Domov › Internet › Vypočítejte provozní dobu UPS na baterii. Jak vypočítat životnost baterie UPS

Vypočítejte provozní dobu UPS na baterii. Jak vypočítat životnost baterie UPS

Jmenovitý výkon zdroje nepřerušitelného napájení je jedním z nejdůležitějších technických parametrů, které je třeba vzít v úvahu při výběru UPS. Nesprávný výpočet výkonu UPS minimálně povede k tomu, že zdroj nepřerušitelného napájení bude neustále přetěžován, a proto nebude schopen plnit svůj hlavní účel - chránit zařízení. V nejhorším případě, pokud dojde k výraznému přetížení, může UPS samotná způsobit výpadek napájení kritické zátěže.

Výpočet výkonu UPS. Teorie.

Jmenovitý výkon zdroje nepřerušitelného napájení je určen na základě výkonu zátěže, která je k němu připojena. Zátěží zde rozumíme celkový výkon všech elektrických spotřebičů, které se plánují připojit k UPS. Proto je třeba správně vypočítat výkon zátěže a na základě výpočtu vybrat nepřerušitelný zdroj napájení. Důležité upřesnění - při výpočtu byste měli vycházet jak z celkového, tak z činného výkonu zátěže. Připomeňme si některá data ze školního kurzu fyziky.

Zdánlivý výkon (jednotka VA, VA - voltampér) je veškerý výkon spotřebovaný zátěží. Celkový výkon se skládá ze dvou složek - činného výkonu (měrná jednotka W, W - Watt) a jalového výkonu (měrná jednotka var, var - voltampér jalový). Naprostá většina zátěží má zpravidla aktivní i reaktivní složky.

– zátěž, při které se veškerá spotřebovaná energie přemění na teplo. Reaktivní složka takové zátěže je tak malá, že ji lze zanedbat. Mezi aktivní zátěže patří různá topná zařízení (topidla, topná tělesa atd.), žárovky, žehličky a elektrické sporáky. Výrobce elektrických spotřebičů zpravidla udává výkon takového zatížení ve wattech.

– všechna ostatní zatížení. Reaktivní zátěž může být indukční nebo kapacitní povahy. Typickým představitelem zátěže s reaktivní složkou, která je indukční povahy, je elektromotor. Celkový výkon elektromotoru P a činný výkon P a souvisí koeficientem cos φ.

Hodnota cos φ je obvykle uvedena v technickém listu výrobku.

Výpočet výkonu UPS. Metodologie.

Výrobci nepřerušitelných zdrojů napájení nejčastěji uvádějí celkový a činný výkon UPS v technických specifikacích zařízení. Méně často lze nalézt údaj o plném výkonu a hodnotě výstupního účiníku. V druhém případě lze činný výkon UPS vypočítat pomocí vzorce

Zde
P – plný výkon UPS
P a – činný výkon UPS
P F – výstupní účiník (uveden v technické specifikaci zdroje nepřerušitelného napájení)

Abyste mohli vybrat požadovaný model nepřerušitelného napájení na základě výkonu, musíte vypočítat celkový výkon elektrických spotřebičů, které plánujete připojit k UPS. Výpočet by měl být proveden pro činný i celkový výkon zátěže, to znamená, že nakonec byste měli získat dvě čísla - celkový výkon zátěže (ve voltampérech) a aktivní výkon zátěže (ve wattech). Algoritmus výpočtu je přibližně následující

1. Udělejte si seznam elektrického zařízení, které plánujete připojit k UPS.

2. Určete celkový výkon každého zařízení pomocí jedné z následujících metod

Plný výkon udává výrobce v datovém listu zařízení.
Pokud je činný výkon zařízení uveden v pasu, vypočítejte celkový výkon pomocí vzorce uvedeného níže.

Zde
P – celkový výkon zařízení
P a – činný výkon zařízení
cos φ – účiník (uveden v pasu zařízení). Pokud cos φ není v pasu uvedeno, pak pro výpočet vycházíme ze skutečnosti, že cos φ = 0,7. Pro aktivní zátěže (topidla, žárovky atd.) cos φ = 1.

3. Důležitá poznámka. Pokud plánujete připojit k UPS elektrický motor nebo elektrický spotřebič, který obsahuje elektromotor, musíte při výpočtu výkonu vzít v úvahu startovací proudy. Jakýkoli elektromotor v okamžiku zapnutí spotřebuje výrazně více energie než ve jmenovitém provozním režimu. Proto, aby nedošlo k přetížení zdroje nepřerušitelného napájení, musí být jmenovitý výkon zařízení vynásoben alespoň 5, nejlépe 7.

