Как выбрать резервный источник питания

Системы безопасности работают на различных принципах, устроены согласно той или иной архитектуре. Однако нельзя упускать такой момент как электропитание. Относясь к нему халатно и благодушно, сложно рассчитывать, что в итоге получится хороший результат. Электроснабжение охранного оборудования должно быть бесперебойным, и полагаться только на сетевой ток не следует. На выручку приходят системы гарантированного питания.

Но проблема в том, что многие из них попросту не соответствуют необходимым требованиям. Большое количество производителей в условиях отсутствия стандартов качества делает пусть даже неплохие сами по себе, но не полностью удовлетворяющие все потребности устройства. Полагаться на сертификаты не стоит, потому что они только подтверждают соблюдение заявленных параметров. Решается ли основная задача охраны — при сертификации не учитывают.

Что надо знать для грамотного выбора

Начать необходимо с терминологии. Резервное, оно же гарантированное, электропитание, подразумевает стабильную подачу тока из основной сети, с подключением резерва при исчезновении напряжения в ней. Источник бесперебойного питания сочетает в себе обе функции, и при перебоях с электричеством автоматически переключает на аккумулятор. Составными частями ИБП (блока бесперебойного питания, ББП) выступают:

•  стандартный сетевой прибор с рассчитываемой заранее мощностью;
•  накопитель энергии;
•  зарядное устройство;
•  модуль, отвечающий за переключение сетевого и аккумуляторного режимов.

БИРП или РИП, или БРП – это блок источника резервного питания. Блоками резервного питания пользуются для подачи тока в критических ситуациях для аппаратуры, оснащенной внутренним сетевым преобразователем и вводом под резерв. Типичное конструктивное исполнение — сетевой зарядный аппарат с защитными элементами. Добавление преобразователя усложняет систем, но зато гарантирует повышенную надежность.

Немного о вариантах РИП и его работе

Когда устройство работает на аккумуляторе, оно может создавать сильный ток, ограничиваемый исключительно цепями защиты. В резервном режиме превышение достигает 2–3 раз по сравнению с режимом бесперебойного электроснабжения. Такие блоки подойдут как основной источник снабжения охранной и пожарной сигнализации, потому что их характеристики идеально соответствуют основным требованиям. Большую часть времени будет расходоваться очень маленький ток, а при срабатывании он резко увеличится.

Схемотехника выделяет 3 группы устройств по исполнению низковольтного стабилизатора:

•  импульсную бестрансформаторную;
•  трансформаторную с ШИМ;
•  трансформаторную с линейной стабилизацией.

Первый вариант используется исключительно редко. Его единственными достоинствами будут компактность и легкость, а также приличный КПД — но в большинстве случаев данными нюансами вообще можно пренебречь. При этом надежностью такие системы не блещут, создают много помех, а ремонтировать их крайне трудно.

Схема с ШИМ стоит относительно недорого и имеет высокий КПД. Изъяны почти те же, что и в предыдущем случае:

•  ненадежность;
•  слабая ремонтопригодность;
•  возникновение высокочастотных помех в нагруженном состоянии.

И все же подобная техника становится популярнее, потому что появился целый ряд доступных, относительно стабильных комплектаций. Ниша модулей с ШИМ — работа на токах более 2 А. Также подобные стабилизаторы могут пригодиться для преобразования напряжений или получения токов с вольтажом, отличным от вольтажа батареи.

Трансформатор с линейной стабилизацией наиболее надежен и дает наименьшее число помех. Починить его не составит особенного труда. Да, КПД таких устройств довольно низок, а модели, рассчитанные на большие токи, стоят дорого. Однако именно стабильность работы охранной и пожарной сигнализации, уровень ее устойчивости к различным воздействиям — главные факторы, которые следует учитывать. Линейная схема, несмотря на усовершенствование двух других вариантов, оказывается наиболее перспективной в обозримом будущем.

Напряжение на выходе

Этот параметр обязательно следует учитывать. Свинцовая АКБ, рассчитанная формально на 12 вольт, может после зарядки иметь на клеммах показатель 14,5В, а после разрядки он иногда снижается менее чем до 10 В. Но существуют приборы, которые выдают точно заданное или регулируемое в определенных пределах напряжение. Строгая стабилизация характерна для усложненных РИП, имеющих ШИМ-преобразователь. В большинстве случаев напряжение при обычной работе понижается планомерно. Решение надо принимать с учетом требуемого диапазона напряжений, на которых работает обслуживаемая техника.

