Выбор источников бесперебойного электропитания малой мощности

Промышленные и гражданские объекты, исходя из своего назначения, оснащаются системами обеспечения безопасности (СОБ). Размер ущерба при пропадании электропитания СОБ от электроэнергетической компании или от собственного генератора потребителя во многом зависит от того, как сработают источники бесперебойного электропитания (ИБЭ) малой мощности.

Представленные результаты исследований не претендуют на полную достоверность из-за отсутствия у автора функциональных схем линейки ИБЭ, однако помогут сформировать требования при разработке новых образцов ИБЭ. Они также могут применяться в качестве рекомендаций при эксплуатации подобного оборудования.

Для правильного понимания выводов статьи замечу, что, по данным ITResearch, представленных в журнале "Системы безопасности" № 3 2023 г., "объем российского рынка ИБЭ по итогам 2022 г. составил 1,13 млн штук, а продажи в денежном отношении составили 312 млн руб.".

Рассмотрим, как обеспечена бесперебойность по питанию этой линейки ИБЭ.

Нестыковки в паспортах ИБЭ

По канонам редакторской этики конкретным названиям типовых ИБЭ будут присвоены порядковые номера. В эксплуатационной документации на ИБЭ очень много нестыковок, опечаток и надуманных промышленных секретов. К примеру, в п. 3.4 паспорта на ИБЭ указано: "Ток нагрузки стабилизатора не более 3.0 А при выходном напряжении, указанном в п. 3.5".

Однако следующим пунктом идет п. 3.6, в котором параметры напряжения не приведены.

Далее, в тексте следует обозначение выпрямителей VZ1, VZ2, а на функциональной схеме те же выпрямители обозначены как UZ1, UZ2 и т.п.
Замечу, что это замечания к паспорту, который, по моему мнению, самый лучший по содержанию и по стремлению изготовителя довести до потребителя принцип работы ИБЭ.

В паспорте другого ИБЭ сравниваем текст п. 1.2.5 "Максимальный ток нагрузки – 5А (кратковременно до 10 мин., с интервалом не менее 1 ч., при наличии напряжения в сети и подключенных батареях)" с текстом п. 3.2.1: "Допускается кратковременная работа РИП при токе нагрузки до 5 А (2 мин. с интервалом не менее 1 ч., при наличии напряжения в сети и подключенных батареях)". Для аварийной ситуации расхождение в 3 мин. существенно!

Обеспечение бесперебойности электропитания в типовых ИБЭ

Вернемся к бесперебойности электропитания (далее – питание) и попробуем разобраться, как она обеспечивается в ИБЭ, которые оборудованы зарядными устройствами (ЗУ).

При отсутствии ЗУ в корпусе ИБЭ упрощенная функциональная схема обеспечения электроприемника (ЭП) бесперебойным питанием выглядит так, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Упрощенная функциональная схема обеспечения электроприемника бесперебойным питанием

Особенность подобной функциональной схемы ИБЭ заключается не только в том, чтобы схема автоматически обеспечила ввод резерва, но ив обеспечении мгновенного перехода на резервное питание.

Таблица 1. Сравнительный анализ текстов паспортов ИБЭ

В этом контексте следует рассмотреть техническую реализацию типовых ИБЭ, провести сравнительный анализ (табл. 1) их паспортов, в которых заявлена бесперебойность по питанию и постараться ответить на два вопроса:

Переключается ли выход ИБЭ на встроенный аккумулятор (АКБ) при снижении или пропадании сетевого (внешнего) напряжения?
Возможно ли отключение незаряженной АКБ от зарядного устройства (ЗУ) и переключение ее на выход ИБЭ при снижении или пропадании сетевого (внешнего) напряжения?

Из всех выдержек текста паспортов очевидно, что отрицательный ответ на первый вопрос однозначно исключен. Что же касается ответа на второй вопрос, то из текста паспортов следует, что для ИБЭ 1 подключение незаряженной батареи на выход ИБЭ, наверное, происходит, для ИБЭ 2 подключение батареи на выход ИБЭ выполняется, но только после процедуры измерения емкости, а для ИБЭ 3, исходя из текста п.3.10 и 5, подключение батареи на выход ИБЭ происходит только после ее полного заряда.

Таким образом, для второго и третьего образцов ИБЭ заявленная бесперебойность по питанию под вопросом.

Если бы во всех трех паспортах присутствовал текст "При снижении сетевого напряжения до порогового значения или его пропадании в момент, когда АКБ заряжается от ЗУ, происходит отключение АКБ от ЗУ и ее подключение к выходу ИБЭ с одновременным контролем минимального напряжения на аккумуляторе", то отрицательный ответ на второй вопрос был бы исключен.

Отсутствие одной лишь фразы вызывает необходимость дополнительных действий. Несложная технология практического эксперимента с ИБЭ в поисках истины упирается в режим дежурства системы, в котором с блоков СОБ даже пыль стирать запрещено. Рекомендуется, во-первых, разработчикам при составлении эксплуатационной документации иметь перед собой фрагмент упрощенной функциональной схемы ИБЭ (рис. 2), во-вторых – учесть уровень подготовки обслуживающего персонала, для которого нужен "разложенный по полочкам" материал.

