Обеспечение гарантированного электропитания в системах безопасности.

Данная статья предназначена для практиков, которым приходится сталкиваться с проблемами обеспечения качественного электропитания систем безопасности.

Терминология и сокращения, которые будут применяться в данной статье:

• АКБ – герметичная кислотная батарея с гелевым электролитом.
• ГЕНЕРАТОР – дизельная или бензиновая электростанция, вырабатывающая переменное однофазное напряжение 220 В или трехфазное 380 В.
• ИНВЕРТОР – устройство обеспечения бесперебойного электропитания, основанное на преобразовании постоянного тока от аккумуляторных батарей в переменное однофазное напряжение 220В или трехфазное 380В. Подразумевается, что
• ИНВЕРТОР имеет в своем составе АКБ, необходимую для обеспечения требуемого времени работы на заданной мощности.
• UPS – под этим сокращением будут подразумеваться “компьютерные бесперебойники” малой мощности.
• ИБП – Источники бесперебойного питания (или ИВЭПР – источники вторичного электропитания резервированные).
  Подобные устройства предназначены для питания аппаратуры, которая не имеет своего встроенного сетевого блока питания. В состав ИБП входят АКБ.
  
• ИРП – Источники резервного питания. Предназначены для обеспечения питания аппаратуры, которая имеет собственный основной источник питания и вход для дополнительного резервирования.

ВЫБОР СТРАТЕГИИ ОРГАНИЗАЦИИ ПИТАНИЯ

Прежде всего, следует разделить потребителей на группы по критичности электропитания и времени необходимого резервирования.

1. Наиболее критичные – необходимо обеспечивать гарантированное электропитания в течении длительного времени (более 24 часов) – системы ОПС и CCTV важных объектов, системы жизнеобеспечения, полностью автоматизированные системы доступа.
2. Критичные – необходимо обеспечивать гарантированное питание в течении заданного времени (до 24 часов) – системы ОПС обычных объектов, системы доступа, системы видеонаблюдения и т.п.
3. Некритичные (до 10 минут) – таким системам достаточно обеспечить только защиту от кратковременных пропаданий питания

Чтобы построить стратегию обеспечения гарантированного электропитания, необходимо разделить потребители электропитания.
Можно выделить три основных типа:

1. Потребители, имеющие только питание от сети – компьютеры, CCTV мониторы и т.д.
2. Потребители, имеющие только низковольтное питание (как правило 9, 12, 24 или 60 В постоянного тока) – датчики, камеры, сирены, некоторые ППКОП (Сигнал-20, Атолл-32) и т.д.
3. Потребители, имеющие сетевое питание в качестве основного и дополнительный вход для низковольтного резервирования – обычно это ППКОП (Рубин-6) и профессиональная CCTV аппаратура.
4. Аппаратура, имеющая собственный встроенный ИБП и возможность установки АКБ (НОТА, Атлас-Р, Сигнал-ВК-4, Атолл-2, панели DSC, Ademco и т.д.).

Для определения стратегии необходимо помнить несколько правил:

1. Резервирование по постоянному напряжению дешевле и надежней чем по 220 В;
2. Длительное резервирование по 220В с помощью ГЕНЕРАТОРА существенно дешевле, чем с помощью ИНВЕРТОРА;
3. Компьютерные UPS оптимально обеспечивают время работы порядка 10 минут;
4. ГЕНЕРАТОР не обеспечивает бесперебойность электропитания;
5. ИРП всегда дешевле ИБП, обеспечивающего тот же выходной ток;
6. UPS дешевле чем ИНВЕРТОР той же мощности.

Отсюда несложно определить стратегию решения проблемы питания:


РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ПО НАПРЯЖЕНИЮ 220 В

ГЕНЕРАТОРЫ бывают однофазные или трехфазные, бензиновые или дизельные, с ручным запуском или со стартером и автоматикой.

К достоинствам генераторов можно отнести:

• – Относительно невысокую стоимость – в среднем бензиновый генератор обойдется $400-500 за кВт, а дизельный примерно в 1,5 – 2 раза дороже;
• – Высокое качество выходного напряжения;
• – Возможность длительного времени работы.

Недостатки:

• – необходимо специальное помещение;
• – необходимость обслуживания;
• – невозможность обеспечить бесперебойное питания – требуется время для запуска генератора.

Дизельные генераторы дешевле в эксплуатации, поэтому их имеет смысл применять только для организации длительного резервного питания объектов большой мощности (более 5 кВт). На меньших мощностях или при кратковременном использовании бензиновый генератор будет более экономичен.

Покупать ГЕНЕРАТОРЫ имеет смысл только импортные и только в специализированных фирмах. В Россию завозят много неплохих марок японского (напр. Yamaha), французского (SDMO) и итальянского производства.

ИНВЕРТОР – так обычно называют преобразователь с низкого напряжения постоянного тока в высокое переменное. Другими словами – энергию АКБ в переменный ток 220 В. В чистом виде инверторы применяются редко, а являются составной частью систем бесперебойного питания, которые обычно называют UPS. UPS бывает двух типов – on-line и off-line. UPS off-line являются более дешевыми и простыми – инвертор включается только при пропадании сетевого напряжения. Схема on-line – это схема с двойным преобразованием. Сначала сетевое напряжение понижается и выпрямляется, после чего постоянной ток с помощью инвертора преобразуется в переменный 220 В. При пропадании сетевого напряжения используется энергия АКБ. Подобная схема дает наиболее качественное питание, так как не зависит от качества входного напряжения. Инверторы типа on-line являются одновременно и стабилизаторами напряжения, и фильтрами. Это идеальное решение для обеспечения питания потребителей 220 В. Но и стоят они существенно дороже обычных off-line приборов.

