Cálculo de un sistema de alimentación ininterrumpida a partir de una carga. Cálculo del tiempo de reserva de energía de carga de un UPS

Cómo elegir la configuración óptima de UPS para organizar el suministro de energía ininterrumpida a equipos y electrodomésticos en la casa

Es bastante difícil responder a la pregunta sobre cómo elegir la configuración de un sistema de alimentación ininterrumpida para garantizar un suministro de energía confiable a los sistemas de calefacción e ingeniería y a los electrodomésticos. Básicamente, se trata de una ecuación con muchas incógnitas. Después de todo, no se sabe de antemano qué tan mala será la fuente de alimentación de la red y cuánto durarán los cortes de energía.

En la primera etapa, es necesario determinar la potencia total de todos los consumidores de energía cuyo funcionamiento debe garantizarse en ausencia de la red eléctrica. En base a este valor, es necesario seleccionar un UPS con una potencia un 20% superior al valor de carga máxima. Después de esto, es necesario determinar la capacidad de las baterías externas, en función del tiempo de respaldo requerido.

La solución más óptima para el suministro de energía ininterrumpida es dividir la carga en varios grupos más pequeños de consumidores. Y resolver el problema de proporcionar reservas por separado para diferentes grupos de consumidores, según su importancia. Al elegir la configuración de un sistema de alimentación ininterrumpida y baterías, se debe tener en cuenta que aumentar la reserva de energía del UPS no conduce a un aumento lineal en la duración de la reserva. Para proporcionar una alta potencia de carga, se requiere un UPS más potente y, para garantizar un tiempo de reserva prolongado, es necesario aumentar la capacidad de las baterías externas.

Una forma sencilla de calcular el tiempo de respaldo del sistema de energía ininterrumpida

El tiempo de reserva de energía está determinado principalmente por dos parámetros: la potencia de la carga útil y la capacidad total de todas las baterías.

Sin embargo, cabe señalar que la dependencia del tiempo de reserva de estos parámetros no es lineal. Pero para obtener una estimación rápida y aproximada del tiempo de inactividad, puede utilizar una fórmula sencilla.

T=E*U/P(horas),

Dóndemi - capacidadbaterías,U - voltajebaterías,P - potencia de cargatodos los dispositivos conectados.

Un método refinado para calcular el tiempo de respaldo del suministro de energía ininterrumpible

Para aclarar el cálculo del tiempo de reserva, se introducen adicionalmente coeficientes especiales: eficiencia del inversor, coeficiente de descarga de la batería, coeficiente de capacidad disponible en función de la temperatura ambiente.

Teniendo en cuenta estos coeficientes, la fórmula de cálculo adopta la siguiente forma.

t=E*U/P*KPD * KRA * KDE(horas),

donde KPD (eficiencia del inversor) está en el rango de 0,7-0,8,

KRA (índice de descarga de la batería) está en el rango de 0,7-0,9,

KDE (índice de capacidad disponible) está en el rango de 0,7-1,0.

El coeficiente de capacidad disponible tiene una dependencia compleja del valor de temperatura y la velocidad de aplicación de la carga. Cuanto más fría sea la temperatura del aire, menor será el ratio de capacidad disponible. Cuanto más lentamente se consume la energía de la batería, mayor será el coeficiente de capacidad disponible.

Tablas preparadas de valores de tiempo de reserva para sistemas de suministro de energía ininterrumpible de las series SKAT y TEPLOCOM

Se requiere una batería externa de 12 voltios

Capacidad, en Ah	Potencia de carga, VA
	100	150	200	250	270
26	2h 18min	1h 22min	55 minutos	44min	39min
40	3h 37min	2h 15min	1h 36min	1h 15min	1h 09min
65	7h 01min	4h 00min	2h 45min	2h 12min	1h 54min
100	12h 00min	7h 12min	5h 00min	3h 40min	3h 26min

Tabla de tiempos aproximados de reserva

Requiere dos baterías externas de 12 voltios

Capacidad de la batería, Ah
	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
2x40	9,37	4,06	2,31	1,51	1,36	1,22	1,07	0,53	0,39	0,34
2x65	16,15	7,12	4,40	3,02	2,29	1,56	1,44	1,36	1,28	1,11
2x100	27,11	11,55	7,33	5,23	4,12	3,05	2,44	2,22	2,01	1,49
2x120	32,37	14,52	9,44	6,10	5,11	4,12	3,14	2,51	2,33	2,15
2x150	40,47	17,40	11,24	8,19	5,57	5,07	4,17	3,28	2,57	2,42
2x200	54,23	24,48	15,47	11,27	9,09	6,50	5,45	5,08	4,31	3,54