4. Chcete-li získat celkový výkon vaší zátěže, sečtěte data získaná pro všechna zařízení.

5. Podobně vypočítejte činný výkon vaší zátěže. Pro výpočet činného výkonu použijte následující vzorec.

Výpočet výkonu. Pravidlo pro výběr UPS podle výkonu

Dostali jsme tedy dvě hodnoty výkonu naší zátěže – celkový výkon a činný výkon. Základní pravidlo pro výběr UPS podle výkonu je následující: jmenovitý výkon zdroje nepřerušitelného napájení by měl být o 25 % vyšší než výkon vaší zátěže. Navíc by toto pravidlo mělo fungovat jak pro celkový výkon UPS, tak pro činný výkon. Samozřejmě si můžete vybrat UPS, jehož jmenovitý výkon je roven nebo o něco větší než výkon zátěže. Tato možnost je přijatelná a bude fungovat, ale životnost UPS zatížené na 100 % bude výrazně (několikrát) nižší než životnost UPS, jejíž zatížení nepřesahuje 80 % jmenovité zátěže.

Výpočet výkonu UPS. Přibližný výkon některých elektrických spotřebičů

Níže jsou uvedeny přibližné hodnoty spotřeby elektrické energie různých domácích elektrických spotřebičů.

Domácí spotřebiče.

TV - 80W.
Pračka – 500…2000 W.
Chladnička - 1000W.
Mikrovlnná trouba – 1000W.
Rychlovarná konvice – 2000W.
Elektrický sporák – 1000…2000 W.
Vysavač – 200…3000 W.
Žehlička – 400…2000W.
Domácí žárovka – 25…75W.
Zářivka pro domácnost – 5…30W.

Počítačová technika.

Síťový router, hub – 10…20 W.
Systémová jednotka osobního počítače – 200…1000 W.
Serverová systémová jednotka – 300…1500 W.
CRT monitor – 15…200 W.
LCD monitor – 20…60 W.

Připomeňme si trochu fyziky

Při odhadu výkonu spotřebovaného zátěží by měl být vzat v úvahu celkový výkon. Zdánlivý výkon (měrnou jednotkou VA jsou voltampéry) je celkový výkon spotřebovaný elektrickým spotřebičem. Skládá se z aktivní (měrná jednotka "W" - Watt) a jalové (měrná jednotka VAR - voltampérové jalové) výkonové složky. Spotřebitelé elektřiny mají často aktivní i jalové složky.

. Při tomto typu zátěže se veškerá spotřebovaná energie přemění na teplo. Pro řadu zařízení je tato součást hlavní. Patří sem například elektrická kamna, svítidla, elektrická topidla, žehličky, topná tělesa atd.

Reaktivní zatížení . Téměř všechno ostatní. Mohou mít indukční nebo kapacitní charakter. Typickým představitelem elektrického zařízení, které má indukční složku zátěže, je elektromotor. Zdánlivý výkon (P) a činný výkon (Pa) souvisí s koeficientem cosФ.

Ra = cosФ x P

Jaká je metodika výpočtu výkonu elektrických spotřebičů?

Aby bylo možné provést optimální volbu modelu UPS na základě požadovaného kritéria výkonu, musíte vypočítat celkový výkon spotřebovaný vaší zátěží. Zátěží se v tomto případě rozumí všechny elektrické spotřebiče umístěné ve vaší domácnosti (kancelář, byt, průmyslové prostory), které podléhají ochraně.

Spotřebu energie konkrétním zařízením lze nejlépe určit z datového listu nebo návodu k obsluze tohoto produktu. Někdy jsou spotřeba energie a koeficient cosF uvedeny na zadní stěně zařízení nebo zařízení. Je třeba poznamenat, že hodnota výkonu v dokumentech pro různá zařízení může být uvedena buď ve wattech, nebo ve voltampérech. Aby se předešlo chybám při výpočtu výkonu zařízení, shrnujeme zvlášť pro každou měrnou jednotku ve dvou sloupcích.

