Расчет времени резерва питания нагрузки от ИБП
- Главная
- Статьи
Как выбрать оптимальную конфигурацию ИБП для организации бесперебойного питания оборудования и бытовых приборов в доме
Ответить на вопрос о выборе конфигурации источника бесперебойного питания для обеспечения надёжного электропитания отопительных и инженерных систем, бытовых электроприборов достаточно сложно. По сути, это уравнение с многими неизвестными. Ведь, заранее неизвестно на сколько плохим будет сетевое электропитание, и какова будет продолжительность отключений электроэнергии.
На первом этапе необходимо определить общую мощность всех потребителей энергии, работу которых необходимо обеспечивать в случае отсутствия сетевого электропитания. Исходя из этого значения необходимо выбрать ИБП мощностью на 20% превышающей максимальное значение нагрузки. После этого нужно определится с ёмкостью внешних аккумуляторных батарей, исходя из необходимого времени резервирования.
Наиболее оптимальным решением бесперебойного питания будет разбить нагрузку на несколько более маленьких групп потребителей. И решать задачи обеспечения резерва раздельно для различных групп потребителей в зависимости от их важности. При выборе конфигурации источника бесперебойного питания и аккумуляторных батарей следует учитывать, что увеличение запаса мощности ИБП не приводит к линейному увеличению длительности резерва. Для обеспечения большой мощности нагрузки необходим более мощный ИБП, а для обеспечения большого времени резерва необходимо увеличивать ёмкость внешних аккумуляторных батарей.
Простой способ расчета времени резерва бесперебойника
Время резерва питания определяется прежде всего двумя параметрами: мощностью полезной нагрузки и общей ёмкостью всех аккумуляторных батарей.
Однако следует отметить, что зависимость времени резерва от этих параметров не линейная. Но для быстрой примерной оценки времени резерва можно использовать простую формулу.
T = E * U / P (часов),
где Е — ёмкость аккумуляторов, U — напряжение аккумуляторов, Р — мощность нагрузки всех подключаемых приборов.
Уточненный способ расчёта времени резерва бесперебойника
Для уточнения расчёта времени резерва дополнительно вводятся специальные коэффициенты: КПД инвертора, коэффициент разряда аккумулятора, коэффициент доступной ёмкости в зависимости от температуры окружающей среды.
С учётом этих коэффициентов формула расчета принимает следующий вид.
T = E * U / P *
где KPD (коэффициент полезного действия инвертора) находится в диапазоне 0,7—0,8,
KRA (коэффициент разряда аккумуляторов) находится в диапазоне 0,7—0,9,
KDE (коэффициент доступной ёмкости) находится в диапазоне 0,7—1,0.
Коэффициент доступной ёмкости имеет сложную зависимость от значения температуры и скорости прикладывания нагрузки. Чем холоднее температура воздуха, тем ниже коэффициент доступной ёмкости. Чем медленнее расходуется энергия батарей, тем больше значения коэффициента доступной ёмкости.
Готовые таблицы значения времени резерва бесперебойников серии SKAT и TEPLOCOM
Таблица примерного времени резерва TEPLOCOM-300
Необходим один внешний аккумулятор напряжением 12 Вольт
| Ёмкость, в Ач | Мощность нагрузки, ВА | ||||
| 100 | 150 | 200 | 250 | 270 | |
| 26 | 2ч 18мин | 1ч 22мин | 55мин | 44мин | 39мин |
| 40 | 3ч 37мин | 2ч 15мин | 1ч 36мин | 1ч 15мин | 1ч 09мин |
| 65 | 7ч 01мин | 4ч 00мин | 2ч 45мин | 2ч 12мин | 1ч 54мин |
| 100 | 12ч 00мин | 7ч 12мин | 5ч 00мин | 3ч 40мин | 3ч 26мин |
Таблица примерного времени резерва TEPLOCOM-1000
Необходимо два внешних аккумулятора напряжением 12 Вольт
| Емкость АКБ, Ач |
Нагрузка, ВА |
|||||||||
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | |
| 2х40 | 9,37 | 4,06 | 2,31 | 1,51 | 1,36 | 1,22 | 1,07 | 0,53 | 0,39 | 0,34 |
| 2х65 | 16,15 | 7,12 | 4,40 | 3,02 | 2,29 | 1,56 | 1,44 | 1,36 | 1,28 | 1,11 |
| 2х100 | 27,11 | 11,55 | 7,33 | 5,23 | 4,12 | 3,05 | 2,44 | 2,22 | 2,01 | 1,49 |
| 2х120 | 32,37 | 14,52 | 9,44 | 6,10 | 5,11 | 4,12 | 3,14 | 2,51 | 2,33 | 2,15 |
| 2х150 | 40,47 | 17,40 | 8,19 | 5,57 | 5,07 | 4,17 | 3,28 | 2,57 | 2,42 | |
| 2х200 | 54,23 | 24,48 | 15,47 | 11,27 | 9,09 | 6,50 | 5,45 | 5,08 | 4,31 | 3,54 |
Таблица примерного времени резерва SKAT-UPS 3000 RACK
Необходимо 8 внешних аккумуляторов напряжением 12 Вольт
| Емкость АКБ, Ач |
Нагрузка, ВА |
|||||
| 500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | |
| 65 | 12ч 20мин | 5ч 10мин | 2ч 55мин | 2ч 15мин | 1ч 40мин | |
| 100 | 19ч 25мин | 8ч 40мин | 5ч 20мин | 3ч 40мин | 2ч 45мин | 2ч 15мин |
| 120 | 23ч 05мин | 11ч 35мин | 7ч 00мин | 4ч 45мин | 3ч 30мин | 2ч 45мин |
| 150 | 28ч 55мин | 14ч 20мин | 8ч 45мин | 6ч 30мин | 4ч 50мин | 3ч 40мин |
| 200 | 38ч 30мин | 19ч 10мин | 12ч 45мин | 8ч 45мин | 7ч 00мин | 5ч 20мин |
Линейка ИБП марок SKAT и TEPLOCOM обеспечивает возможность организации надёжного бесперебойного питания потребителей различной ёмкости и назначения. Бесперебойники дают возможность организовать бесперебойное питание от маленького котла отопления или циркуляционного насоса до питания всего дома или офиса. Специализированные ИБП дают возможность организации бесперебойного питания особо важных объектов, таких как системы связи, коммуникационное оборудование, системы безопасности и контроля.
Как увеличить время резервного питания нагрузки?
Для увеличения времени резерва питания полезной нагрузки есть несколько путей. Все эти способы вытекают из формулы расчета времени резерва.
Для увеличения времени резерва можно увеличить ёмкость внешних АКБ, уменьшить полезную нагрузку, создать оптимальные условия эксплуатации ИБП и аккумуляторных батарей.
Первый вариант — самый простой, но затратный. Для увеличения ёмкости батарей придется покупать более дорогие аккумуляторы и ИБП, позволяющие производить их эффективный заряд. Кроме затрат на оборудование потребуется и выделение специального помещения, предназначенного для хранения и работы аккумуляторных батарей, снабженного хорошей системой вентиляции.
Второй метод — уменьшить нагрузку. Прежде всего нужно разбить нагрузку на группы в зависимости от необходимости обеспечения бесперебойного питания. Если электроэнергии не будет длительное время, то нужно будет выбирать между важностью обеспечения работы инженерных систем отопления, водоснабжения и необходимостью пользоваться холодильником или кондиционером. Так современный холодильник позволяет обеспечить приемлемую температуру около 20 часов, если его лишний раз не открывать. Еще одной группой потребителей является система освещения, для освещения можно использовать автономные источники бесперебойного питания или аварийные светильники со встроенной аккумуляторной батареей. В конечном счёте можно посидеть и при свете фонарика или старой доброй свечи, всё лучше, чем разморозить систему отопления.
