альтернативную конструкцию, заменив кадмий железом. Из-за высокой стоимости используемых в никель-кадмиевых и никель-железных аккумуляторах материалов (по сравнению с сухими электрическими батареями или свинцовыми аккумуляторами), практическое использование этих типов аккумуляторных батарей имеет определённые ограничения. Значительно улучшило характеристики никелькадмиевых аккумуляторов изобретение в 1932 году немецкими учёными Шлехтом и Акерманом электродов, изготовленных прессованием из порошка. Это позволило увеличить рабочие токи никель-кадмиевых аккумуляторов и увеличило строк их службы. Герметичные никель-кадмиевые аккумуляторы, используемые нами в настоящее время, были разработаны в 1947 году.
С первых же дней после открытия электричества, человечество стало зависимым от изобретения, поэтому появилась необходимость в создании приборов, которые бы поставляли энергию при отключения основного источника питания.
Если развитие сотовых телефонов можно было наблюдать в быту, то источники бесперебойного питания стали известны большинству населения только во время массовой компьютеризации. ИБП для персональных компьютеров служили для обеспечения безопасного выключения и сохранения данных при незапланированных отключениях электроэнергии, и время автономной работы составляло не больше 10-ти минут. Но история развития ИБП берёт своё начало гораздо раньше.
История создания источников бесперебойного питания насчитывает порядка ста лет. Впервые их разработку начала компания «Eaton Corporation», которая занялась проектировкой создания устройств данного типа с 1930 года, и продолжает развивать эту отрасль до сих пор. Первые источники бесперебойного питания появились в 40-х годах прошлого века, но не использовались обширно из-за нестабильности электрической системы. Наиболее известно ИБП стало во время Второй Мировой войны, и только определенному кругу людей, так как данные разработки были доступны лишь секретным войскам.
Только благодаря компании «Eaton Corporation» весь мир узнал об ИБП, чье использование начинается повсеместно с 50-х годов ХХ века. Разработчики представленной корпорации создали практически спасительный прибор для всего мира, так как многие промышленные предприятия стабильно работают лишь за счет ИБП.
Первые ИБП были внушительных размеров и предназначались исключительно для защиты от перепадов напряжения на фабриках и заводах, обеспечивающих производство жизненно важных препаратов. Они могли сохранять энергию не больше часа, чего хватало только на прекращение работы и своевременное отключение техники, но это считалось уникальным прорывом, так как резкое
6
прекращение работы фабрик обычно приводило как к потере материала, так и к поломке приборов.
В дальнейшем, источники бесперебойного питания постоянно усовершенствовались. В их разработку включились многие компании со всего света, и, путем проб и ошибок, к концу прошлого века создали крупный промышленный источник бесперебойного питания, который мог работать до 5-ти часов - в то время это был настоящий прорыв всего человечества.
2 Постановка задачи
Правила устройства электроустановок предусматривают три категории электроприёмников.
Электроприемники первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.
Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.
Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.
В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п.
Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих
7
технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.
Электроснабжение электроприемников первой категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление нормального режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.
Электроприемники второй категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.
Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады
Электроприемники третьей категории - все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.
Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.
Согласно данных критериев, система радиационного контроля УИМ-3Д относится к особой группе потребителей первой категории, поскольку нарушение её электроснабжения влечёт за собой опасность для жизни и здоровья людей. Поэтому необходимо предусмотреть для неё третий независимый источник питания, в качестве которого лучше всего подходит источник бесперебойного питания.
Авария на ЧАЭС показала, что несмотря на наличие резервного питания, многие системы аварийного блока на длительный для той обстановки срок остались обесточенными из-за обрывов кабелей или коротких замыканий и срабатывания соответствующих защит. В том числе обесточенными оставались местные системы радиационного контроля типа УИМ2-2, что привело к отсутствию достоверной информации о радиационной обстановке и переоблучению персонала. Поэтому время автономного питания от ИБП должно составлять не менее четырёх часов (половина стандартной рабочей смены). Помимо времени автономной работы, ИБП для УИМ-3Д должен соответствовать следующим параметрам:
8
-выходное напряжение 220 (+17,6/-26,4) В;
-частота выходного напряжения 50 (+/-2) Гц;
-форма выходного напряжения синусоидальная.