Рис. 2. Фрагмент упрощенной функциональной схемы ИБЭ

На основании данных, приведенных в табл. 2, рассмотрим по рис. 2 назначение схемы контроля напряжения разряда АКБ (Uразр).

Таблица 2. Назначение схемы контроля напряжения

По результатам рассмотрения у ИБЭ 1 такая схема, вероятно, отсутствует, что касается двух других ИБЭ, то основная задача данной схемы заключается в предотвращении глубокого разряда АКБ путем отключения ее от цепи нагрузки. Возникает риторический вопрос: что важнее, сохранение ресурса АКБ или дополнительные 1–3 мин. работы ЭП, для которого бесперебойность по питанию и предназначена?

Замечу, что специализированные исполнительные устройства как систем жизнеобеспечения, так и СОБ устойчиво работают при напряжениях 8 (18) В в системах электроснабжения (СЭС) 12 (24) В. Почему нельзя для работы таких систем в нештатных и аварийных ситуациях дать возможность "высадить на ноль" АКБ? Рекомендация по заблаговременному программному отключению схемы контроля Uразр для работы ответственных ЭП в таких ситуациях вполне актуальна.

На основании данных, приведенных в табл. 3, рассмотрим порядок работы ИБЭ при пропадании сетевого питания, если перед этим АКБ по значению Uразр была отключена от выхода ИБЭ, а затем сетевое питание восстановилось.

Таблица 3. Порядок работы ИБЭ после срабатывания по параметру таб3-3

В ситуации, когда внешнее питание пропадает на начальной стадии заряда разряженной АКБ, ответственные ЭП гарантировано будут обесточены.
Поэтому при наступлении автономного режима работы АКБ в составе ИБЭ можно рекомендовать:

принятие оперативных мер по восстановлению сетевого напряжения;
перевод в горячий режим работы схемы подключения внешней дополнительной АКБ;
контроль техническим персоналом предполагаемого "времени выполнения своих функций СОБ, питаемых от АКБ" с учетом срока их эксплуатации (приложение А СП 6.103130.2021);
контроль соответствия технических характеристик ИБЭ токовым нагрузкам при подключении новых СОБ.

С точки зрения бесперебойности питания важно понимание алгоритма работы схемы автоматической защиты от короткого замыкания и перегрузки по току в цепи нагрузки, который раскрыт в табл. 4.

Таблица 4. Результат срабатывания схемы защиты от перегрузок по токуряда АКБ

Если перегрузка выхода произошла при подключенном к выходу ИБЭ аккумуляторе, то реле К1 отключает АКБ от выхода.

Возврат блока в состояние защиты от перегрузки по току и от перенапряжения производится после повторного включения тумблера СЕТЬ.

Наличие в ИБЭ 3 схемы защиты от токовых нагрузок в выходной цепи не способствует бесперебойности, если она настроена и на короткое замыкание, и на перегрузку по току. Правильный порядок работы схемы защиты реализован в ИБЭ 2, в котором при перегрузках по току АКБ остается включенной в работу и осуществляет сглаживание пиковых нагрузок.

Рекомендация заключается в применении именно таких блоков в эксплуатации для обеспечения бесперебойности по питанию ЭП. Кроме того, возврат всей функциональной схемы в исходное состояние путем дополнительных действий с органом управления (тумблер СЕТЬ) надо исключить: в нештатной или аварийной ситуации при одновременной работе световой и звуковой сигнализации манипуляция "выкл/вкл" с тумблером СЕТЬ уйдет на второй план. В этом изложении не надо усматривать принижение автором роли сигнализации в распознавании ситуаций, так как вопрос, может ли сигнализация из помощника превратиться в помеху, будет рассмотрен в другой статье с учетом материала [1].

Логически рассуждая, работа схемы защиты от перенапряжения на выходе ИБЭ из-за отказа стабилизатора напряжения не должна влиять на бесперебойность по питанию, так как в этой ситуации подключение АКБ на выход ИБЭ обеспечит питание ЭП. В ИБЭ 1 информация о наличии такой защиты отсутствует, в ИБЭ 2 такая защита есть, но нет описания ее работы, а в ИБЭ 3 после срабатывания данной защиты "возврат блока в исходное состояние производится повторным включением тумблера СЕТЬ".

Таким образом, по всем трем ИБЭ нет ясности в вопросе обеспечения бесперебойности питания при отказе стабилизатора напряжения.

Выводы

Эксплуатационная документация (ЭД), при прочтении которой появляется большое количество вопросов, гарантированно приведет разработчика к потере заказчиков с дебетом в десятки и сотни штук ИБЭ.
Глубокая проработка ЭД позволит исключить применение в эксплуатации ИБЭ, работа которых приводит к возникновению нештатных ситуаций по обеспечению электроприёмников бесперебойным питанием.
Персонал, ответственный за электроснабжение СОБ, должен разработать адаптированную инструкцию по режимам работы ИБЭ, в которой необходимо отразить внешнее проявление нештатных ситуаций и порядок действий диспетчера (дежурного персонала) при их возникновении.

Андрей Мамулин

Источник:

https://www.secuteck.ru/articles/vybor-istochnikov-besperebojnogo-ehlektropitaniya-maloj-moshchnosti