Третий метод заключается в повышении качества обслуживания ИБП и батарей. Здесь наиболее важными моментами являются содержание оборудования в чистоте, обеспечение хорошего температурного режима. Отдельно стоит отметить необходимость проведения правильного заряда АКБ и проведения тренировок аккумуляторов. Часто бывает так, что проблем с электричеством нет, и аккумуляторы не подвергаются циклам разряда и заряда. В результате через несколько месяцев резко падает реальная ёмкость АКБ. Для тренировки АКБ необходимо использовать специальное оборудование или имитировать периодически отключение электроэнергии, давая возможность батареям работать.
Товары из статьи:
skat-ups.ru
Расчёт времени резерва питания от ИБП
09-03-2013
Определение необходимого времени автономной работы ИБП
Учитывая возможность отключения внешнего электропитания дома, необходимо знать (определить) расчётное время автономной работы источника бесперебойного питания котла отопления. Причин, по которым может пропасть напряжение в сети, достаточно много. Это может быть авария на линиях электропередач, авария на трансформаторной подстанции, обрыв подводящих линий электросети, замыкание проводки внутри дома, существенные искажения параметров поставляемого тока, переход поставщика энергии на графики временных отключений потребителей.
Однако, какой бы ни была причина отключения электроэнергии, необходимо обеспечить эффективное и надёжное электропитание отопительного оборудования. Остановка системы отопления в зимнее время может привести к размораживанию системы и большим расходам по её ремонту и ремонту помещений.
Длительность отключений электроэнергии существенно различается в разных районах города или в разных поселениях. Для примерной оценки времени возможных отключений нужно провести длительные наблюдения или опрос соседей.
Если длительность отключений не превосходит одних суток, то задачу обеспечения бесперебойным электропитанием системы отопления можно решить с помощью установки нужного ИБП. Если длительность отключений превосходит сутки, то для решения задачи бесперебойного питания лучше использовать комбинацию двух приборов: ИБП и электрогенератор.
Расчёт времени автономной работы ИБП системы отопления дома
После того, как мы определились с желаемой длительной автономной работы системы отопления, можно переходить к проектированию системы бесперебойного питания отопительного оборудования.
На этом этапе нужно определить общую электрическую мощность всех приборов системы отопления, для которых необходимо обеспечивать автономное электропитание.
Точное значение электрической мощности отопительного оборудования можно найти в технических паспортах данных приборов. Для расчёта конфигурации источника бесперебойного питания и времени его автономной работы можно использовать приблизительные значения мощности приборов.
Электрическая мощность настенных газовых котлов отопления обычно находится в диапазоне от 100 до 200 Вт.
Электрическая мощность напольных газовых котлов отопления обычно находится в диапазоне от 50 до 150 Вт.
Электрическая мощность внешних циркуляционных насосов обычно находится в диапазоне от 50 до 200 Вт.
Значения некоторых популярных котлов отопления вы найдёте в статье Электрическая мощность настенных и напольных газовых котлов.
Аналитический метод расчета времени автономной работы бесперебойника для котла
Длительность автономной работы ИБП с внешними аккумуляторными батареями зависит в первую очередь от общей ёмкости всех АКБ. Фактически, при работе ИБП происходит перевод энергии заряда аккумуляторных батарей в электрическую энергию с напряжением 220 Вольт. Так как инвертор бесперебойника не является абсолютно идеальным прибором и имеет потери, то необходимо учитывать коэффициент его полезного действия. Кроме того, аккумуляторные батареи не могут высвободить все 100 % энергии, нужно учитывать коэффициент доступной ёмкости АКБ.
С учетом этих коэффициентов формула расчёта принимает следующий вид:
T = E * U / P * KPD * KDE (часов),
где E — ёмкость всех подключенных АКБ, U — напряжение АКБ, P — мощность нагрузки, KPD примерно равен 0,8, KDE равен примерно 0,9.
Коэффициенты доступной ёмкости и полезного действия не являются фиксированными величинами. Эти коэффициенты зависят от скорости расхода энергии, от температуры и влажности воздуха.
Приведём несколько примеров расчётов времени автономной работы ИБП:
- Используются АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 60 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
T = 60 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 3,5 ч - Используются АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 150 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
T = 150 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 8,6 ч - Используются два АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 150 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
T = 2 х 150 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 17,2 ч - Используются два АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 120 Ач. ИБП осуществляет питание напольного котла отопления электрической мощностью 50 Вт и двух циркуляционных насосов мощностью 100 Вт каждый.
В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
T = 2 х 120 х 12 / (50 + 2 х 100) х 0,8 х 0,9 = 8,3 ч - Используются три АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 200 Ач. ИБП осуществляет питание напольного котла отопления электрической мощностью 50 Вт и трех циркуляционных насосов мощностью 100 Вт каждый
В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
T = 3 х 200 х 12 / (50 + 3 х 100) х 0,8 х 0,9 = 14,8 ч - Используются три АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 200 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 130 Вт
В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
T = 3 х 200 х 12 / 130 х 0,8 х 0,9 = 40 ч
Использование таблиц для расчёта времени автономного бесперебойного питания
Для расчёта времени резерва источников бесперебойного питания для систем отопления можно использовать специальную таблицу. Таблица составлена на основе использования формулы расчёта времени автономной работы ИБП. При расчёте данных использовались следующие значения вспомогательных коэффициентов: КПД источника бесперебойного питания 80%, коэффициент доступной ёмкости аккумуляторной батареи 90%.
Таблица расчёта времени автономной работы ИБП для котлов отопления по общей ёмкости подключенных АКБ в зависимости от величины полезной нагрузки.
| Общая ёмкость и напряжение АКБ | Нагрузка 100 Вт |
Нагрузка 150 Вт |
Нагрузка 200 Вт |
Нагрузка 300 Вт |
Нагрузка 400 Вт |
Нагрузка 500 Вт |
| 40 Ач, 12 В | 3,5 ч | 2,3 ч | 1,7 ч | — | — | — |
| 60 Ач, 12 В | 5,2 ч | 3,5 ч | 2,6 ч | — | — | — |
| 100 Ач, 12 В | 8,6 ч | 5,8 ч | 4,3 ч | 2,9 ч | 2,2 ч | 1,7 ч |
| 150 Ач, 12 В | 13 ч | 8,6 ч | 6,5 ч | 4,3 ч | 3,2 ч | 2,6 ч |
| 200 Ач, 12 В | 17,3 ч | 11,5 ч | 8,6 ч | 5,8 ч | 4,3 ч | 3,5 ч |
| 300 Ач, 12 В | 25,9 ч | 17,3 ч | 13 ч | 8,6 ч | 6,5 ч | 5,2 ч |
| 400 Ач, 12 В | 34,6 ч | 23 ч | 17,3 ч | 11,5 ч | 8,6 ч | 6,9 ч |
| 500 Ач, 12 В | 43,2 ч | 28,8 ч | 21,6 ч | 14,4 ч | 10,8 ч | 8,6 ч |
| 600 Ач, 12 В | 51,8 ч | 34,6 ч | 25,9 ч | 17,3 ч | 13 ч | 10,4 ч |
Примечание: ориентировочное время резерва указано при следующих условиях:
- АКБ полностью заряжена;
- температура АКБ +25 °С;
- фактическая ёмкость АКБ соответствует номиналу, указанному на АКБ.
Указано время для НЕПРЕРЫВНОГО режима работы. В циклическом режиме работы время увеличится пропорционально.
