Потужність одна з основних характеристик, що беруться до уваги при виборі джерела безперебійного живлення (ІБП). При її визначенні, слід враховувати особливості навантаження.
ARUBA INSTANT WI-FI: ПРОСТІ, ПОТУЖНІ, ДОСТУПНІ
Купівля ДБЖ, потужність якого перевищує ваші потреби, означає витрату грошей даремно. Однак недооцінка необхідної потужності системи безперебійного електроживлення чревата втратою навантаження, що абсолютно неприпустимо. Як максимально точно розрахувати цю характеристику?
Для цього слід знати коефіцієнт потужності навантаження (Power Factor, P), який визначає, яка частина потужності, що надається джерелом електроенергії, дійсно споживається обладнанням (активна потужність). Якщо навантаження поводиться як ідеальний опір, вона поглинає всю подається на неї потужність, тобто P = 1. Ідеальна ємність (конденсатор) або індуктивність (котушка) взагалі не споживають активної потужності (Р = 0), оскільки не перетворять електричну енергію в інші її види. Протягом однієї чверті періоду синусоїди енергія запасається в магнітному полі котушки або в електричному полі конденсатора, а протягом другого - повертається в мережу. Таким чином, в даному випадку має місце лише рециркуляція енергії, а опору котушки і конденсатора, на відміну від активного опору резистора, називають реактивним.
У реальному житті нічого ідеального не існує, тому і значення коефіцієнта потужності навантаження зазвичай знаходиться в інтервалі від 0 до 1. У загальному випадку P обчислюється як відношення поглинається навантаженням активної потужності (вона вимірюється в ватах, Вт) до повної надходить потужності (вимірюється в вольт -амперах, ВА):
коефіцієнт потужності (Р) = активна потужність (Вт) / повна потужність (ВА).
При наявності тільки гармонійних спотворень коефіцієнт потужності дорівнює косинусу кута зрушення фаз між струмом і напругою, тому його часто позначають cos φ. Навантаження з переважанням ємнісної складової характеризується випереджаючим коефіцієнтом потужності (cos φ позитивний), а індуктивна навантаження - відстаючим (cos φ негативний).
Основний навантаженням для ДБЖ є ПК і сервери. У блоки живлення цих пристроїв встановлюється випрямляч з фільтром у вигляді конденсатора, тому вони мають певну ємнісної складової. Коефіцієнт потужності найпростіших блоків живлення, які використовуються в дешевих ПК, може не перевищувати 0,6 - це означає, що лише 60% подається джерелом корисної потужності йде в справу. Насправді для типових ПК ситуація не настільки погана - їх коефіцієнт потужності становить зазвичай 0,8, відповідно, більшість ДБЖ малої потужності проектуються з розрахунком на обслуговування такого навантаження.
Що стосується сучасних серверів, систем зберігання даних і мережевого устаткування (комутатори, маршрутизатори), то тут справи ще краще. У них використовуються блоки живлення з функцією корекції коефіцієнта потужності, тому його значення наближається до 1. Але в розрахунках все ж краще вважати таке обладнання навантаженням з невеликою ємнісної складової, а коефіцієнт потужності приймати рівним 0,95.
А ось кондиціонери, які часто теж захищають за допомогою ДБЖ, являють собою вже навантаження з індуктивної складової, що пов'язано з наявністю електродвигунів в їх компресорах. Коефіцієнт потужності цього обладнання зазвичай знаходиться в інтервалі від 0,6 до 0,8 (див. Таблицю 1).
Як оцінити середній коефіцієнт потужності навантаження, що складається з різнотипного обладнання? Припустимо, в офісі встановлено наступне обладнання:
ПК і сервери, потужність 4500 ВА, Р = 0,95 (випереджаюче);
кондиціонер, потужність 3000 ВА, Р = 0,8 (запізнюється).
Тоді для визначення усередненого коефіцієнта спочатку розраховується усереднене відхилення Р від одиниці:
(4500 ВА × 0,05 3000 ВА × 0,2) / 7500 ВА = - 0,05.
Таким чином, навантаження буде мати індуктивний характер з P = 0,95.
ДВА коефіцієнта ПОТУЖНОСТІ
У специфікації майже будь-якого ДБЖ зазначений його вхідний коефіцієнт потужності. Цей параметр не має ніякого відношення до вихідного коефіцієнту і визначає те, як сам ДБЖ (як навантаження) поводиться по відношенню до зовнішньої мережі. В сучасних ДБЖ, де випрямляч побудований на основі транзисторів IGBT, вхідний коефіцієнт потужності близький до одиниці, а значить, джерело поводиться практично як ідеальне активний опір і майже не вносить спотворень в зовнішню мережу. Значення вхідного P повністю залежить від схемотехніки ДБЖ.
Вихідний коефіцієнт потужності для ДБЖ визначається підключеної до нього навантаженням. Знаючи цю характеристику (поряд з повною потужністю у ВА), можна, помноживши одне на інше, отримати максимальну потужність в Вт, яку джерело здатний обслужити. Якщо коефіцієнт потужності навантаження виявиться більше зазначеного для ДБЖ, останній все одно не зможе перевищити розраховану наведеним вище способом потужність в Вт, а значить, не забезпечить максимального значення ВА.
Звернемося знову до прикладу. Нехай є ІБП номінальною потужністю 60 кВА, розрахованої для навантаження з коефіцієнтом потужності 0,9. Максимальна активна потужність, яку він може обслужити, становить 54 кВт:
60 кВА × 0,9 = 54 кВт.
