Выбор источника резервированного питания для объектов с длительным отключением электроэнергии

О. Федяков
технический директор ООО «К-Инженеринг»

Статья опубликована в журнале "Алгоритм безопасности" №5, 2012

Что произойдет с Вашей системой, если на объекте произошло длительное отключение электроэнергии? Восстановится ли работа системы после длительного отключения электроэнергии, а если не восстановится, то какой ценой ее придется восстанавливать? Как выбрать источник резервированного питания, чтобы система была устойчива к таким отключениям? В рамках данной статьи мы постараемся ответить на эти и другие вопросы. Данная статья будет интересна специалистам, перед которыми стоит задача обеспечения резервирования систем питания, устанавливаемых на объектах, где возможны плановые или аварийные длительные отключения электроэнергии. В качестве примера таких систем можно привести системы видеонаблюдения строящихся объектов, основное электропитание которых осуществляется только по рабочим дням. Системы связи (уличные таксофоны), основное электропитание которых осуществляется от сетей уличного освещения. Системы охраны удаленных объектов (загородные дома, коттеджи, дачи), где в результате обрыва линий электропередач вследствие ураганов или других природных катаклизмов электричество может отсутствовать длительное время.

Все, кому приходилось иметь дело с источниками резервированного(бесперебойного) питания для слаботочных систем, хорошо представляют, как они должны работать. При наличии основного источника питания напряжение сети переменного тока преобразуется в напряжение 12 или 24 В постоянного тока и подается в нагрузку. При отсутствии основного источника напряжение в нагрузку поступает из аккумуляторных батарей. Когда сетевое напряжение вновь появляется, блок «переходит» на работу от сети и начинает заряжать батареи.

Зададим себе вот такой вопрос: а как должен вести себя блок бесперебойного питания, если произошло длительное отключение сетевого источника - на несколько дней, недель или даже на месяц? Понятно, что такие случаи достаточно редки, но на практике тем не менее они случаются.

Как мы уже знаем, при отключении сетевого источника блок должен мгновенно переключиться на резервный источник - аккумуляторную батарею. Работа блока от батареи может продолжаться лишь некоторое время - так называемое время резервирования. Это время определяется емкостью используемой батареи и током нагрузки и составляет, как правило, от нескольких часов до суток. Когда ресурс батареи будет почти исчерпан, блок должен отключить нагрузку, чтобы прекратить дальнейший разряд батарей. Иначе батарея выйдет из строя и ее придется менять. Замена батарей может обойтись в кругленькую сумму, особенно это касается батарей большой емкости. Например, средняя цена батареи 12 В емкостью 40 Ач составляет около 4200 руб. Для блоков с выходным напряжением 24 В эту сумму придется умножить на 2, так как для получения номинала напряжения в них используются 2 батареи, включенных последовательно. То есть речь идет уже о сумме в 8400 рублей.

Но, как и в случае любого электронного устройства, здесь есть небольшой, но очень важный нюанс. Отключив нагрузку, блок продолжает потреблять от батареи незначительную энергию - так называемое внутреннее потребление, необходимое для обеспечения индикации, питания информационных выходов и других узлов электронной схемы.

Это внутреннее потребление может сыграть с батареей злую шутку, известны случаи, когда за неделю отсутствия электроэнергии на объекте напряжение на 12-вольтовой батарее снижалось до 7 В. В этом случае мы опять рискуем понести затраты в размере стоимости аккумуляторов, а затраты эти, как мы видели, немаленькие.

Чтобы избежать нежелательных затрат, необходимо применять блоки, оснащенные функцией защиты батареи от глубокого разряда и информационным выходом, сигнализирующим о неисправности основного источника электроэнергии Установив такой блок питания, Вы можете быть спокойны за свой объект. Ведь получив информацию о неисправности сети переменного тока и о переходе блока на работу от резервного источника, Вы сможете своевременно вызвать аварийную службу для выяснения причин и устранения неисправности. Если стало известно, что авария в сети не будет устранена в ближайшие несколько дней или более, рекомендуем вручную отключить батареи от блока для предотвращения ее глубокого разряда.

Но вот настал долгожданный момент, и аварию в сети устранили, а ваш блок почему-то не работает. Оказывается, разряженный аккумулятор в первые минуты заряда «потребовал» очень большой зарядный ток, превосходящий номинальный ток нагрузки самого блока, сработала защита от перегрузки, и напряжение на выходе блока пропало. Теперь, чтобы восстановить работоспособность блока, Вам ничего не остается, как снять батарею и зарядить ее отдельным зарядным устройством.

Такой вариант развития событий, как Вы понимаете, мало кому понравится. Вот почему в блоке питания должен быть независимый канал заряда, который обеспечит оптимальный по времени и электрическим параметрам режим заряда свинцово-кислотной герметичной аккумуляторной батареи, ограничит ток заряда, защитит блок от короткого замыкания в батарее или от ошибочного подключения (переполю- совки) батареи.

Кроме того, необходимо также и наличие информационного выхода, сигнализирующего о неисправности или отсутствии резервного источника. Срок службы аккумуляторных батарей составляет величину до 5 лет для стандартных батарей и до 10 лет - для батарей с увеличенным сроком службы. Данные показатели производитель гарантирует при соблюдении целого ряда условий эксплуатации: температура окружающей среды 20° С, ток разряда не более 10% емкости батареи, небольшое количество циклов разряда-заряда, глубина разряда не более 30% и др. На практике эти условия соблюсти очень трудно или даже невозможно, особенно это касается температуры окружающей среды, которая может существенно превышать 20° С. Поэтому реальный срок эксплуатации батареи оказывается меньше заявленного. Например, при эксплуатации батареи при температуре 35° С срок службы сократится с 5 до 3-х лет. Блок питания должен осуществлять контроль состояния батареи и в случае неисправности информировать пользователя при помощи соответствующей индикации и передачи информации во внешние информационные цепи. Это позволит своевременно произвести замену вышедшей из строя батареи.

Итак, сформулируем требования к блоку питания для объектов, где возможны длительные отключения электроэнергии:
возможность установки батарей большой емкости для обеспечения длительного времени резервирования;
защита батарей от глубокого разряда, которая предотвратит выход батареи из строя;
информационный выход, сигнализирующий об аварии в сети переменного тока и о переходе блока на работу от резервного источника;
независимый канал заряда, обеспечивающий требуемые электрические параметры заряда и время восстановления ресурса батареи;
информационный выход, сигнализирующий о неисправности батареи, что позволит произвести ее своевременную замену.

В заключение хотелось бы отметить, что сформулированные требования к блоку питания в части канала заряда и информационных выходов являются обязательными, в случае, если блок используется в составе системы противопожарной защиты, выбирать не приходится.

В случае же использования блока питания в составе систем охранного видеонаблюдения, систем охранной сигнализации, контроля и управления доступом или других систем, перечисленные требования не являются обязательными, т.е. не «прописаны» соответствующими нормами и правилами. Однако, как видно из статьи, для определенной категории объектов выполнение блоком питания данных требований является необходимым условием для надежной работы системы в течение длительного времени, а также для минимизации затрат на ее обслуживание.