Время работы в значительной степени может отличаться от полученных значений в зависимости от типа производителя АКБ, а также от остаточной ёмкости АКБ.
При выборе ИБП для котла отопления следует учитывать следующие параметры:
- максимальную полную мощность подключаемой полезной нагрузки с учётом реактивной нагрузки;
- максимальную разрешенную ёмкость подключаемых АКБ;
- время заряда батарей указанной ёмкости.
Более точные таблицы расчёта длительности резерва источника бесперебойного питания для систем отопления вы найдёте в технических спецификациях специализированных ИБП в разделе Источники бесперебойного питания.
Читайте также по теме:
Тех. поддержка
Бастион в соц. сетях
Канал Бастион на YouTube
teplo.bast.ru
формулы для расчета основных параметров
Правильный подбор источника бесперебойного питания является неотъемлемым залогом надёжности системы электроснабжения. Параметры ИБП должны быть строго сопоставимы с нагрузкой, которая будет подключена к ИБП. Иначе источник бесперебойного питания не принесёт желаемой пользы, а деньги будут потрачены напрасно.
Как рассчитать бесперебойник? Для этого необходимо учесть ряд параметров, ключевым из которых является мощность. Если вы купите ИБП, обладающий мощностью меньшей в сравнении с нагрузкой, то он просто не будет работать. Чтобы достаточно точно посчитать мощность необходимо вспомнить немного физики.
Коэффициент мощности нагрузки или по-другому Power Factor имеет очень важное значение при расчете мощности бесперебойника. Эта цифра показывает какую долю мощности реально потребляет нагрузка, то есть активная мощность. Если рассматривать нагрузку как идеальное сопротивление, то в этом случае значение коэффициента будет равно единице, что является максимальным значением. Конденсаторы и катушки не являются потребителями мощности, поэтому для них значение коэффициента равно нулю. В оборудовании возможно преобладание как емкостной, так и индуктивной составляющей.
К оборудованию с ёмкостной составляющей относятся компьютеры и серверы. Индуктивная составляющая присутствует в устройствах с электродвигателями, это может быть насос, кондиционер и т. п. Эта информация необходима в том случае, когда ИБП будет защищать оборудование разного типа, так как у первых коэффициент мощности стремится к единице, а у вторых находится в интервале от 0,8 до 0,9. В таком случае необходимо найти средний коэффициент мощности, чтобы получить точный результат.
Как рассчитать мощность ИБП, зная коэффициент мощности нагрузки? Чтобы вычислить мощность необходимо перемножить номинальную мощность ИБП на коэффициент мощности. В результате операции получается число, которое показывает максимальную активную мощность, которую сможет обслуживать источник бесперебойного питания. Например, мощность ИБП составляет 100 кВА, а коэффициент мощности нагрузки равен 0,9. В таком случае активная мощность нагрузки составит 90 кВт. Суммарная мощность нагрузки не должна превышать 90 кВт, а лучше если она будет несколько меньше.
Таких сложностей при расчёте мощности можно избежать, если использовать в качестве показателя выходной мощности бесперебойника. В таком случае расчет источника бесперебойного питания будет выполнен без ошибок. Большая ошибка сопоставлять мощности, выраженные в вольт-амперах и ваттах, так как величины значимо отличаются.
Также следует учитывать то, что потребляемая техникой мощность может быть несколько ниже номинальной. Такое может быть в самых различных случаях. Например, если рассматривать компьютеры, то их мощность в большинстве случаев определяется по мощности блока питания. Но не во всех случаях такой алгоритм расчёта является верным. Так, например, на компьютере может установлен блок питания, имеющий мощность 450 Вт, но суммарная мощность компонентов компьютера всего 120 Вт. Таких особенностей может быть очень много и их нужно учесть, выполняя расчет бесперебойника.
Другая ситуация, которую нужно учесть, чтобы произвести расчет работы ИБП связана с холодильником. Например, он может иметь мощность в 250 Вт, но стоит учитывать, что работает холодильник не постоянно, а только через некоторые промежутки времени. В таком случае необходимо узнать годовое потребление электроэнергии. В расчётах необходимо использовать это значение, делённое на 9. Следует заметить, что мощность нагрузки необходимо считать в ваттах.
На некоторых сайтах можно встретить расчет мощности ИБП онлайн, но они не могут выдать точных данных, потому что не учитывают подобных нюансов. Если же вы всё-таки решитесь воспользоваться подобными сервисами, то в добавок к полученному результату необходимо добавить порядка 20%. Немаловажно задуматься о перспективе роста мощности нагрузки. При росте нагрузки в будущем, лучше сразу приобрести более мощный ИБП. Аналогичная ситуация обстоит с сервисами, которые позволяют произвести расчет времени работы ИБП онлайн.
Расчёт АКБ
Второе, что нужно знать о том, как рассчитать источник бесперебойного питания, это емкость АКБ. Аккумуляторные батареи обеспечивают питание нагрузки при отсутствии питания в магистральной сети.
Если требуется расчет емкости ИБП для заданной мощности и времени работы, то применяется простая формула:
Емкость= 100*время*мощность нагрузки
Время автономной работы выражается в часах, а мощность нагрузки в киловаттах. Обращаем ещё раз внимание, что мощность выражается не в вольтамперах. Например, источник бесперебойного питания защищает компьютер с мощностью 500 Вт (0,5 кВт). Источник бесперебойного питания должен обеспечить время работы равное 2 часам. При таких условиях формула, позволяющая произвести расчет емкости батарей для ИБП приобретает следующий вид:
100*0,5кВт*8ч=400 Ач
Таким образом для нагрузки с мощностью 500 Вт для обеспечения работы в течение 8 часов необходима ёмкость аккумуляторов равная 400 Ач. Такой расчет емкости аккумулятора для ИБП применим для АКБ с напряжением 12 В. Кроме того, нужно учесть, что формула пригодна для длительного времени работы от аккумулятора, а именно порядка 9-10 часов. Это обусловлено тем, что зависимость ёмкости аккумулятора от времени заряда не имеет линейный характер на всём протяжении.
Если время работы меньше, то необходимо вводить поправки. Это связано с тем, что при маленьком времени ток разряда большой и аккумулятор отдаёт нагрузке только некоторую часть своей ёмкости. Так, если необходимо время работы в 30 минут, то результат надо поделить на два, для 2 часов уменьшить на 40%, для 4 часов – 30%, для 6 часов – 40%. Чтобы определить точно значение необходимо использовать точное значение КПД инвертора, который установлен на ИБП и сопоставить данные с кривого разряда определённого типа аккумуляторов.
После того, как найдена суммарная ёмкость, необходимо выполнить расчет количества аккумуляторных батарей для ИБП. Чтобы его выполнить нужно суммарную ёмкость разделить на ёмкость одного аккумулятора. В нашем случае суммарная ёмкость составила 400 Ач. Предположим, что ёмкость одного аккумулятора равна 50 Ач. В таком случае нам понадобится 8 таких аккумуляторных батарей.
Время работы
Многих пользователей интересует время работы, которое сможет обеспечить тот или иной бесперебойник. Как рассчитать время работы бесперебойника? Для этого необходимо знать мощность подключенной нагрузки к ИБП, коэффициент полезного действия инвертора и суммарную ёмкость АКБ.
Суммарный расчет аккумуляторных батарей для ИБП производится крайне просто. В большинстве случаев источники бесперебойного питания содержат в себе типовые аккумуляторы. Чтобы выполнить суммарный расчет батарей для ИБП нужно умножить их количество на ёмкость одной аккумуляторной батареи.
