напряжения, искривление синусоиды (Harmonic Distortion)

L-i. Источник этого типа контролирует только входное напряжение, все искажения и искривления будут пропущены на нагрузку.

O-l. Здесь мы имеем дело со схемой двойного преобразования (или Voltage and Frequency Independent from utility – VFI – независимое напряжение и частота от входного напряжения), которая генерирует синусоиду переменного тока из постоянного, ввиду этого все нелинейные искажения будут устранены.

Угроза 6. Отклонения частоты (Frequency Variations)

L-i. Частота источником не контролируется и пропускается на нагрузку.

O-l. В ИБП этого типа стоит анализатор частоты. При отклонениях от нормального диапазона маломощные ИБП переключается на режим работы от АКБ, мощные промышленные ИБП исправляют частоту.

Практика

Для отдельных ПК

Лайн-интерактивный ИБП имеет важное преимущество – он работает практически бесшумно. А степень защиты, которую он обеспечивает для отдельного компьютера вполне достаточно.

Для серверов и систем хранения данных

При стабильных показателях входной сети, невысокой резервируемой мощности и ограниченности теплоотвода можно рассмотреть вариант с использованием ИБП типа лайн-интерактив. Однако на практике встречались сервера хранения данных, которые при провале входного напряжения в комбинации с лайн-интерактивом зависали. На данный момент, учитывая сопоставимую стоимость ИБП он-лайн и лайн-интерктивных на мощностях от 1кВа, предпочтение следует отдать первым.

Для газовых котлов

Стандартная система отопления – это один газовый котел (или два последовательно) + циркуляционные насосы. Средняя мощность, как правило, укладывается в диапазон 250-500Вт. Учитывая рекомендуемую 70% постоянную нагрузку на бесперебойник, мощность ИБП должна быть в районе 350-700Вт (т.е. это 1кВа). Стоимости ИБП двух исследуемых типов приблизительно аналогичны, а защиту существенно выше обеспечивает on-line. Также, практика показала, что в некоторых случаях чувствительные газовые котлы при работе с ИБП line-interactive при переключении на работу от АКБ зависают от искажений и помех, которые выдаёт источник.

В процессе изучения темы у вас непременно возникнет вопрос: какое решение – на базе инвертора* или ИБП On-line выбрать? Мы постараемся внести ясность в этот вопрос и упростить ваш выбор. Итак, ниже сравнительный анализ.

Раунд I. Качество выходного сигнала

ИБП On-line типа благодаря двойному преобразованию при любом сигнале на входе выдает на выходе идеальную синусоиду, которая сохраняется не зависимо от степени загрузки ИБП. К форме сигнала чувствительна индуктивная нагрузка и сложная электроника (насосы и другие электродвигатели, hi-end аппаратура и т.п.).

Инвертор, если у вас есть напряжение, будет его транслировать на потребителей не исправляя входящий сигнал. В режиме работы от АКБ инвертор допускает существенно более широкий диапазон отклонений (КНИ) по форме синусоиды.

Счет 1:0 в пользу On-line.

Синусоида после On-line ИБП

Раунд II. Стабилизация напряжения

ИБП – это лучший стабилизатор, который только можно себе представить. Чтобы не происходило на входе – на выходе всегда 220В, в отличие электронных или релейных стабилизаторов, которые регулируют напряжение ступенчато. Диапазон стабилизации тоже впечатляющий – как правило в пределах от 110В до 290В.

Инвертор функции стабилизации как правило лишен вовсе. Однако, есть производители, которые встраивают в инвертор стабилизатор, например, Cyberpower, делая из инвертора источник типа line-interactive, но оставляя ему название “инвертор”. Встроенный стабилизатор как правило не отличается высокими характеристиками: точность и скорость стабилизации посредственны.

Счет 2:0 в пользу On-line.

Раунд III. Работа с аккумуляторами

1) Количество АКБ, подключаемое к ИБП определяется его мощностью:

• до 800 Вт: 2-3 шт.
• 1800 Вт: 4 шт
• 2700 Вт: 6-8 шт
• от 5400 Вт до : 12-16 шт.

К моделям с трехфазным входом и выходом может подключаться от 32 АКБ и более.

А что же с инверторами?

• При мощности 1-3 кВт: 2 или 4шт.
• От 3-х кВт мы рекомендуем минимум 4 аккумулятора.