Навантаження з вказаною повною потужністю, але меншим Р, наприклад 0,8, він обслужить без проблем:
60 кВА × 0,8 = 48 кВт
Але якщо Р навантаження перевищує 0,9, скажімо, дорівнює 0,95, то він вже не в змозі забезпечити потужність 60 кВА:
60 кВА × 0,95 = 57 кВт> 54 кВт.
Як уже згадувалося, коефіцієнт потужності багатьох типів сучасного ІТ-та телекомунікаційного обладнання наближається до 1, тому тут треба бути дуже уважним. Щоб не помилитися, багато фахівців сьогодні при виборі ДБЖ воліють керуватися його вихідною потужністю у Вт.
Якщо вам важко у визначенні коефіцієнта Р, то для повної гарантії слід вибирати ДБЖ, потужність якого в Вт була б більше характеристики навантаження в ВА. Але в цьому випадку можливе істотне завищення потужності ДБЖ. Для більш точного розрахунку слід спочатку обчислити сумарну величину навантаження (в ВА), потім її усереднений Р, після чого, помноживши обидва значення, отримати значення у Вт. Потужність ДБЖ в Вт не повинна бути нижче характеристики навантаження, вираженої в тих же одиницях виміру.
Важливою характеристикою навантаження служать ще два коефіцієнти: Crest Factor і Surge Factor. Перший з них в російськомовній документації часто називають пік-коефіцієнтом (або пік-фактор). Він визначається відношенням максимального (пікового) значення струму до його середньоквадратичного (RMS) значенням. Для хвиль прямокутної форми пік-фактор дорівнює одиниці, для ідеальної синусоїди - 1,414 (√2).
Хоча ми назвали пік-фактор «характеристикою навантаження», насправді на його значення впливають і характеристики джерела електроживлення. Імпульсні блоки живлення комп'ютерів споживають струм дуже нерівномірно, тому для них пік-фактор зазвичай становить від 2 до 3. Але це в тому випадку, якщо на навантаження надходить чиста синусоїда. Якщо ж ДБЖ видають поступово апроксимувати синусоїда (що типово для джерел потужністю менше 1 кВт), то пік-фактор виявляється менше 2 (зазвичай від 1,4 до 1,9). В цілому ж використання ІБП, мережних фільтрів і пристроїв придушення імпульсних перешкод сприяє зниженню пік-фактора. Це, безумовно, позитивний момент, оскільки високий пік-фактор (великий струм) призводить до сильного нагрівання елементів систем електроживлення.
Більшість ДБЖ при повному навантаженні здатні підтримувати пік-фактор 3 (при зниженні навантаження значення цієї характеристики збільшується), тому зазвичай проблем не виникає. Навіть якщо джерело не забезпечує необхідне пікове значення струму, то, як правило, робота блоку живлення навантаження не порушується, можливі лише невеликі спотворення форми електричного сигналу. Однак у великих інсталяціях (наприклад, коли ІБП обслуговує велику кількість ПК) такі спотворення можуть виявитися настільки значними, що здатні привести до порушення функціонування навантаження. Тому бажано, щоб пік-фактор, підтримуваний ІБП, не опинився нижче пік-фактора навантаження.
Для розрахунку середнього пік-фактора навантаження, що складається з різнотипного обладнання, можна порекомендувати той же спосіб, що і для розрахунку середнього коефіцієнта потужності. Звернемося до нашого прикладу:
ПК і сервери, потужність 4500 ВА, пік-фактор = 3;
кондиціонер, потужність 3000 ВА, пік-фактор = 1,4.
Усереднений пік-фактор можна обчислити так:
(4500 ВА × 3 +3000 ВА × 1,4) / 7500 ВА = 2,36.
Якщо заявлений в характеристиках ДБЖ пік-фактор більше зазначеного значення, то проблем не буде.
Значення Surge Factor (на жаль, усталеного російськомовні терміна для цієї характеристики немає) визначає те, наскільки пусковий струм, споживаний навантаженням, перевищує його номінальне значення. Наприклад, для запуску електродвигуна потрібен великий пусковий момент, тому компресори холодильних установок при включенні споживають струм, в кілька разів перевищує номінальний (див. Таблицю 1). Пусковий струм системи освітлення, що використовує звичайні лампи розжарювання, теж може значно перевершувати його номінальне значення. Справа в тому, що питомий електричний опір вольфраму, з якого виготовляють нитки розжарювання, в значній мірі залежить від температури: при 20 ° C його значення становить 55 × 10 -9 Ом × м, при 1 727 ° C - 557х10 -9 Ом × м . Відповідно, пусковий струм буде приблизно в 10 разів перевершувати номінальний.
Що стосується комп'ютерів і серверів, то для них значення Surge Factor зазвичай не перевищує 1,5, і більшість ДБЖ мають достатню перевантажувальну здатність, щоб гарантувати надійне включення і стабільну роботу цих пристроїв. Якщо ж у складі навантаження є обладнання з великим пусковим струмом, то перевантажувальну здатність обраного ДБЖ слід вивчити найретельнішим чином.
Проаналізувавши розглянуті в статті фактори, не забудьте ще й про те, що для забезпечення стійкої роботи обладнання потужність ДБЖ слід вибирати «з запасом» - більше необхідної на 15-25%.
Поділіться матеріалом з колегами і друзями