Типичная видеокамера или датчик от надёжного производителя будет стабильно действовать при токах от 9 до 15 вольт. Однако встречаются ситуации, когда оборудование класса нонейм выходит из строя при незначительном отклонении параметров электропитания.

Руководствоваться следует сопроводительной документацией, которая должна указывать основные диапазоны электрических параметров.

Характеристики сетевого питания

Распространенное сетевое напряжение 220 В, на самом деле, может колебаться в широких пределах. Даже, согласно государственному стандарту, допустим разброс от 187 до 242 вольт. Естественно, резервный источник питания обязан соответствовать тому же критерию. Выполнить такое требование нелегко, так как важно в любых соотношениях напряжения и силы тока сохранять устойчивость, и исключить поломку при чрезмерно мощном нагреве. Вместо решения инженерной задачи большинство разработчиков идет по самому простому пути: устанавливает более узкий диапазон характеристик, снимая с себя ответственность за все другие ситуации. Необходимо знать про такую уловку, и не поддаваться на нее, чтобы приобретать устройства, отвечающие реальным эксплуатационным условиям. В противном случае:

• аккумулятор не сумеет заряжаться на 100%;
• время работы окажется меньше расчетного;
• возникает угроза дестабилизации при высоких токах (что провоцирует самопроизвольные срабатывания датчиков).

Электрические характеристики на выходе

Уровни пульсаций не стоит игнорировать. Это свойство фиксируется в паспорте. Трансформаторный источник питания нормально работает в зависимости от двойной амплитуды пульсаций. Если в документах пишут просто про «амплитуду», то могут указать недостоверный уменьшенный показатель. Если упомянуто «эффективное напряжение пульсаций», оно оказывается меньше реального примерно на 60% и более. В случае с импульсными моделями ситуация еще сложнее. Они выдают значительное количество помех, и для них эффективные пульсации наиболее объективны, потому что измерения амплитуды на высоких частотах чаще всего некорректны.

Но есть еще одна тонкость — как именно проводятся замеры. Стандартные требования подразумевают наиболее жесткий режим, когда напряжение оказывается минимальным, а нагрузка на выход доходит до предела. Производители блоков питания или не знают этот нюанс, или не учитывают его, чтобы максимально сократить издержки. Знакомясь с документацией, приходится помнить, что указанные там свойства относятся иногда к обычной эксплуатации, а не к критическим режимам.

Стоит обратить внимание и на выходные токи РИП. Монтажники охранных и пожарных систем сталкиваются с колоссальным числом обманов насчет этого показателя, поскольку искажать цифры можно почти неограниченно. Чтобы избежать заблуждений, надо ориентироваться исключительно на номинальные токи нагрузки. Они будут поступать при подключении к электросети максимально долгое время и независимо от пульсаций. На этот результат не влияет:

•  сетевое напряжение;
•  техническое состояние батареи;
• климатическая обстановка (в пределах допустимых согласно технической спецификации значений).

Прочие параметры или служат для справочных целей, или обманывают заказчиков. Если же о номинальном токе нагрузки не говорится вовсе, вывод очевиден — положиться на источник питания нельзя. Важно: ток без батареи окажется заметно выше обычного, и это очень серьезный недостаток. При отсутствии аккумулятора работа идет только на нагрузку, а если батарея подключена и потеряла заряд, часть тока используется на восполнение. В заряженном состоянии электричество не расходуется. После эксплуатации в резервном режиме и возобновлении работы сети потребление заметно вырастает. При подробном ознакомлении с некоторыми устройствами обнаруживается, что при заявленном 1 ампере может выдаваться не более 0,7 А тока.