Таким образом, в этом вопросе инверторы имеют преимущества, так как требуемой автономии можно добиться при помощи аккумуляторов большой ёмкости, т.е., например, совокупную емкость в 800Ач можно сформировать при помощи . Более того, обычной практикой является параллельно-последовательное подключение АКБ для увеличения времени автономии, т.е. при такой схеме можно подключить 4, 8, 12, 16 аккумуляторов.

2) Зарядный ток
Сила тока зарядного устройства определяет на сколько быстро смогут зарядиться АКБ при восстановлении питания. Как правило, классическое время заряда AGM и GEL аккумуляторов составляет 10 часов. Инверторы  имеют высокие токи, что позволяет корректно и быстро зарядить даже большие аккумуляторные банки. Мощность зарядного устройства ИБП как правило меньше и время на заряд аккумуляторов большой емкости может уйти более 10 часов.

Счет 2:1

16 АКБ на стеллажах для ИБП On-line

Раунд IV. Долговечность аккумуляторов

Как показывает практика, аккумуляторы дольше живут при использовании с ИБП On-line типа, которые имеют многоступенчатый интеллектуальный режим заряда.

Счет 3:1

Раунд V. Время переключения на АКБ

ИБП on-line типа переключаются на АКБ моментально, т.е.за 0 сек. Ни потребители, ни вы не заметите, что пропало центральное питание. Только писк ИБП вам сообщит о проблемах с электроснабжением. Это свойство делает ИБП незаменимым для оборудования, которое очень критично к качеству и стабильности питания.

Время переключения инвертора с работы от сети на АКБ – 10-20мс, лампочки освещения моргнут, но современные ПК в перезагрузку уйти не успеют. Некоторые модели газовых котлов такой перебой в питании могут воспринять как ошибку сети. Совместимость следует уточнить у наших специалистов.

Счет 4:1

Раунд VI. Работа с генератором и солнечными батареями

ИБП весьма требовательны к качеству питания, при отклонениях входящей частоты от 50Гц на 2-4% они могут воспринять как аварийную ситуацию и уйти в режим питания нагрузки от АКБ. Ввиду этого, ИБП корректно работают только с качественными генераторами, оснащенными электронным управлением частотой. Инверторы существенно менее требовательны и дружат даже с самыми бюджетными генераторами.

Автоматизация генераторов в связке с инверторами имеет широкую практику: при разряде АКБ близким к критичному инвертор может послать сигнал на запуск генератора и остановить его, когда аккумуляторы зарядились до установленного уровня. Такая схема удобная при автономной работе или при очень длительных отключения электроэнергии. Автоматизация ИБП и генераторов возможна, но существенно сложнее и дороже.

ИБП не умеют работать с солнечными панелями, а инверторы умеют и имеют массу возможностей для этого.

Счет 4:2, плюс очко инверторам.

Блок автоматизации генератора

Раунд VII. Эксплуатация и уровень шума

В силу постоянного двойного преобразования ИБП нуждается в охлаждении, следовательно, присутствует постоянный шум от вентиляторов, в следствии чего источник следует устанавливать в нежилом помещении. Инверторы включают вентиляторы к нагрузкам близким к максимальной, а также при заряде аккумуляторов на максимальном токе. Также инверторы менее требовательны к температуре и уровню загрязненности помещения. Существуют модели для эксплуатации в условиях тряски и высокой влажности.

Счет 4:3

Раунд VIII. Способность к перегрузкам

ИБП очень чувствительны к перегрузкам и при расчете нагрузки следует учитывать этот факт. Максимальная глубина перегрузки –  около 125%, потом ИБП уйдет в режим байпаса, т.е. начнет питать нагрузку в обход своей схемы. При многократных перегрузках ИБП может прийти в негодность.

Инверторы, как правило, имеют двукратную способность к перегрузкам в течение 5-10сек от своей номинальной мощности и спокойно переносят пусковые токи индуктивной нагрузки.

Счет 4:4

Раунд IX. Надежность

Наш опыт показывает, что уровень надежности ИБП и инвертора приблизительно одинаковый, если сравнивать модели одного ценового сегмента. Тут ничья.

Счет прежний: 4:4

Инвертор МАП Энергия и Delta DTM 12 200l

Раунд X. Стоимость

Стоимость решения на базе инверторов и ИБП могут сильно разниться в зависимости от мощности и времени автономии: может быть выгоднее ИБП, а может инвертор.

Окончательный счёт: 4:4

Какой вывод можно сделать? Решение о выборе между ИБП и инвертором должно быть сделано исходя из важности определенных характеристик именно в вашей ситуации. Также, не лишним будет сопоставить стоимости и время автономии систем. Будем надеяться, что мы помогли вам с выбором.