Еще одним важным параметром для ИНВЕРТОРОВ и UPS является форма выходного сигнала:

• – чистый синус – наиболее сложные и дорогие приборы;
• – аппроксимированный синус – промежуточный вариант, может быть разная степень аппроксимации;
• – модифицированный синус, меандр, квазисинус – наиболее часто встречающийся и недорогой вариант инвертора.

Необходимо помнить, что некоторые типы нагрузок очень чувствительны к форме питающего напряжения. Модифицированный синус нельзя использовать для питания потребителей с трансформаторными источниками питания и для чувствительной аппаратуры.

Выходная мощность – для инверторов обычно указывается в Вольт-Амперах (ВА, VA). В отличии от Ваттов (Вт, W), которые указывают эффективную потребляемую мощность переменного тока, вольт-амперы характеризуют амплитудные значения токов и напряжений в нагрузке. Существование такой единицы связано с тем, что в цепях переменного тока может возникать сдвиг фаз.
Для простой активной нагрузки VA = 1,41 x W
Крайне аккуратно надо подключать нагрузку с мощностью, которая указана в Ваттах к источнику, мощность которого указана в ВА. Если такая необходимость возникает, то для расчетов умножить значение нагрузки в Ваттах на 1,41
Приобретение хорошего ИНВЕРТОРА – большая проблема. Есть очень дорогие модели, предназначенные для телекоммуникационной и компьютерной техники.
Практически отсутствует на рынке “средний класс”. Как правило, проблемы с сервисом, а ИНВЕРТОР – весьма дорогой и сложный прибор.
Есть неплохие отечественные приборы, но их производители – оборонные заводы – страдают слабым маркетингом. Купить же компьютерный UPS небольшой мощности проще простого.

НИЗКОВОЛЬТНЫЕ ИБП и ИРП

Практически все ИРП существующие на рынке похожи друг на друга и отличаются только емкостью устанавливаемых АКБ.
Поэтому основное внимание уделим ИБП. ИБП по своей схемотехнике можно разделить на трансформаторный и импульсные.
В свою очередь трансформаторные ИБП могут быть с линейным или ШИМ стабилизатором.
Импульсные ИБП для систем безопасности мало применяются ввиду невысокой надежности и высокого уровня помех.
Трансформаторные источники с линейным стабилизатором оптимальны при небольших токах.
При больших токах все чаще начинают применять ШИМ стабилизаторы, хотя линейные схемы до сих пор вне конкуренции по надежности и ремонтопригодности.

Один из важнейших параметров – НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ СЕТИ. В России стандарт на электросети допускают интервал напряжений 187…242В (220В -15% +10%).

Зарубежные требования более жесткие, поэтому импортные ИБП не рекомендуется использовать в наших сетях. Более того, некоторые отечественные ИБП выпускаются с параметрами, заявленными в диапазоне 220В ± 10%.
Использование таких ИБП в реальных сетях чревато либо хроническим недозарядом АКБ, либо срывом стабилизации, что совершенно недопустимо для систем безопасности. Т.к. во многих регионах пониженное напряжение в сети является нормальным состоянием, на рынке появились ИБП с расширенным диапазоном питающей сети порядка 150…250В.

Отсутствие четких стандартов на ИБП приводит к произволу в определениях и терминологии, что часто запутывает потребителя.
Необходимо помнить, что основным параметром ИБП, характеризующим его нагрузочную способность является НОМИНАЛЬНЫЙ ТОК ВЫХОДА – это ток, который может отдаваться в нагрузку при питании от сети ВСЕГДА независимо от обстоятельств, сколь угодно длительное время и при сохранении уровня пульсаций – при любом допустимом напряжении в сети в интервале не хуже 187…242 В, при любом состоянии АКБ, в допустимом рабочем интервале температур. Только на этот ток вы можете рассчитывать при построении системы.
Часто производители ИБП в качестве основного параметра указывают ток, отдаваемый в нагрузку без подключенной АКБ (иногда его называют максимальный ток),
но надо помнить, что часть этого тока отбирается для зарядки батареи, и в нагрузку гарантировано может отдаваться только номинальный ток.

Все профессиональные ИБП имеют защиту от глубокого разряда АКБ. Часто ИБП позволяют подключать дополнительные ИРП для увеличения времени работы в режиме резерва.
Многие ИБП имеют повышенные выходные токи в режиме резерва (при отсутствии сети) или кратковременно, что позволяет существенно оптимизировать питание систем ОПС, оповещения и пожаротушения.

Выбирать ИБП или ИРП следует только отечественного производства и только от производителей, специализирующихся на выпуске ИБП.
Уже стало поговоркой, что “только ленивый не делает блоки питания”. Но реально в России есть не более 4-5 фирм, которые производят надежные и уже испытанные годами источники, обеспечивают широкий ассортимент и техническую поддержку и сеть дистрибьюции.