Uvedeme všechny elektrické spotřebiče podléhající ochraně;
Shrňme jejich pravomoci, jak je uvedeno výše;
Uveďme získané výsledky na jednu jednotku měření výkonu (nejlépe ve voltampérech). Postup:
Pokud je v pasu uveden činný výkon a koeficient cosF, je snadné jej přepočítat na plný výkon. K tomu je třeba činný výkon ve "W" vydělit cosФ. Pokud například produkt říká, že činný výkon je 700 W a cosФ = 0,7, pak to znamená, že celkový spotřebovaný výkon se bude rovnat 700/0,7 = 1000 VA. Pokud cosФ není zadáno, pak pro přibližný výpočet budeme brát hodnotu 0,7.

Takto vypočítaný výkon je třeba přičíst k součtu výkonů ve druhém sloupci (součet ve VA).

Poznámka: pro elektrické spotřebiče, které mají pouze aktivní zátěž, se koeficient cosФ bere rovný 1.

Je třeba vzít v úvahu další mimořádně důležitý bod - náběhové proudy. Jakýkoli elektromotor (kompresor) v okamžiku zapnutí spotřebuje několikanásobně více energie než ve jmenovitém režimu. V případě, že je součástí zátěže elektromotor (např.: ponorné čerpadlo, lednička, vrtačka), je třeba její jmenovitý příkon vynásobit minimálně 3 (nejlépe 5), aby nedošlo k přetížení stabilizátoru nebo UPS, když zařízení je zapnuto. Proveďte tyto úpravy ve výpočtech.

Síla je tedy vypočtena.

Vezměme však v úvahu ještě dva body.

V životě prakticky neexistují případy, kdy by současně fungovalo absolutně celé zatížení. Ve skutečnosti, pokud vítáte hosty, je nepravděpodobné, že by se prádlo v tuto dobu vypralo, nebylo během dne zapnuté osvětlení atd. V praxi existuje něco jako „koeficient současného spínání“. Vypočtenou hodnotu lze tedy snížit (tj. vynásobit přibližně faktorem 0,3-0,5).
Na druhou stranu je nepřijatelné, aby fungoval v režimu plné zátěže. Pro vytvoření „šetrného“ provozního režimu je vhodné zvýšit výkon získaný v důsledku předchozích výpočtů přibližně o 10-15%. Tím zvýšíte životnost zařízení, zvýšíte spolehlivost a vytvoříte výkonovou rezervu pro připojení nového zařízení.

Požadované číslo bylo nalezeno. Nyní si na základě konkrétních příkladů vyberme UPS.

Pro usnadnění úkolu určování výkonu můžete poskytnout tabulku s přibližnými údaji o spotřebě elektřiny domácích spotřebičů.

Chladnička – do 1 kW
TV - 0,08 kW
Pračka - 1,5 kW
Rychlovarná konvice - 2 kW
Vysavač – 0,8 kW
Železo - 1 kW
Mikrovlnná trouba - 1 kW
Osvětlení (žárovky - 1 ks) - 0,06 kW.
Počítače a monitory:

Spotřeba energie moderních CRT monitorů

15" 70-100 W
17" 90–110 W
19" 100-150 W
22" 110-180 W

Spotřeba energie moderních LCD monitorů

15" - 25-45 W
17" - 35-50 W
19" - 40-60 W

Záložní zdroj je zařízení určené k ochraně zařízení k němu připojených před krátkodobými a dlouhodobými výpadky napájení a také před nepřijatelnými napěťovými rázy v síti.

Životnost baterie nepřerušitelného zdroje napájení je ovlivněna mnoha faktory, z nichž hlavní jsou:

napájení zátěže připojené k UPS;
počet a kapacita baterií připojených k UPS;
design UPS.

Záložní zdroje se podle konstrukce dělí především na dva typy: UPS s vestavěnými bateriemi a UPS určené pro práci s externími bateriemi.

UPS s vestavěnými bateriemi nejsou navrženy tak, aby poskytovaly dlouhou životnost baterie. Používají se k rychlému a správnému vypínání a vypínání zařízení (například osobních počítačů). Provozní doba v autonomním režimu u takových UPS zpravidla nepřesahuje 5 - 15 minut.

UPS navržené pro práci s externími bateriemi mohou zajistit dlouhou životnost baterií, protože k nim lze připojit velké množství vysokokapacitních baterií. Takové UPS se používají například k budování systémů nepřerušitelného napájení pro soukromé domy a chaty a životnost baterie může dosáhnout dvou i více dnů.

Existuje několik způsobů, jak vypočítat životnost baterie, z nichž hlavní lze identifikovat.