Tabla de tiempos aproximados de reserva

Requiere 8 baterías externas con un voltaje de 12 Voltios

Capacidad de la batería, Ah
	500	1000	1500	2000	2500	3000
65	12h 20min	5h 10min	2h 55min	2h 15min	1h 40min	1h 25min
100	19h 25min	8h 40min	5h 20min	3h 40min	2h 45min	2h 15min
120	23h 05m	11h 35min	7h 00min	4h 45min	3h 30min	2h 45min
150	28h 55min	14h 20min	8h 45min	6h 30min	4h 50min	3h 40min
200	38h 30min	19h 10min	12h 45min	8h 45min	7h 00min	5h 20min

Línea de marcas UPS SKAT Y TEPLOCOM brinda la capacidad de organizar un suministro de energía ininterrumpido confiable a consumidores de diversas capacidades y propósitos. Las fuentes de alimentación ininterrumpida permiten organizar un suministro de energía ininterrumpida desde una pequeña caldera de calefacción o una bomba de circulación hasta alimentar toda la casa u oficina. Los UPS especializados permiten organizar un suministro de energía ininterrumpida para objetos particularmente importantes, como sistemas de comunicación, equipos de comunicación, sistemas de seguridad y control.

¿Cómo aumentar el tiempo de respaldo de carga?

Hay varias formas de aumentar el tiempo de reserva de energía de la carga útil. Todos estos métodos se derivan de la fórmula para calcular el tiempo de reserva.

Para aumentar el tiempo de reserva, puede aumentar la capacidad de las baterías externas, reducir la carga útil y crear condiciones de funcionamiento óptimas para el UPS y las baterías.

Primera opción- el más sencillo, pero el más caro. Para aumentar la capacidad de la batería, tendrás que comprar baterías más caras y un SAI que permita cargarlas de forma eficiente. Además del costo del equipo, también será necesario asignar una habitación especial diseñada para almacenar y operar baterías, equipada con un buen sistema de ventilación.

Para calcular la duración de la batería de un sistema de alimentación ininterrumpida de UPS, puede utilizar datos promedio de UPS de la mayoría de los fabricantes. Por ejemplo, con una carga del UPS del 100%, el tiempo de autonomía es de 4...8 minutos, 75% - 7...12 minutos, 50% - 12...20 minutos. O tablas especiales que indican la duración de la batería del sistema de alimentación ininterrumpida del UPS para varios valores de potencia de carga y la capacidad de las baterías recargables incorporadas. Es importante tener en cuenta que los valores de duración de la batería indicados por el fabricante son estimaciones y no constituyen la base para la aparición de obligaciones del proveedor o quejas del comprador. Cabe recordar que los fabricantes de sistemas de alimentación ininterrumpida de UPS indican los valores de potencia del UPS, capacidad de la batería y duración de la batería para funcionamiento a una temperatura de 20...25C. Esta temperatura es óptima para el funcionamiento del UPS y la batería. Pero las condiciones reales de funcionamiento de los sistemas de alimentación ininterrumpida de UPS difieren de las ideales.

Determinar el tiempo exacto de autonomía de un SAI no es una tarea sencilla, teniendo en cuenta muchos parámetros diferentes para cada caso de cálculo. De manera simplificada, la duración aproximada de la batería de un sistema de alimentación ininterrumpida de UPS cuando funciona con una batería se puede calcular mediante la fórmula:

T=mi* Ud./ PAG(hora.)

mi- capacidad de la batería (Ah)

Ud.- voltaje de la batería (V)

PAG- Potencia de carga del SAI (W)

Si las especificaciones técnicas del comprador permiten errores durante el funcionamiento del sistema de alimentación ininterrumpida del UPS, entonces el cálculo se puede realizar mediante la siguiente fórmula.