Чтобы расчет времени автономной работы ИБП КПД инвертора рекомендовано принимать равным 0,85. Суммарная мощность нагрузки должна быть выражена в ваттах. О том, как её найти мы говорили в начале статьи.
Расчет времени работы ИБП проводится по следующей формуле:
Время=суммарная ёмкость акб*напряжение акб*(КПД инвертора/мощность нагрузки)
Полученное значение является приближённым и может меняться в процессе срока службы источника бесперебойного питания. Расчет времени ИБП является приближённым, так как время зависит от износа АКБ и условий эксплуатации, в основном от температуры воздуха. Так, например, рост температуры на один градус после отметки 40°C снижает ёмкость аккумулятора на 5%, что является очень существенным. Для максимального срока службы рекомендовано понижать нагрузку на бесперебойник на каждые 10 градусов после 25°C на 20%. Или же можно организовать хорошую систему охлаждения и не допускать вообще какого-либо роста температуры, за что источник бесперебойного будет только благодарен.
Если подобные расчёты для вас являются непонятными, то вы можете обратится к специалистам в этой области или же использовать специальный калькулятор — программа расчета ИБП. Однако, в этом случае необходимо использовать проверенный софт, созданный профессионалами, чтобы избежать ошибок и неверного выбора ИБП. Плюсом таких программ является расчет трансформаторов ИБП. При расчёте можно выбрать тип сердечника у трансформатора. При вычислениях учитываются потери, которые возможны в сердечнике и медных проводах.
Возможны случаи, когда нет необходимости в абсолютно точных данных. В таком случае можно воспользоваться специальными таблицами, в которых приведено время автономной работы для различных видов источников бесперебойного питания. Данные таблицы включают в себя время работы в зависимости от ёмкости аккумуляторных батарей и суммарной мощности нагрузки. Таким образом, вы можете сопоставить свои данные с табличными и узнать примерное время.
Зная то, как рассчитать ИБП можно сделать наиболее правильный выбор ИБП. Теперь вы знаете, что время автономной работы зависит не от мощности ИБП или от суммарного напряжения АКБ, а от ёмкости аккумуляторов. Поэтому при выборе ИБП нужно отдавать предпочтение с большей ёмкостью аккумуляторов при соответствии с заданной мощностью. Такой выбор позволит обеспечить максимальную автономность.
eaton-enkom.ru
Особенности расчёта времени резервирования технических средств СОУЭ и времени эвакуации людей из помещений при пожаре
1. Основные требования
Система оповещения и управления эвакуацией СОУЭ является наиважнейшей составляющей системы безопасности людей находящихся внутри здания. К техническим средствам СОУЭ предъявляются высокие требования:
— по надежности;
— по помехо-, вибро-, электромагнитной устойчивости;
— по обеспечению аппаратного контроля;
— по обеспечению контроля целостности линий оповещателей, управляющих, контролирующих и питающих устройств
— к соединительным кабелям и проводам;
— к бесперебойному питанию.
Основные требования к бесперебойному питанию сводятся к следующему:
СОУЭ должны функционировать в течение времени, необходимого для завершения эвакуации людей из здания, сооружения, строения.
При пропадании питания СОУЭ должна функционировать в течение 24 часов в дежурном режиме плюс один час в режиме тревоги. Если в части проекта осуществляется расчет времени эвакуации, то в этом случае время резервирования в тревожном режиме должно составлять 1,3 времени эвакуации.
Электропитание СОУЭ необходимо осуществлять совместно с резервным источником таким образом, чтобы система оставалась полностью работоспособной без выдачи ложных срабатываний в течение времени, необходимого для полной эвакуации людей в безопасное место.
По степени надежности электропитания СОУЭ относится к потребителям первой категории, снабженным устройством автоматического ввода резерва (АВР), обеспечивается электроэнергией от двух независимых источников по двум линиям, проложенным по разным трассам. Независимо от наличия АВР СОУЭ нуждается в дополнительном резервировании на время ввода второго источника (срабатывания и переключения АВР).
2. Нормативные требования
1. Резервное электропитание технических средств оповещения должно осуществляться:
— от второго независимого ввода сети переменного тока;
— от источника питания постоянного тока;
— автономным электроагрегатом переменного тока.
Примечание. В качестве резервного источника постоянного тока могут быть использованы сухие гальванические элементы или аккумуляторные батареи.
2. Время работы технических средств оповещения от резервного источника постоянного тока в дежурном режиме должно быть не менее 24 часов.
3. Время работы технических средств оповещения от резервного источника постоянного тока в тревожном режиме должно быть не менее 1 часа. Не всегда имеется возможность обеспечить независимый ввод сети переменного тока. На этот случай приведем более подробные рекомендации:
4. При невозможности по местным условиям осуществлять питание СОУЭ от двух независимых источников допускается организовать питание от одного источника: от разных трансформаторов, двухтрансформаторной или двух однотрансформаторных подстанций, подключенных к разным питающим линиям, проложенным по разным трассам, с устройством АВР на стороне низкого напряжения.
5. При отсутствии в системе электроснабжения здания источников питания, оговоренных в пунктах 1-3, для резервного питания СОУЭ используются аккумуляторные батареи на напряжение, указанное в технических условиях на КТС СОУЭ. При этом устройства СОУЭ в нормальном режиме подключаются через понижающие трансформаторы соответствующего напряжения. Аккумуляторные батареи находятся на постоянной подзарядке от основного ввода питания.
6. Емкость аккумуляторных батарей обеспечивает питание электроприемников в течение 24 ч в дежурном режиме и не менее времени эвакуации в режиме «Тревога».
3. Особенности использования АКБ в качестве средства резервирования СОУЭ
Аккумуляторные батареи АКБ, широко применяются для резервирования технических средств СОУЭ. Наиболее распространенными являются герметичные свинцово-кислотные (SLA) перезаряжаемые не обслуживаемые аккумуляторы, рис.1.
Рис. 1 — Внешний вид АКБ, DJM 1245
К достоинству SLA аккумуляторов можно отнести эксплуатационную безопасность, относительно медленный саморазряд, возможность подзарядки, не критичность к условиям заряда. Недостатками являются большой вес, сокращение жизни батарей при глубоких разрядах и ухудшение эксплуатационных характеристик при нарушении температурного режима и перегрузке.
Большинство СОУЭ питаются от напряжения 24 В. Для их питания можно использовать пару АКБ (2х12 В), соединенных последовательно. Одной из важных характеристик АКБ является емкость. Емкость определяет энергию аккумулятора и, как следствие, величину допустимой нагрузки. При длительной работе АКБ разряжается, что сопровождается падением напряжения на его выводах. Аккумулятор считается разряженным при достижении (конечного) напряжения, определяемого характеристиками.
При работе с SLA АКБ нужно обратить внимание на следующие обстоятельства:
— при уменьшении температуры от 20 до 0 градусов Цельсия, емкость аккумулятора уменьшается примерно на 15%. При уменьшении температуры еще на 20 градусов емкость аккумулятора падает еще на 25%;
— при повышении температуры от 20 до 40 градусов Цельсия емкость аккумулятора возрастает примерно на 5%;
— не следует допускать глубокого разряда АКБ.
Для правильного определения величины нагрузки необходимо воспользоваться техническими характеристиками аккумулятора, рис. 2.
Рис. 2 — Разрядные характеристики АКБ, DJM 1245
Из разрядных характеристик можно проследить зависимость напряжения на клеммах АКБ от величины нагрузки и времени разряда (штрихпунктирная линия). Данное напряжение следует сопоставить с допустимым напряжением питания резервируемых средств. Из графика, рис. 2 видно:
— если АКБ нагрузить полностью (кривая 1С), то время разряда батареи составит менее 30 мин;
— если АКБ нагрузить не более чем на 65% (кривая 0,65 С), то время разряда батареи составит более 1 ч.