* Здесь и далее по тексту имеются ввиду автоматические инверторы с зарядным устройством и чистым синусом на выходе, к популярным можно отнести МАП “Энергия”, Stark, Victron, Studer и прочие.

Представим схемку: 

Off-line ИБП или инверторы

Алгоритм работы такого ИБП простой: если есть напряжение – устройство его транслирует на потребителей, не осуществляя функцию стабилизации. При отключении центрального питания за 10-20мс происходит переключение на работу от АКБ. 20мс – это много или мало? Вы увидите, как моргнет лампочка освещения, но ПК, например, в перезагрузку не уйдет (импульсный блок питания имеет определенную емкость благодаря конденсаторам). Надо заметить, что маломощные ИБП Off-line типа рассчитаны на питание не особенно критичной нагрузки – ПК, мониторы, ноутбуки, факсы и т.п. Популярные APC Back-ups относятся именно к этому типу.

Мощные ИБП типа Off-line по-другому называют “инверторы”. Строго говоря, это не совсем корректно, т.к. инвертор – это суть преобразователь напряжения, который является лишь составной частью ИБП, в его задачу входит конвертация постоянного напряжения DC в переменной АС, либо в обратную сторону. Но, так сложилась практика, что применительно к бесперебойному питанию под инверторами подразумевают нечто более, а именно преобразователь AC-DC-AC со встроенным зарядным устройством и контроллером напряжения. Иными словами: прибор, который автоматически даёт электропитание от аккумуляторов в случае пропадании электричества, а при восстановлении его подачи переходит в режим заряда АКБ и параллельно питает нагрузку.

Схема off-line ИБП

К популярным инверторам на нашем рынке можно отнести:

• МАП “Энергия” (лидер рынка в бюджетном сегменте)
• Stark INV
• Studer
• Victron
• Xantrex

При установке инверторов для целей бесперебойного питания частных домов мы рекомендуем перед  инвертором устанавливать стабилизатор напряжения. Как правило все профессиональные инверторы не имеют встроенного стабилизатора.

Возникает вопрос: почему в списке нет CyberPower и инверторов ПН “Энергия” (не путайте с МАП “Энергия”)? Дело в том, что по всем признакам это не инверторы, а Line-Interactive ИБП.

Line-Interactive ИБП

Если не вдаваться в подробности электронной схемотехники – Line-Interactive это тоже самое, что Off-line только со стабилизатором напряжения и хорошим фильтром помех. Как правило, все небольшие качественные ИБП для ПК как раз относятся к этому типу (скажем APC Smart-UPS). Нужно иметь ввиду, что встроенный стабилизатор напряжения уступает по характеристикам стабилизаторам внешним. Предельная мощность подобных ИБП как правило не превышает 5кВт. Линейно-интерактивные ИБП могут иметь разную форму выходного сигнала: с апроксимированной синусоиды для ПК и приборов с импульсными блоками питания, и с чистой синусоидой для индуктивной нагрузки (например, ПН “Энергия”, Inelt Intelligent и т.д.)

Схема Line-interactive ИБП

On-line ИБП

Этот тип ИБП обеспечивает нагрузку самым качественным электропитанием благодаря системе двойного преобразования.  Входящий сигнал преобразуется в постоянный ток, фильтруется от искажений и помех, и вновь генерируется переменный сигнал максимального качества.

Что в результате:

• 0 сек. переключение на АКБ при пропадании центрального электроснабжения, т.е. не вы, не ваше оборудование не почувствует момента отключения
• Широкий диапазон стабилизации напряжения и что самое важное – стабилизация происходит не ступенчато, а в режиме on-line. Иными словами – чтобы не было на входе, на выходе всегда четко 220В (или 230В).
• Любые помехи, импульсы и прочая “нечисть” осядут в недрах ИБП и никогда не попадут к вашим потребителям
• Он-лайники исправляют форму сигнала, давая на выходе практически идеальную форму синусоиды.

Схема On-line ИБП

Производителей ИБП On-line типа множество в различных ценовых диапазонах. В премиум-сегменте это Eaton, APC, Liebert  и прочие. Средний ценовой диапазон: East, Delta ES, Inelt, Makelsan, Helior и прочие.

Для бесперебойного питания домов существуют решения и на базе ИБП On-line типа и на базе Инверторов. В чем же разница между этими решениями кроме очевидных? Об этом в нашей статье: ИБП VS Инвертор – что лучше для бесперебойного питания дома.