En caso de interrupciones en el suministro de tensión a una carga crítica, es necesario asegurar su funcionamiento autónomo. El uso de UPS (sistemas de alimentación ininterrumpida) en el circuito de alimentación le permite resolver este problema. La duración de la batería del UPS es el indicador principal al elegir dichos dispositivos para equipos específicos. La duración de la batería del UPS depende de la potencia de carga y de la capacidad de la batería. Los consumidores responsables incluyen servidores, circuitos de control para calderas de calefacción, equipos de laboratorio complejos para realizar estudios cíclicos y equipos médicos para sistemas de soporte vital. Para un cálculo más preciso de la vida útil de la batería de un sistema de alimentación ininterrumpida de UPS cuando funciona con baterías de almacenamiento para consumidores responsables, la fórmula de cálculo debe tener en cuenta la eficiencia del inversor (generalmente este valor es 0,75...0,8), el número de baterías en la batería, el grado de desgaste de la batería, la profundidad de descarga de la batería (0,8...0,9. Las baterías reducen su capacidad al 5% por cada grado de aumento de temperatura después de 40 °C), el coeficiente de capacidad disponible de la batería (se determina de la relación entre los valores de capacidad en el modo de descarga de la batería y la temperatura ambiente), la temperatura ambiente (si la temperatura ambiente supera los 25 ° C, es necesario reducir la potencia de carga del UPS en un 20 % por cada aumento de temperatura de 10 ° C).

Al elegir un sistema de alimentación ininterrumpida, es mejor comprar un UPS con capacidades adicionales, por ejemplo, la capacidad de conectar un estabilizador y placas de carga adicionales. Esta configuración de UPS le permitirá ahorrar dinero en el futuro cuando aumente la potencia de carga.

Es mejor dejar el cálculo de la configuración individual del sistema de alimentación ininterrumpida del UPS a especialistas.

una pequeña teoría

Para calcular el tiempo de funcionamiento de un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) con cualquier carga, es necesario conocer la capacidad de la batería, que se expresa en amperios-hora (A*h). Sin embargo, en las características de un UPS generalmente no escriben amperios-hora, sino voltamperios (V*A), es decir, escriben potencia. Pero esto no es sólo potencia, sino la producción de potencia ideal inventada por los especialistas en marketing. La palabra clave aquí es "ideal". Es decir, uno que no puede existir en el mundo real. Denotémoslo como Pideal.

Los fabricantes más honestos indican la potencia efectiva, que tradicionalmente se expresa en vatios. Denotémoslo como Eficaz . La potencia efectiva se obtiene de la potencia ideal multiplicando por el factor de potencia:

Efectivo = k * Pideal

¿Cuál es el factor de potencia? k ? A la salida del SAI se instala un inversor que convierte los 12V suministrados por la batería en 220V necesarios para alimentar los dispositivos conectados. Dado que la corriente de salida es alterna, la pérdida de potencia es 1/sqrt(2)=0,70. Además, excluimos de esta potencia la fuente de alimentación del propio circuito UPS y obtenemos un coeficiente aproximadamente igual a 0,6.

Por ejemplo, un sistema de alimentación ininterrumpida de oficina normal APC Smart UPS 500 tiene una potencia de 500 VA. Éste perfecto energía que puede ser proporcionada por la batería instalada dentro del UPS. Eficiente La potencia, según nuestra fórmula y coeficiente, será sólo 0,6 de la ideal, es decir, 300 W.

Ahora la pregunta. ¿Por qué primero escribimos voltamperios y luego comenzamos a escribir vatios? Ambas son unidades de poder. Tradicionalmente, la potencia ideal se escribe en voltamperios y la potencia efectiva en vatios. Pero estas son cantidades de la misma dimensión.

Calcular el tiempo de funcionamiento del dispositivo

Ahora comprendamos cómo calcular el tiempo de funcionamiento de un dispositivo alimentado por un UPS. Por ejemplo, tenemos un enrutador Cisco administrado que consume 50 vatios. ¿Qué significa consumir 50 W? Esto significa que por hora gastará 50 W de potencia para su trabajo. Es decir, de hecho, deberíamos escribir 50 W/h. Denotemos esta cantidad como poder (demanda de energía - consumo de energía).

Nuestro UPS tiene una reserva de energía efectiva de solo 300 W. Esto quiere decir que si el equipo consume 50 Wh/h, entonces nuestro SAI será suficiente para:

300W / 50W/h = 6h

Es decir, la fórmula para calcular el tiempo será la siguiente:

T = Efectivo / Dpotencia

Es decir, si Dpower estará en la dimensión W/h, entonces el tiempo estará en horas.