Для мощных АКБ желательно использовать зарядное устройство с регулируемым уровнем заряда работающее как в режиме подзарядки, так и в буферном режиме. Зарядное устройство выбирается в зависимости от емкости и напряжения АКБ. Зарядный ток не должен превышать 10% от емкости АКБ: Jзар ≤ 0,1 C, где C – емкость АКБ, Ач.
4. Организация технических средств СОУЭ, обеспечивающая длительное резервирование
Наиболее жестким с точки зрения существующих нормативов является требование по обеспечению резервного питания технических средств СОУЭ в течение дежурного режима. Для обеспечения данного требования технические средства СОУЭ необходимо разбить на 2 группы (Независимо от режима работы, резервированию подлежат только блоки, выполняющие функции СОУЭ):
— средства, работающие в дежурном режиме;
— средства, работающие в тревожном режиме.
На рис. 3 представлена схема организации технических средств СОУЭ при резервировании от АКБ.
Рис. 3 — Организация технических средств СОУЭ при резервировании от АКБ
Контроллер питания следит за напряжением на основном вводе и при его пропадании выдает команду на подключение блоков, работающих в дежурном режиме, к резервному вводу, к которому подключены АКБ и зарядное устройство.
Под дежурным режимом будем понимать режим функционирования, в котором задействовано минимальное количество узлов системы (с минимальным энергопотреблением каждого узла) находящихся на дежурстве. Данные блоки (узлы) активируются от автоматической установки пожарной сигнализации АУПС и должны иметь возможность оперативного включения технических средств, отвечающих за тревожный режим. В дежурном режиме все крупные потребители, например, усилители должны находиться в режиме минимального потребления и оперативной готовности к включению в режиме тревоги.
Тревожный режим активируется командным сигналом, поступающим от пожарной станции. В тревожном режиме задействуются все технические средства, необходимые для решения основной задачи (см. основные требования).
5. Расчет времени резервирования технических средств СОУЭ при работе с АКБ
Расчет мощности АКБ
Основными параметрами, необходимыми для расчета мощности, являются его емкость C и напряжение U на его отводах, определяемое параметрами и количеством АКБ. Емкость аккумулятора определяет максимальный ток I и, как следствие, величину нагрузки которую он сможет обеспечивать в течение требуемого времени.
Емкость аккумулятора C измеряется в ампер-часах (Ач, при маленькой емкости – в миллиампер-часах (мАч)). и является произведением постоянного тока разряда аккумулятора на время разряда (в часах):
Энергия W накапливаемая в аккумуляторе, зависит как от его емкости (1), так и от напряжения U:
Аккумуляторные батареи строятся следующим образом. При параллельном соединении нескольких АКБ емкость аккумуляторной батареи C увеличивается пропорционально их количеству (пример последовательного соединения 2-х АКБ изображен на рис. 1.). При последовательном соединении нескольких АКБ U на крайних отводах такой составной батареи также увеличивается пропорционально их количеству. Другими словами, при параллельном подключении АКБ суммарная мощность увеличивается за счет увеличения тока, при последовательном соединении, за счет увеличения напряжения. В составных батареях, используемых в блоках бесперебойного питания (UPS), используется последовательно параллельное подключение, рис. 4.
Рис. 4 — Пример построения составной аккумуляторной батареи
Мощность составной батареи складывается из мощностей каждого аккумулятора. Общая энергия батареи E_б, составленной из нескольких АКБ одинаковой мощности:
Расчет мощности, потребляемой техническими средствами СОУЭ
По существующим нормативам при пропадании питания СОУЭ должна функционировать в течение 24 ч дежурного времени и времени, необходимого до завершения эвакуации людей, в режиме тревоги. Для минимизации средней мощности потребления в течение всего периода технические средства СОУЭ разбиваются на две группы, мощности каждой из которых рассчитываются отдельно.
Суммарная мощность потребления блоков, находящихся в дежурном режиме:
Суммарная мощность потребления блоков, находящихся в тревожном режиме:
Средняя мощность, потребляемая техническими средствами СОУЭ в течение дежурного Tд и тревожного Tтр времени:
Проверка расчета
Допущение: Входные параметры АКБ можно брать непосредственно из технических характеристик, не опираясь на нагрузочные характеристики, так как последние ориентированы на активную нагрузку (например, электрический чайник).
Запишем критерий (правильности) расчета времени резервирования технических средств СОУЭ, при резервировании от АКБ:
6. Пример расчета
Воспользуемся результатами, полученными выше, и рассчитаем время резервирования СОУЭ, построенной на 2-х блоках: комбинированной системе ROXTON RA-8236 и блоке сообщений ROXTON VF-8160. Схема включения данных устройств, обеспечивающая оптимальный режим работы, дана в Приложении 1.
Входные данные для расчета
Характеристики блока сообщений ROXTON VF-8160:
— Мощность потребления в дежурном режиме (по 24 В) – 0 Вт;
— Мощность потребления в тревожном режиме (по 24 В) – 12 Вт;
Характеристики комбинированной системы ROXTON RA-8236:
— Мощность потребления в дежурном режиме (по 24 В) – 7,2 Вт;
— Мощность потребления в тревожном режиме (по 24 В) – 14,4 Вт;
— Мощность потребления в тревожном режиме (по 24 В) при полной нагрузке – 400 Вт;
— Мощность нагрузки усилителя (80% от полной мощности – 360 Вт ) – 288 Вт.
Расчет
1. Рассчитаем мощность потребления (блоков) в течении дежурного режима (Рд):
Pд = Тд * Pд = 24*7,2=173 Вт
2. Рассчитаем мощность потребления (блоков) в тревожном режиме для времени тревожного режиме Ттр=1 час:
Ртр = Ттр (Ртр + Pд) = 1*(0,8*400 + 12) = 332 Вт
3. Рассчитаем суммарную мощность потребления блоков:
Pсум = (Ртр + Pд) = 173+332 = 505 Вт
4. Рассчитаем ток потребления СОУЭ.
Iсум = Pсум / 24 = 505/24 = 21 Ач
Вывод: для резервирования данной системы необходимо выбрать пару АКБ емкостью не менее 21 А.
7. Питание системы оповещения от источника бесперебойного питания
На современном рынке присутствует большое разнообразие источников бесперебойного питания (ИБП). Производители, выдвигая на передний план те или иные преимущества, обычно скрывают недостатки своих брендов, поэтому для работы с СОУЭ желательно использовать ИБП, которые прошли надлежащую сертификацию.
Основной характеристикой ИБП является полная мощность, измеряемая в ВА (Вольт-Амперах). Полную мощность не следует путать с активной мощностью или мощностью нагрузки, измеряемой в ваттах. Если производитель для своего ИБП не указывает мощность в ваттах, то для ее получения необходимо полную мощность умножить на коэффициент «0,7». Данный коэффициент называется коэффициентом мощности (Power Factor), равен отношению активной мощности к полной мощности (Вольт-Ампер) и определяет характер нагрузки (активная или реактивная (комплексная)).
Длительную работу резервируемой системы при пропадании питания обеспечивают аккумуляторные батареи (АКБ), которые могут быть как встроенными, так и внешними. Большинство ИБП содержат встроенные АКБ, но для увеличения емкости могут предлагаться и дополнительные внешние АКБ, позволяющие увеличить время резервирования. При одновременной работе (комбинировании) внутренних и внешних АКБ необходимо удостовериться в том, что суммарная энергия (W) этих АКБ, не превысит возможности ИБП.
