Расчет времени работы нагрузки от источника бесперебойного питания
В предыдущей статье мы разобрались с типами источников бесперебойного питания (ИБП) по классу защиты, в этой статье мы разберем методологию расчета времени работы нагрузки от ИБП.
Шаг 1. Находим реальную мощность защищаемой нагрузки.
Вначале определим реальную мощность подключенного к источнику бесперебойного питания (ИБП) оборудования в ваттах. Для этого необходимо рассчитать среднее потребление полезной нагрузки. Оно будет отличаться от максимальной и номинальной мощности, указанной в описаниях оборудования.
Пример: номинальная мощность блока питания компьютера 500 Вт, а реальное потребление 140 Вт (бюджетный процессор - 50 Вт, материнская плата с интегрированным GPU - 80 Вт и SSD винчестер - 10 Вт).
Другой пример: подключенный к ИБП холодильник имеет компрессор с электрической мощностью 150 Вт, но включается этот компрессор один раз в 10 минут и работает 3 минуты. В этом случае, среднее потребление будет равно:
150 Вт / 10 мин. * 3 мин. = 45 Вт
Если для холодильника указано годовое потребление энергии в киловатт-часах, (например, 360 кВт*час в год), то для расчета средней мощности эту величину нужно разделить на 12:
P = 360 *1000/ 365/24 = 49.31 Вт
Нас интересует средняя активная мощность оборудования, питающегося от ИБП, т.е. мощность, выраженная в ваттах (Вт), а не в вольт-амперах (ВА). Если известна только полная мощность (в ВА), то ее нужно умножить на коэффициент от 0.6 до 1.0 в зависимости от характеристик оборудования. Этот коэффициент указывается в каталоге продукции производителя оборудования, либо в документации к конкретному оборудованию.
Шаг 2. Рассчитываем суммарную емкость ИБП.
Аккумуляторная батарея состоит из нескольких одинаковых электрохимических компонентов. В случае небольшой мощности ИБП, такая аккумуляторная батарея может состоять из одного аккумулятора.
Необходимо найти суммарную емкость аккумуляторной батареи ИБП. Для этого общее количество аккумуляторов умножим на емкость одного аккумулятора.
Приведем пример: ИБП имеет встроенную аккумуляторную батарею, состоящую из двух герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов емкостью 7 А*часов и напряжением 12 вольт. В дополнении к этому, к ИБП подключен один внешний батарейный блок с четырьмя такими же аккумуляторами. Тогда суммарная емкость аккумуляторной батареи ИБП будет равна:
C = 7 А*час * (2 + 4) = 42 А*час
Шаг 3. Расчет времени работы нагрузки от ИБП при идеальных условиях.
Рассчитаем время работы полезной нагрузки от аккумуляторной батареи:
T [час] = C [А*час] * V [В] * η / P [Вт], где:
C - рассчитанная ранее суммарная емкость аккумуляторной батареи ИБП в ампер-часах;
V - напряжение одного аккумулятора в вольтах;
η - КПД инвертора ИБП (в расчёте примеров используем КПД = 0,92, более подробная информация в замечаниях);
P - рассчитанная ранее средняя мощность подключенного к ИБП оборудования в ваттах.
Для рассмотренного выше примера (компьютер средней мощностью 140 Вт и ИБП с двумя встроенными 12-вольтовыми аккумуляторами на 7 А*часов и внешней аккумуляторной батареей из четырех таких же аккумуляторов) имеем:
T = 42 А*час * 12 В * 0.92 / 140 Вт = 3,312 час = 3 часа 18 мин
Важные поправки и замечания:
1. Рассмотренная нами методика расчета не учитывает ряд зависимостей работы аккумулятора от внешних факторов и наиболее точна только при больших временах (более 10 часов времени разряда) и незначительных отклонениях от нормальных условий. В случае с большой мощностью нагрузки, по отношению к максимально допустимой для работы от ИБП следует рассчитать понижающие коэффициенты из приведенных ниже графиков. Также в каталоге продукции Eaton приведена таблица времени резервирования батарей с полезной нагрузкой 70% и 50% от максимально допустимой.
2. В рамках концепции энергоэффективной архитектуры (EAA) компания Eaton разработала ряд инновационных решений, повышающих эффективность систем резервирования оборудования: Система сохранения энергии (ESS) - предназначена для достижения максимального показателя КПД (на теперешний момент КПД ИБП с технологией ESS = 99%). Приведем график КПД в зависимости от нагрузки.