Metoda 1. Výpočet pomocí zjednodušeného vzorce (Tato metoda je zprůměrována a poskytuje přibližný výsledek).

Zjednodušený vzorec je následující:

, kde:

- Počet baterií;
- Konstantní zátěžový výkon, W.

Například 100 W žárovka s jednou 75 ampérhodinovou baterií bude pracovat nepřetržitě po dobu 9 hodin (75 * 12 * 1/100).

Metoda 2. Výpočet životnosti baterie UPS pomocí rafinovaného vzorce.

Upřesněný vzorec je následující:

Výdrž baterie, hodina;
- Kapacita jedné baterie, A*h;
- Napětí jedné baterie, V;
- Počet baterií ve skupině;
- Počet skupin baterií;
- účinnost UPS;
- Koeficient hloubky vybití baterií se předpokládá 0,8 – 0,9 v závislosti na typu a opotřebení baterií;
- Koeficient závislý na teplotě, při které jsou baterie provozovány (při teplotě 25 °C se bere rovna 1, při teplotě 0 °C se bere 0,88);
- Koeficient v závislosti na době vybíjení baterie. Pro 10hodinový výboj se předpokládá, že se rovná jedné. Závislost tohoto koeficientu je znázorněna v grafu níže:

- Konstantní průměrný zátěžový výkon, W. Zde je důležité pochopit, co to je konstantní průměrný výkon zatížení. Pokud je například zátěží televizor, jehož spotřeba energie je 100 W, a pokud pracuje 30 % času, pak se předpokládá, že konstantní průměrný výkon takové zátěže je 30 W.

Obecně platí, že pokud se například počítá systém nepřerušitelného napájení pro soukromý dům, sečte se jmenovitý výkon všech zátěží a průměrný konstantní výkon se bere rovna 20-25 % výsledné hodnoty.

Metoda 3. Požádejte naše specialisty z obchodu o pomoc s výpočtem životnosti baterie.

Pokud se nechcete zabývat vzorci a čísly pro výpočet životnosti baterie, vždy můžete získat kvalifikovanou radu od našich specialistů.

Naši zkušení specialisté vám nejen co nejpřesněji spočítají vaše zatížení, ale také správně vypočítají životnost baterie na základě dlouholetých zkušeností s budováním systémů nepřerušitelného napájení.

Určete účel použití UPS a jeho primární účel. Důležitým ukazatelem je frekvence používání a typ připojené zátěže. V případě, že je UPS vybrána pro domácnost, použití v domácnosti se vzácnými výpadky napájení, lze zvážit typ interaktivně nebo záložní. V případě komerčních nebo průmyslových aplikací bude vyžadováno zařízení typu on-line. Upozorňujeme, že se jedná o obecná doporučení pro určení správného výběru třídy UPS, volejte obchodní oddělení garantovaných napájecích systémů (+380 44 383 3663).

3. Výběr UPS podle charakteristik

Pomocí kalkulačky vyberte UPS na základě zadaných parametrů. Databáze kalkulátorů obsahuje více než 16 000 modelů nepřerušitelných zdrojů napájení a napěťových měničů Výběr UPS je založen na aktualizované databázi, kde je zastoupena většina zahraničních značek: General Electric, INVT, Riello UPS, Socomec, Borri, Emerson, Eaton, APC, Legrand, Voltitronic, Ippon, ale i ukrajinští výrobci: Reserve, Volter, SinPro, Integral, Phantom a další Databáze obsahuje také autonomní a hybridní měniče napětí line-interactive a záložního typu Victron Energy, Power Star, Stark Country. , MeanWell, TBS Electronics a další.

Pozor! Databáze neobsahuje rozpočtové modely ukrajinské a čínské výroby, které nesplňují uvedené technické vlastnosti, neposkytují dostatečné nabití baterie a patří do nespolehlivé třídy zařízení.

Od roku 2017 můžeme vyzdvihnout některé osvědčené značky, které získaly významný podíl na ukrajinském trhu. Konvenčně lze UPS a invertory rozdělit do několika segmentů na základě nákladů, ale neměli byste předpokládat, že čím levnější produkt, tím častěji selže. Jak ukazují zkušenosti našich klientů, i levné UPS mohou pracovat neméně efektivně, protože hlavní věcí je vytvořit správné technické specifikace a vybrat vhodný model v plném souladu s nimi.