3 Аналитический обзор
ИБП, существующие в продаже.
1. Phoenix Contact.
Немецкая компания, мировой лидер в сфере производства электротехнической продукции. Имеет производственные мощности в России.
ИБП данного производителя позволяют программно конфигурировать и контролировать систему бесперебойного питания, обладают небольшими размерами, а также очень легко собираются подключаются к другим устройствам (буферные модули, устройства коммутации и т.д.) Phoenix Contact благодаря модульной системе. Производитель заявляет, что ИБП выдаёт на выходе переменное напряжение, имеющие форму чистой синусоиды.
Основными минусами данных ИБП является высокая стоимость и то, что они производятся за границей.
Для обеспечения питанием УИМ-3Д (U=220 В, f=50 Гц, P=250 В*А) подходят следующие ИБП Phoenix Contact:
-TRIO-UPS-2G/1AC/1AC/230V/750VA;
-QUINT4-UPS/1AC/1AC/500VA/USB.
Рассмотрим подробнее их характеристики.
TRIO-UPS-2G/1AC/1AC/230V/750VA
Входные данные:
-номинальное напряжение на входе 230 В;
- диапазон допустимых входных напряжений от 184 до 264 В;
-диапазон допустимых частот от 45 до 55 Гц;
-потребляемый ток 3 A.
Общие выходные данные:
-полная мощность 750 ВА;
-эффективная мощность 600 Вт;
-коэффициент мощности 0,8;
-время переключения < 10 мс.
Выходные данные при нормальном режиме работы:
-номинальное напряжение на выходе 230 В;
-номинальный ток на выходе 3 A (750 ВA); Выходные данные при питании от аккумулятора:
-номинальное напряжение на выходе 230 В;
9
-номинальный ток на выходе 3 A (750 ВA);
-форма выходного напряжения чистая синусоида;
-частота 50 Гц.
Время автономной работы при стандартном аккумуляторе ИБП и нагрузке 300 Вт составляет 4 минуты.
Стоимость данного ИБП составляет 88 000 рублей (по данным сайта expertautomatic.ru).
QUINT4-UPS/1AC/1AC/500VA/USB
Входные данные:
-диапазон номинальных напряжений на входе 100/240 В;
-диапазон допустимых входных напряжений от 90 до 264 В;
-диапазон частот от 45 до 65 Гц;
-потребляемый ток при 100 % активной нагрузке и работе зарядного устройства 6,9 A ( 100 В) / 2,86 A (240 В);
-потребляемый ток при питании от аккумулятора 19 A (24 В пост.тока). Общие выходные данные:
-полная мощность 500 ВА;
-эффективная мощность 400 Вт;
-коэффициент мощности 0,8;
-номинальный ток на выходе (100 % нагрузка) 4,17 A(120 В) / 2,17 A (230 В);
-время переключения < 10 мс.
Выходные данные при нормальном режиме работы:
-номинальное напряжение на выходе 120/230 В;
-номинальная выходная частота 60±5 Гц / 50±5 Гц;
-КПД ( 100 % нагрузка, при заряженном аккумуляторе ) не менее 97 %. Выходные данные при питании от аккумулятора:
-номинальное напряжение на выходе 120±2 % /230±2 % В;
-номинальная выходная частота 60 Гц / 50 Гц
-допуск выходной частоты ±5 % (с управлением по сети), ±0,5 % (с собственным управлением);
-форма выходного напряжения чистая синусоида;
-допустимая перегрузка 105 % (постоянно), 120/150 % (20/5 сек, затем отключение).
Время автономной работы зависит от типа аккумулятора, который в данных ИБП является заказной, а не стандартной позицией. Максимальное время автономной работы обеспечивается при использовании аккумулятора UPS-BAT/LI- ION/24DC/924WH и составляет 105 минут при нагрузке 250 ВА.
Общая стоимость такого ИБП (вместе с аккумулятором) составляет 520 000 рублей (по данным сайта expert-automatic.ru).
10