Y por último, una pequeña tontería.

Si observamos las dimensiones de la potencia (voltios*amperios), recordamos la fórmula de la potencia eléctrica de un curso de física escolar:

P = U*I

Dónde:

• P es la potencia de la batería, expresada en voltios amperios (V*A),
• V es el voltaje de la batería, expresado en voltios (V),
• I es la corriente generada por la batería, expresada en amperios (A).

Ahora, sabiendo que los sistemas de alimentación ininterrumpida suelen contener baterías con un voltaje de 12 V, podemos averiguar la intensidad de corriente que puede proporcionar la batería:

Yo = P/U = 500/12 = 41,6 A

¡Vaya, 41,6 A! ¿Qué tipo de corriente es esta? Esta es una corriente normal. Es solo una corriente de cortocircuito cuando no hay resistencia y una corriente calculada en base a la potencia ideal. Pero no provocarás un cortocircuito en la batería, conectarás la carga al UPS.

Publicado por el autor - , - 29 de enero de 2014

Para simplificar, hemos creado calculadoras de cálculo:

Ahora presentemos el algoritmo de cálculo:

1) Determine la potencia de carga total y la corriente de descarga constante.

2) Calculamos la capacidad de batería necesaria para una autonomía determinada.

3) Determinar el tipo de batería.

Ejemplo

Dado: dos tiras de LED con una potencia de 10W cada una y que funcionan a 12V. Autonomía requerida: 10h. Vida útil: un año con uso diario. Condiciones de funcionamiento: temperatura ambiente constante 20 grados.

Encontrar: Baterías mínimas aceptables y óptimas para solucionar el problema.

Solución

1) Potencia total W=10W*2=20W. Corriente de descarga constante: I=20/12=1,67A. Para cálculos precisos, es recomendable medir el consumo actual con un multímetro.

2) Para determinar la capacidad requerida, debe pasar por los siguientes puntos:

A) Para soportar la carga con dicha corriente de descarga, es necesario determinar la capacidad mínima calculada de la batería: 1,67 * 10 = 16,7 Ah.

b) Hay que tener en cuenta que la capacidad de las baterías recargables la indican los fabricantes en función de un tiempo de descarga determinado. Normalmente son 10 horas. Pero algunos fabricantes indican 20 horas. Aquí podemos obtener ayuda con la batería, que puede obtener en nuestro sitio web. Veamos la especificación:

En nuestro caso, el tiempo de funcionamiento de la batería es de 10 horas, por lo que podemos considerar la capacidad igual a la nominal. Sin embargo, si la tarea requiere 5 horas, entonces es necesario tener en cuenta el hecho de que con tal tiempo de descarga la capacidad de la batería será menor (multiplicamos la corriente de descarga por horas: 4,8 A * 5 h = 24 Ah en lugar de 28 ).

En el problema podemos ver que el número planificado de ciclos es 365. La profundidad de descarga máxima aproximada en nuestro caso es de aproximadamente el 57%. Es recomendable tomarlo con reserva; contaremos con un 50% de descarga (las condiciones reales de funcionamiento difieren de las ideales de laboratorio).

Así, introducimos una corrección de 0,5: 16,7/0,8 = 33,4 Ah.

GRAMO) Si estamos ante una temperatura de funcionamiento distinta a la óptima (25 grados), es necesario introducir un factor de corrección, que también podemos tomar de la especificación:

Así, a una temperatura de 10 grados se debe introducir un coeficiente de 0,9, es decir otro +10% a la capacidad calculada.

3) Si necesitamos modos de descarga prolongados, debemos prestar atención a la serie de baterías AGM de fabricantes populares en el mercado ruso:

• La batería es de serie Delta.
• En el CSB -

29 de marzo de 2016

Calcular con precisión la duración de la batería mediante cálculos matemáticos no es una tarea trivial. En este sentido, simplificamos la tarea implementando el algoritmo de cálculo en calculadoras:

Sin embargo, veamos enfoques para determinar la duración de la batería.

1) Fórmula sencilla

T = UE U / P

• E - capacidad de la batería en Ah
• U - voltaje
• P - potencia de carga en W.