На рис. 5 изображен мощный ИБП со встроенными АКБ, предназначенный для установки в электротехнический шкаф.
Рис. 5 — Внешний вид стоечного блока бесперебойного питания JPX-3000
В современных ИБП встроенные зарядные устройства управляются процессором, который автоматически определяет, оптимизирует режим подзарядки, осуществляет полный контроль параметров, управляет внешней индикацией режимов. Программное управление позволяет дистанционно контролировать и управлять параметрами ИБП. К достоинствам ИБП по сравнению с АКБ можно отнести простоту монтажа, удобство в обслуживании и самое главное, большую безопасность.
Для расчета мощности E, эффективно резервируемой ИБП, необходимо учитывать дополнительный коэффициент , учитывающий потери на инвертирование:
Приложение 1
Схема подключения блока сообщений ROXTON VF-8160 к комбинированной системе ROXTON RA-8236, обеспечивающая оптимальный режим работы в дежурном режиме
Рис. 6 — Схема подключения
Особенность данного подключения заключается в том, что блок сообщений ROXTON VF-8160 в дежурном режиме полностью обесточен. В тревожном режиме он активируется от терминального усилителя RA-8236 и включается в работу. Такое включение позволяет за период дежурного времени сэкономить 24*12=288 Вт.
Приложение 2
Схема включения блоков системы аварийного оповещения и музыкальной трансляции ITC-ESCORT, обеспечивающая длительное время резервирования.
На рисунке ниже представлен фрагмент системы оповещения, реализованный на системе ITC-ESCORT. Система работает в 2-х режимах: режим тревожного оповещения и режим музыкальной трансляции. ИБП осуществляет резервирование по питанию только тех блоков, которые отвечают за дежурный и тревожный режим. Блоки, реализующие музыкальную трансляцию не резервируются.
Рис. 7 — Схема подключения
Работа системы осуществляется следующим образом (на схеме сигналы управления и включения, обозначены пунктирными линиями). Управление 10-ю линиями громкоговорителей осуществляет автоматический селектор ITC ESCORT T-6212, к которому через селектор зон ITC ESCORT T-6202 подключены 2 независимых усилителя: ITC ESCORT T-120 – усилитель, работающий в режиме музыкальной трансляции, ITC ESCORT T-61500 – высокоприоритетный усилитель, работающий в тревожном режиме. Аварийный усилитель ITC ESCORT T-61500 запитан от отключаемых (управляемых) розеток распределителя питания ITC ESCORT T-6216. В дежурном режиме данные розетки обесточены. Автоматический селектор Т-6212, также как и аварийная панель ITC ESCORT T-6223A, отвечающая за включение тревожного сообщения находятся на дежурстве и должны быть подключены к статическим (не отключаемым) розеткам распределителя питания ITC ESCORT T-6216. При поступлении сигнала включения от системы пожарной сигнализации, на выходе автоматического селектора возникает контрольный сухой контакт, который активирует распределитель питания. На выходе отключаемых розеток возникает напряжение 220В, которое запитывает селектор зон ITC ESCORT T-6202 и усилитель ITC ESCORT T-61500. Блоки, отвечающие за музыкальную трансляцию – усилитель ITC ESCORT T-120 и CD-проигрыватель ITC ESCORT T-6221 не резервируются.
www.proektant.ru
Расчет времени автономной работы ИБП
Резервирование питания ТСО.. Дежурный режим ТСО.. Режим тревоги ТСО.. Аккумуляторная батарея (АБ).. Номинальная емкость АБ.. Минимальное напряжение АБ.. Разрядные характеристики АБ.. Источники бесперебойного питания.. РИП-12.. Расчет времени работы ИБП.. В качестве резервных источников питания в ТСО широко используются блоки бесперебойного питания со встроенными или внешними аккумуляторными батареями (АБ). К их основным техническим характеристикам относятся выходное напряжение источника при питании от сети и от АБ, номинальный и максимальный токи нагрузки, величину пульсаций и др. Необходимо также учитывать допустимый диапазон напряжения сети, диапазон рабочих температур и т.д.Однако самой важной технической характеристикой, несомненно, является время резервирования питания при отключении сети. Нередко в документации оно вообще не указывается. А так как чаще всего резервный источник питания поставляется без АБ, то за обеспечение времени резерва никто не отвечает, и его расчет производится простейшим образом, только исходя из номинальной емкости АБ, которая указывается, как произведение тока разряда в амперах и времени разряда в часах. Иногда учитывается снижение емкости в процессе эксплуатации за счет старения АБ, например на 25%.
Такой подход к оценке времени работы ИБП неприемлем. Почему? Давайте разбираться.
Зависимость емкости АБ от тока разряда
В блоках бесперебойного питания используются герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы по ГОСТ Р МЭК 61056-1-99 «Портативные свинцово-кислотные аккумуляторы и батареи (закрытого типа). Часть 1. Общие требования, функциональные характеристики. Методы испытаний». Они не требуют обслуживания в процессе эксплуатации, работоспособность обеспечивается в любом положении, выделяющийся газ рекомбинируется на 99%, а для исключения повышения давления во всех элементах имеются предохранительные клапаны. Производители АБ отмечают, что для нормальной эксплуатации достаточно наличия естественной вентиляции.
ГОСТ Р МЭК 61056-1-99 представляет собой полный аналог международного стандарта МЭК 61056-1 (1991), что позволяет однозначно трактовать характеристики АБ отечественных и зарубежных производителей. В маркировке АБ указывается производитель, тип батареи, ее номинальное напряжение, равное удвоенному числу элементов АБ (n*2, В), а также гарантированная емкость (С20) и дата выпуска. Например, АБ, состоящая из 6 элементов, имеет номинальное напряжение 12 В, а указанная емкость 7 А*ч гарантирует, что свежеизготовленная АБ при температуре +25 °С обеспечивает ток разряда 0,35 А в течении 20 часов при снижении напряжения не более, чем до 10,5 В.
При проектировании резервных источников питания необходимо учитывать, что емкость АБ значительно снижается при повышении тока разряда.
На рис. 1 приведены зависимости выходного напряжения АБ емкостью 7 А*ч при различных токах разряда (разрядные характеристики). На разрядных характеристиках наблюдаются три зоны. В течение примерно 1 минуты после подключения к АБ нагрузки происходит линейное снижение напряжения до уровня, величина которого зависит от тока разряда.Далее в течение некоторого времени напряжение остается достаточно стабильным, а затем происходит его резкое снижение до защитного отключения.
При повышении тока разряда АБ емкостью 7 А*ч до 1,08 А, время разряда сокращается до 5 часов, что соответствует емкости 5,4 А*ч, а при токе 4,4 А разряд происходит за 1 час (при снижении напряжения до критических 9,5 В), что соответствует емкости 4,4 А*ч…
Таким образом, при увеличении тока разряда емкость АБ нелинейно уменьшается, а время резерва при этом оказывается существенно меньше, чем можно было предположить, исходя из номинальной емкости батареи. Очевидно, что нужно учитывать эту особенность АБ при проектировании источников резервного питания.
Оптимальным вариантом является расчет времени работы ИБП (при отключении основного питания) по разрядным характеристикам аккумуляторной батареи.
Пример расчета времени работы ТСО
Определение времени работы ИБП при отключении основного и резервного питания рассмотрим на примере расчета системы электропитания технических средств охраны (ТСО) газораспределительной станции (ГРС).