29. března 2016

Přesný výpočet životnosti baterie pomocí matematických výpočtů není triviální úkol. V tomto ohledu jsme tento úkol zjednodušili implementací výpočetního algoritmu do kalkulaček:

Podívejme se však na přístupy k určení výdrže baterie.

1) Jednoduchý vzorec

T = E U / P

E - kapacita baterie v Ah
U - napětí
P - zátěžový výkon ve W.

Jedná se o velmi zjednodušený vzorec, který poskytuje velmi přibližný výsledek pro výboje v rozmezí 5-15 hodin. Vhodné pro rychlý odhad doby autonomie ve vaší hlavě. Algoritmus nezohledňuje pokles výdeje energie baterie při krátkých vybitích a nárůst při dlouhých vybitích, stejně jako různé koeficienty.

Existuje vylepšený vzorec s koeficienty:

T = Uab * Sak * K * h * Kr * Kg / Pnagr

T – životnost baterie zdroje nepřerušitelného napájení, h;
Uab – napětí baterie, V;
Kapacita baterie Sak, Ah;
K – počet baterií v obvodu;
h – účinnost měniče (h=0,75-0,9), často se mění v závislosti na zatížení;
Kr – koeficient hloubky výboje 0,8 – 0,9 (80%-90%), je třeba považovat za 80%;
Кg – koeficient dostupné kapacity (závisí na režimu vybíjení a teplotě, viz charakteristika baterie)
Rload – výkon zátěže.

Tento algoritmus poskytuje relativně přesné výsledky, ale pro dlouhodobé vybíjení 1 hodiny nebo více. Při krátkých vybitích mohou být výsledky značně zkreslené v důsledku funkce nelineárního vybíjení olověných akumulátorů. V článku jsme použili podobnou metodu.

2) Peukertův vzorec

T=Cp/I^n

T – čas v hodinách
Cp – Peckertova kapacita (kapacita baterie při vybití proudem 1A)
I – vybíjecí proud
n – Peukertův exponent

Peukertův exponent je někdy uveden v charakteristikách baterie a je vypočítán na základě údajů C-rating baterie (kapacita při různých dobách vybíjení). Kapacita Peukert se vypočítá podle vzorce – Ср=R(C/R)^n (R je hodnocení v hodinách odpovídající této kapacitě, např. 10).

Naše kalkulačky jsou založeny na tomto vzorci a berou v úvahu účinnost střídačů a hloubku vybití. Počítají dobu autonomie s vysokou přesností pro krátké i dlouhé výboje.

3) Výpočet pomocí tabulek ze specifikací baterií

Krok 1. Výpočet celkového výkonu do výkonu baterie

Rakb = (Pload*cos(φ)*Knagr)/účinnost inv

Plload – výkon v kVA
cos(φ) – charakteristika účiníku (zatěžovací charakteristika)
Knagr – úroveň zátěže UPS
Efficiency inv – účinnost měniče

Vezměme si například 120 kVA UPS pracující při 70% zatížení s účiníkem 0,8:

Rakb= (120 000*0,8*0,7)/0,94=71,489 W - Je to tato zátěž, která dopadne na celou baterii, když je UPS napájena z baterie.

Krok 2. Vypočítejte zatížení jedné baterie

Pojďme si přepočítat zátěž na jednu baterii. Zpravidla se ve velkých UPS baterie zapojují do série v množství 32-40 ks. Pro výpočet zatížení jedné baterie při 40 bateriích:

71 489 W/40 = 1 788 W.

Seznam údajů o baterii obvykle udává výkon na článek (Pel), kterých je 6 kusů. na 12V baterii. Proto:

Rel = 1788/6 = 298 W.

Krok 3. Studium tabulek vybíjení baterie a výběr.

V článku jsme se podívali na podtypy baterií v kontextu různých zamýšlených použití. Jednou ze základních charakteristik je energetický výdej, tzn. kolik energie je baterie schopna dodat za určitou dobu.

Podívejme se na vybíjecí tabulky 100Ah Delta baterií dvou různých řad.

Delta DTM 12100 l:

Delta HRL 12100:

Připomeňme, že naše zatížení prvku je 298W. Hloubka vybití – 10,8V nebo 1,80V na prvek. Z těchto tabulek tedy můžeme usoudit, že DTM 12100 l vydrží zátěž cca 13,8 minuty (lze vypočítat úměrně, zkreslení je minimální), Delta HRL 12100 - 16,3 minuty. rozdíl objednávky 15% . Mimochodem, cenový rozdíl je přibližně stejný.