Se trata de una fórmula muy simplificada que da un resultado muy aproximado para descargas en el rango de 5 a 15 horas. Adecuado para estimar rápidamente el tiempo de autonomía en tu cabeza. El algoritmo no tiene en cuenta la disminución de la producción de energía de la batería durante descargas cortas y el aumento durante descargas largas, así como varios coeficientes.

Hay una fórmula mejorada con coeficientes:

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

• T – duración de la batería del sistema de alimentación ininterrumpida, h;
• Uab – voltaje de la batería, V;
• Capacidad de la batería Sak, Ah;
• K – número de baterías en el circuito;
• h – eficiencia del convertidor (h=0,75-0,9), a menudo varía según la carga;
• Kr – coeficiente de profundidad de descarga 0,8–0,9 (80%-90%), debe considerarse 80%;
• Kg – coeficiente de capacidad disponible (depende del modo de descarga y la temperatura, ver características de la batería)
• Rload – potencia de carga.

Este algoritmo proporciona resultados relativamente precisos, pero para descargas prolongadas de 1 hora o más. En descargas cortas, los resultados pueden verse muy distorsionados debido a la función de descarga no lineal de las baterías de plomo-ácido. Usamos un método similar en el artículo.

2) fórmula de Peukert

T=Cp/I^n

• T – tiempo en horas
• Cp – Capacidad de Peckert (capacidad de la batería cuando se descarga con una corriente de 1A)
• I – corriente de descarga
• n - exponente de Peukert

El exponente de Peukert a veces se indica en las características de la batería y se calcula en función de los datos de clasificación C de la batería (capacidad en diferentes tiempos de descarga). La capacidad de Peukert se calcula mediante la fórmula – Ср=R(C/R)^n (R es la calificación en horas correspondiente a esta capacidad, por ejemplo, 10).

Nuestras calculadoras se basan en esta fórmula, teniendo en cuenta la eficiencia de los inversores y la profundidad de descarga. Calculan el tiempo de autonomía con gran precisión tanto para descargas cortas como largas.

3) Cálculo utilizando tablas de especificaciones de la batería.

Paso 1. Cálculo de la potencia total en potencia de carga de la batería.

Rakb = (Pload*cos(φ)*Knagr)/eficienciainv

• Carga – potencia en kVA
• cos(φ) – característica del factor de potencia (característica de carga)
• Knagr – Nivel de carga del SAI
• Eficiencia inv – eficiencia del inversor

Por ejemplo, tomemos un UPS de 120 kVA que funciona al 70% de carga con un factor de potencia de 0,8:

Rakb= (120000*0,8*0,7)/0,94=71.489W - Es esta carga la que recaerá sobre todo el banco de baterías cuando el UPS se alimente con la batería.

Paso 2. Calcula la carga de una batería.

Volvamos a calcular la carga de una batería. Como regla general, en los UPS grandes las baterías se conectan en serie en una cantidad de 32 a 40 unidades. Para calcular la carga de una batería con 40 baterías:

71.489W/40=1.788W.

La hoja de datos de la batería suele indicar la potencia por celda (Pel), de las cuales hay 6 piezas. en una batería de 12V. Por eso:

Rel = 1788/6 = 298W.

Paso 3. Estudio de tablas de descarga de baterías y selección.

En el artículo analizamos los subtipos de baterías en el contexto de los diferentes usos previstos. Una de las características básicas es la producción de energía, es decir. cuánta energía es capaz de entregar la batería en un tiempo determinado.

Veamos las tablas de descarga de baterías Delta de 100Ah de dos series diferentes.

Delta DTM 12100 litros:

DeltaHRL 12100:

Recordemos que nuestra carga sobre el elemento es de 298W. Profundidad de descarga: 10,8 V o 1,80 V por elemento. Así, de estas tablas podemos concluir que DTM 12100 l soportará la carga durante unos 13,8 minutos (se puede calcular proporcionalmente, la distorsión es mínima), Delta HRL 12100 - 16,3 minutos. diferencia de orden 15% . Por cierto, la diferencia de precio es aproximadamente la misma.

4) Realización de vertidos reales

Por supuesto, lo ideal es realizar pruebas de bits reales. Hay que tener en cuenta que las baterías alcanzan su capacidad máxima en el décimo ciclo de carga-descarga.