Исходные данные:
● Электропитание ГРС осуществляется по II категории электроснабжения;
● В качестве резервного питания используется микротурбинная газовая установка «Capston C30»;
● В качестве бесперебойного питания ТСО используется РИП-12 с возможностью подключения двух аккумуляторных батарей 17А*ч.
Подключение РИП-12 к сети переменного тока 220 В выполняется кабелем ВВГ 3х1,5. Все аппаратные средства ТСО подключаются к контуру заземления. Сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом. Для заземления (зануления) используется свободная жила кабеля ВВГ 3х1,5. Автоматические выключатели для подключения оборудования охранной сигнализации к сети ~220 входят в комплект поставки блок-боксов. Заземление бронекабелей на входе в здание выполняется проводом ПВ1 1х1,5 – 660В, подключенным к шине заземления. Все работы по монтажу кабелей, проводов и настройке оборудования охранной сигнализации выполняются в соответствии с ПУЭ, РД 78.145-93, РД78.36.003-2002, техническими описаниями и инструкциями по эксплуатации приборов.
В качестве источника бесперебойного питания выбран источник питания РИП-12 исполнения 01, который предусматривает возможность подключения двух внешних аккумуляторных батарей 17 А*ч.
Исходные данные для расчета тока потребления оборудованием ТСО, работающем в дежурном режиме и в режиме тревоги, приведены в таблице 1.
| | Ток потребления, мА | Дежурный режим | Режим тревоги | |||
| Дежурный режим | Режим тревоги | |||||
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | ||||
Для определения времени работы устройств ТСО в дежурном режиме и режиме тревоги при отключении основного и резервного питания рассчитаем необходимую емкость аккумуляторов ИБП исходя из того, что система электропитания в соответствии с Техническими требованиями должна обеспечивать работу оборудования ТСО в дежурном режиме в течении не менее 24 часов.
С=I потр.х 24ч = 1,105А х 24ч = 26,52 А*ч
Используем РИП-12 исп.01 с двумя аккумуляторными батареями.
Суммарная емкость двух аккумуляторных батарей составляет 34 А*ч/12В.
Номинальная емкость аккумулятора, это емкость, которую отдает аккумулятор при 20-часовом разряде до напряжения 10,5 В (для 12-вольтового аккумулятора). При токах разряда, отличающихся от 20-часового разрядного тока, реальная емкость аккумулятора будет отличаться от номинальной.
Для определения времени работы устройств ТСО в дежурном режиме и режиме тревоги воспользуемся разрядными характеристиками используемой аккумуляторной батареи, представленными на рис.2.
Из номограммы следует, что 20-часовой разрядный ток для номинальной емкости источника, составленного из двух АБ- 17А*ч равен 0,05С или 0,05х34=1,7А.
Построив графики токов нагрузки оборудования охранной сигнализации в дежурном режиме и в режиме тревоги (0,033С и 0,036С), определяем время работы ТСО в соответствующих режимах работы, как проекции на ось времени точек пересечения токов нагрузки с горизонтальной линией напряжения U=10,5В.
Время работы устройств ТСО составит:
– в режиме тревоги – 27,5 ч;
– в дежурном режиме – 30 ч.
Если статья Вам понравилась и Вы цените вложенные в этот проект усилия – у Вас теперь есть возможность внести посильный вклад в развитие сайта на странице «Поддержка проекта».
Похожие статьи: Системы безопасности. Особенности проектирования
Внимание!
Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Он посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и процессы, в них происходящие.
vgs-design-el.blogspot.com
Расчет емкости аккумуляторных батарей | Статья в журнале «Молодой ученый»
Библиографическое описание:
Шепелев А. О., Артамонова Е. Ю. Расчет емкости аккумуляторных батарей // Молодой ученый. 2016. №17. С. 99-101. URL https://moluch.ru/archive/121/33517/ (дата обращения: 01.08.2019).
В данной статье приведен расчет емкости аккумуляторных батарей.
Ключевые слова: аккумуляторные батареи, емкость, ветроэнергетика
Применение ветроустановок (ВЭУ) для электроснабжения становиться достаточно популярным и перспективным направлением электроэнергетики. Однако, основной фактор, который сдерживает развитие электроснабжения с применением альтернативных источников является их низкая мощность генерации [1].
Достижение нормального режима работы систем автономного питания с применением альтернативных источников энергии возможно только тогда, когда вся произведенная электроэнергия расходуется потребителем. При несовпадении графиков производства и потребления мгновенное использование таких источников не всегда возможно. В связи с этим возникает необходимость в аккумулировании энергии. В настоящее время существует огромное множество аккумуляторных устройств. Всё это большое разнообразие упрощенно можно разделить на механические, гидравлические, и химические. Последние на сегодняшний день особенно распространены в силу своей относительной дешевизны, компактности и простоты в эксплуатации [2].
Механическую энергию запасают в виде потенциальной или кинетической энергии. Обычно, механические аккумуляторы являются устройствами, использующими потенциальную энергию, которая была запасена в пружине (энергия сжатой пружины), груз, поднятый на определенную высоту, или кинетическая энергия вращающегося диска (маховика). Основными недостатками большинства механических аккумуляторов, используемых для большого запаса энергии, являются их громоздкость, значительная материалоемкость, а в ряде случаев низкий КПД. В связи с этими недостатками, как правило, их используют в качестве буферных.Наибольшее распространение среди буферных получил так называемый инерционный аккумулятор, предложенный в 1918 г. известным изобретателем А. Г. Уфимцевым и впервые примененный на ВЭС Д-10, построенный в г. Курске.
По своей сути гидроаккумулирование — это механический способ запасания энергии. В таких устройствах обеспечение аккумулирования энергии, произведенной ветроустановкой, достигается за счет потенциальной энергии массы воды, поднятой на некоторую высоту. Ветроустановки с гидроаккумулированием обычно выполняются по следующим основным схемам:
- Вода, поднятая из скважины ветродвигателем во время его работы, запасается в резервуаре или водонапорной башне, а затем расходуется по мере необходимости на питьевые и хозяйственные нужды. В ветрооросительных установках вода подается в естественные или искусственные водоемы, откуда по каналам самотеком поступает на орошаемые или обводняемые участки.
- Ветроэлектрическая станция работает на нагрузку потребителя, а избыточная энергия расходуется для перекачки воды из нижнего водоема в специальный верхний водоем либо из нижнего бьефа плотины гидростанции в верхний. В периоды безветрия или при недостатке энергии, производимой ВЭС, энергия поднятой воды используется для получения электрической энергии на турбинах ГЭС. Так обеспечивается покрытие части графика нагрузки. В последний период интерес к таким схемам возрос в связи со строительством в нашей стране ряда ГАЭС большой мощности.
- Ветроэлектрическая станция все время работает на насосные агрегаты, подающие воду из одного бассейна в другой, расположенный выше. На энергии поднятой воды работает ГЭС, обеспечивающая нагрузку потребителей.
- В зимних условиях насосная ветроустановка работает на подледное нагнетание воды в водоем или же обеспечивает создание наледей, т. е. участков намороженного льда. Это дает возможность не только сократить расходы на сооружение бассейнов, но и использовать соленые воды, избегнув при этом засоления почвы, так как орошение можно вести водой, опресненной путем ее замораживания. Однако КПД наледей относительно невысок, так как имеют место большие потери влаги вследствие испарения, фильтрации воды в почву и других причин.
