1.3 Устройства бесперебойного электропитания

Схема электроснабжения предприятия связи рисунка 1.5 обеспечивает бесперебойность электропитания, является классической и широко распространена. Эти же функции выполняют и другие устройства, которые успешно развиваются, выделены в отдельный класс и называются устройствами бесперебойного электропитания (УБП) или источниками бесперебойного электропитания (ИБП) [8].

Современная аппаратура связи крайне чувствительна к качеству энергии сети. Низкое качество проявляется в следующем:

- пропадании сети на время от десятков мс до 30сек ,

- кратковременные провалы и выбросы длительностью от десятков нс до

сотен мкс глубиной до 40%,

- отклонение напряжения от номинала до 10%,

- отклонение частоты сети от номинала до 0,5Гц.

Требования к качеству сетевого напряжения определены в [19], где отклонения сети от номинального значения составляют 10% и5%, а отклонения частоты 0,2 Гц и0,4 Гц. Для аппаратуры связи обычно требуется нестабильность не хуже2% [16]

УБП предназначены для повышения качества электроснабжения. Хотя они и дороги ( цена энергии улучшенного качества возрастает на порядок и более), но спрос на УБП постоянно растёт.

Все УБП делятся на централизованные и децентрализованные.

Централизованные. Достоинством является полная независимость всех потребителей технического здания (узел связи, штаб армии, управление гидрометеослужбы, банк, центр управления полётами и пр.) от состояния и качества внешней питающей сети, закрытость и сохранность локальных компьютерных сетей, полная защита данных. Недостаток - высокая стоимость монтажа и электроэнергии, поскольку от УБП питаются и кондиционеры, кофеварки, освещение, насосы для подкачки воды и пр.

Децентрализованные. Достоинства: простота установки; избирательный уровень защиты; легко и быстро переконфигурировать (наращивать). Недостаток: невысокая надёжность системы в целом из-за большого количества оборудования, повышенный расход электроэнергии, увеличенная стоимость.

УБП (зарубежная аббревиатура UPS – Uninterruptable Power Supply) стали широко известны как маломощные “бесперебойники” для персональных компьютеров, то есть как элементы децентрализованных СЭП, но по мере увеличения выходной мощности они перерастают в централизованные.

Классифицировать УБП можно в соответствии с международным стандартом IEC 62040-3(или европейским EN 50091), где источники бесперебойного питания классифицируются по зависимости выходного напряжения от сетевого питания, форме кривой выходного напряжения, а также его допустимых отклонений. Эта трёхступенчатая и не очень прозрачная, на наш взгляд, система присвоения каждому УБП своего кода, мало пригодна для понимания сущности работы УБП. Поэтому воспользуемся упрощенной классификацией, которая представлена на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 – Классификация УБП

Рассмотрим структурные схемы этих УБП

1. Убп постоянного тока

Буферная схема - это основная схема УБП. Здесь, АБ постоянно подключена к выходу (нагрузке), как показано на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 – Буферная схема УБП

Достоинства: Высокая надёжность. АБ участвует в сглаживании пульсаций выпрямленного напряжения.

Недостатки: импульсные нагрузки и перегрузки по току сокращают срок службы АБ.

Эта схема получила наиболее широкое распространение на предприятиях связи.

УБП с отделённой от нагрузки АБ. Схема УБП приведена на рисунке 1.9

Рисунок 1.9 – Схема УБП с отделённой АБ

На рисунке обозначено:

S1 – быстродействующий ключ ( транзистор или тиристор),

К – контактор – мощный ключ высокой надёжности, но малого

быстродействия,

ВС – выпрямитель содержания АБ.

В нормальном (штатном) режиме ключи S1 и К разомкнуты. Выпрямители ВУ работают на нагрузку, а ВС поддерживает АБ в рабочем состоянии. При пропадании сети включаются оба ключа, но первым замыкается быстродействующий ключ, а затем срабатывает контактор, принимая на себя всю нагрузку. Ключ S1 выключается.

Достоинства: импульсная нагрузка и перегрузка не влияет на АБ, поэтому её срок службы больше, чем в буферной схеме.

Недостатки: АБ не участвует в сглаживании пульсаций, поэтому осложняется электромагнитная совместимость.

Схему используют только в сочетании со стабилизатором выходного напряжения.

Безаккумуляторные УБП. Эти УБП наиболее экономичны и надёжны, но в них предъявляются повышенные требования к надёжности электроснабжения и возможно применение при наличии не менее трёх независимых источников, один из которых – резервная электростанция. ДГУ запускается при нарушении питания от одного из двух независимых источников. Здесь в работе всегда оба ВУ, загруженные на 50%. Схема безаккумуляторного УБП приведена на рисунке 1.10.

Рисунок 1.10 – Схема безаккумуляторного УБП

Достоинства: простота построения, высокая надёжность. Каждое ВУ работает с 50% нагрузкой. Фильтр общий.

Недостатки: Использование такого УБП требует тщательного технико-экономического обоснования.