Электрохимические аккумуляторы — особый класс химических аккумулирующих устройств, нашедших широкое применение в ветроэнергетике. В основном это свинцово-кислотные аккумуляторы (рис. 1), которые сравнительно недороги, имеющие приемлемую долговечность, однако их удельная энергия недостаточна — она не превышает 100 кДж/кг. Но уже сегодня известны аккумуляторы (например серебряно-кадмиевые), имеющие в 4–4.5 раза большую удельную энергоемкость. Для электрических ветроагрегатов относительно малой мощности (до 5 кВт) применение электрохимических аккумуляторов достаточно эффективно, так как они обладают высоким КПД (70–80 %) и, кроме того, обычно не требуют каких-либо дополнительных сложных устройств, за исключением реле напряжения и ограничения зарядного тока, а три работе агрегата на переменном токе — также соответствующих преобразователей и выпрямителей.
Электрический аккумулятор предназначен для хранения и отдаче электрической энергии. Когда электрические аккумуляторы соединены вместе и образуют группу, то это уже аккумуляторная батарея. В такую группу соединяют одинаковые электрические аккумуляторы одинаковой емкости.
Рис. 1. Свинцово-кислотный аккумулятор
Примером простейшего аккумулирования электроэнергии может служить обычная автомобильная аккумуляторная батарея (рис. 2).
Рис. 2. Автомобильная аккумуляторная батарея
Рассмотрим методику расчета, предложенную в работе [3]:
1. Определить потребляемую мощность объекта в периоды максимального энергопотребления.
Каждый час в течение времени Т потребляется энергия, равная мощности, потребляемой в единицу времени:
(1)
2. Учитывая напряжение постоянного тока регулятора UРЕГ и потребляемую мощность PВЕЧ, можно найти ток потребления IРЕГ, по формуле:
, A(2)
3. Далее нужно определить общую емкость блока аккумуляторов:
, .(3)
Однако это общая емкость блока аккумуляторов, которая должна быть отдана потребителю. Тем не менее, химический аккумулятор не рекомендуется разряжать более чем на 50 %. Поэтому величину необходимо удвоить, чтобы получить реальную емкость :
(4)
4. Определить емкость единичной аккумуляторной батареи Ci исходя из того, что общая может быть представлена как сумма емкостей параллельно включенных каскадов последовательно соединенных аккумуляторных батарей можно по формуле:
(5)
где m — количество каскадов; Сi подбирается исходя из емкостного ряда имеющихся на рынке аккумуляторов. Как правило, это ряд представлен емкостями 50, 55, 60, 65, 70, 75, 90, 120, 190, 200, 400 и т. д. Разработчик выбирает наиболее удобный вариант.
5. После проведения расчета необходимо сделать проверку на предмет того, сможет ли ветроэнергетическая установка за предыдущий период зарядить эти аккумуляторы до требуемого уровня.
С этой целью необходимо определить, какое количество энергии должно поступить от ВЭУ за период времени Тi-1, предшествующий исследуемому периоду Тi. Длительность предшествующего периода Тi-1, и мощность PмгнВЭУ, выдаваемую ветроэнергетической установкой на конкретной скорости ветра, можно найти в источнике [3].
Получим энергию ЕВЭУ-Т, поступившую от ВЭУ за период Тi-1:
(6)
Полученная величина подлежит сравнению с потребляемой энергией и должна превышать ее:
(7)
6. По условию (7), становится возможным сделать вывод о применимости аккумуляторных батарей для исследуемого объекта. При получении неудовлетворительного результата необходимо произвести соответствующие пересчеты. Например, увеличить мощность и/или количество ВЭУ, снизить энергопотребление и т. д.
Литература:
- Бубенчиков, А. А. Анализ генераторов для систем автономного электроснабжения / А. А. Бубенчиков, Р. А. Дайчман, Е. Ю. Артамонова // Научный аспект. — 2015. — № 4. — С. 201–208.
- Бубенчиков, А. А. Выбор аккумуляторных батарей для систем автономного питания / А. А. Бубенчиков, Р. А. Дайчман, Е. Ю. Артамонова // Научный аспект. — 2015. — № 4. — С. 208–215.
- Кирпичникова, И. М. Ветроэнергетические установки. Расчет параметров компонентов: учебное пособие / И. М. Кирпичникова, Е. В. Соломин. — Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ. — 2013. — 83 с.
Основные термины (генерируются автоматически): аккумулятор, устройство, потребляемая мощность, поднятая вода, общая емкость блока аккумуляторов, электрическая энергия, кинетическая энергия, ветроэнергетическая установка, ветроэлектрическая станция, энергия.
moluch.ru
Расчет времени автономной работы ИБП
Расчет времени автономной работы ИБП
Для расчета времени автономной работы источника бесперебойного питания ИБП можно пользоваться усредненными данными для ИБП большинства производителей. Например при нагрузке ИБП 100% — время автономии составляет 4…8 минут, 75% — 7…12 минут, 50% — 12…20 минут. Или специальными таблицами в которых указывается время автономной работы источника бесперебойного питания ИБП для различных величин мощности в нагрузке и емкости встроенных аккумуляторных батарей АКБ. Важно учитывать, что значения времени автономной работы указываемые производителем, являются оценочными и не являются основанием для возникновения обязательств поставщика или рекламаций покупателя. Следует помнить, что производители источников бесперебойного питания ИБП указывают значения мощности ИБП, емкости аккумуляторных батарей и времени автономной работы для работы при температуре 20…25С. Именно такая температура является оптимальной для работы ИБП и АКБ. Но реальные условия эксплуатации источников бесперебойного питания ИБП отличаются от идеальных.
Определение точного времени автономии ИБП не простая задача, учитывающая множество параметров, которые различны для каждого случая расчета. Упрощенно-приблизительно время автономной работы источника бесперебойного питания ИБП при работе от аккумуляторной батареи АКБ можно рассчитать по формуле:
Т=E*U/P(час.)
Е— емкость аккумуляторной батареи АКБ (Ачас.)
U— напряжение аккумуляторной батареи (В)
P— мощность нагрузки ИБП (Вт)
Если техническое задание покупателя допускает погрешности во время работы источника бесперебойного питания ИБП, то можно производить расчет по такой формуле.
При перебоях в подаче напряжения электропитания на ответственную нагрузку требуется обеспечение ее автономной работы. Использование в схеме электропитания ИБП (источников бесперебойного питания) позволяет решить эту задачу. Время автономной работы ИБП является основным показателем при выборе таких устройств для конкретного оборудования. Время автономной работы ИБП зависит от мощности нагрузки и емкости аккумуляторных батарей АКБ. К ответственным потребителям можно отнести серверы, схемы управления отопительными котлами, сложное лабораторное оборудование для проведения циклических исследований, медицинское оборудование для систем обеспечения жизнедеятельности. Для более точного расчета времени автономной работы источника бесперебойного питания ИБП при работе от аккумуляторных батарей АКБ для ответственных потребителей, формула для расчета должна учитывать коэффициент полезного действия КПД инвертора (обычно это значение 0,75…0,8), количество АКБ в батарее, степень износа АКБ, глубину разряда АКБ (0,8…0,9. Аккумуляторные батареи снижают свою емкость до 5% на каждый градус превышения температуры после 40С.) , коэффициент доступной емкости аккумуляторной батареи (он определяется из соотношения значений емкости в режиме разряда АКБ и температуры окружающей среды), температуру окружающей среды (при повышении окружающей температуры выше 25С необходимо снизить мощность нагрузки ИБП на 20% для каждых 10С превышения температуры.).
При выборе источника бесперебойного питания лучше покупать ИБП с дополнительными возможностями, например с возможностью подключения стабилизатора, дополнительных зарядных плат. Такая конфигурация ИБП позволит сэкономить в будущем при увеличении мощности нагрузки.
Расчет индивидуальной конфигурации источника бесперебойного питания ИБП лучше отдать специалистам.
ka-electro.ru