Борьба с глубоким разрядом аккумуляторной батареи

Надежные и привычные свинцовые АКБ подвержены эффекту глубокой разрядки. Если напряжение падает менее 10 В, выход из строя неизбежен. Лишены такого изъяна герметичные батареи, наполненные гелевым электролитом. Они могут пережить 200-кратный глубокий разряд, а четверть рабочих циклов в таком режиме только увеличивают электрическую емкость накопителя. Однако наличие модуля, отключающего батарею при критической потере энергии, все равно очень полезно. Особенно важен такой момент при покупке батарей от сомнительных поставщиков, или при отсутствии полной уверенности в ее работоспособности. Проблемные накопители энергии зачастую деградируют после нескольких полных циклов. Лучше постараться отсеять их, однако подделки встречаются очень часто, и единственной гарантией оказывается покупка АКБ только в ответственных компаниях, которые не сбывают фальсификат.

И все же, даже добротные аккумуляторы зачастую вызывают проблемы. Их тоже приходится защищать от неблагоприятных факторов. Качественное решение подразумевает использование реле. В некоторых случаях применяют высококлассный полевой транзистор. Попытка применить недорогой транзистор биполярного типа провоцирует риск падения напряжения. В итоге суммарное время резервирования заметно сокращается.

Как влияет состав обслуживаемого оборудования

Собственные технические характеристики РИП, безусловно, важны. Но следует обратить внимание на перечень устройств, которые будут получать энергию из этого источника. Их разделяют на несколько групп:

• стабильно включенная техника, которая лишена обычного сетевого электроснабжения (датчики, видеокамеры);
• непрерывно действующие аппараты, штатно подключенные к электросети (например, компьютерные мониторы);
• запускаемые периодически на короткий срок устройства (звуковые оповещатели, контуры пожаротушения и так далее).

Минимальный показатель мощности источника должен обеспечивать полное удовлетворение потребностей всех категорий приборов одновременно. Разумеется, это идеальное положение дел, и в реальности приходится обычно идти на компромиссы. Чем сложнее и разветвленнее охранно-пожарная система, тем значимее расстановка четких приоритетов. В ряде случаев устанавливают несколько РИП, особенно это актуально в протяженных зданиях и сооружениях. Каждый дополнительный соединительный провод увеличивает потери тока и повышает вероятность сбоя. Соответственно, дробление на сегменты сделает систему надежнее.

Различий по цене между группой РИП и одним более мощным почти нет. Есть еще один резон для такого выбора: повышение времени резервирования. Обычно на каждую категорию потребителей выделяют 1 источник питания. Само время работы должно быть определено тщательно. Когда оно установлено, нужно умножить этот показатель на ток при отсутствии сетевого напряжения и на 1,3 (дополнительный коэффициент связан с особенностями отдачи в нормальном режиме эксплуатации).

Не будет большой ошибкой предусмотреть еще 5–10% резерва общей емкости АКБ, чтобы дополнительно подстраховаться от неожиданностей и износа. Но еще до этой добавки при выборе источников, преобразующих напряжение, вводят поправку на коэффициент трансформации + 30% (так как любое превращение тока ведет к потерям). Для батарей от малоизвестных производителей желательно добавлять еще 20–30% сверх всех предыдущих расчетов. Подобная перестраховка не бывает лишней, поскольку лучше потратить небольшую сумму на улучшение характеристик системы, чем в ответственный момент лишиться сигнализации и средств пожаротушения.

Несколько практических рекомендаций и промежуточных выводов

Зная все необходимые токи и показатель емкости, можно приступать уже к выбору резервного источника питания. Наиболее простой вариант — когда выделять потребителей по группам или не нужно, или невозможно. В этом случае останавливаются на устройствах, гарантированно выдающих самый мощный необходимый ток. В крупной системе РИП используется совместно с ИБП, что обязательно следует учесть.

Знакомясь с тем или иным устройством, полезно не только читать техпаспорт, но и изучить остальную информацию, которую предлагает поставщик. Безусловно, в каждом здании следует стремиться использовать технику одного производителя, однотипную по техническим параметрам. Это существенно упрощает обслуживание и починку. В идеале все объекты одной компании должны иметь одинаковую или мало отличающуюся инфраструктуру. Лучше изучить досконально весь ассортимент одной марки и следить за его изменениями, нежели комплектовать все вразнобой.

Импортные товары покупать не стоит. Даже если они безупречны сами по себе, отсутствие адаптации к отечественным электросетям даст о себе знать очень скоро. Для самостоятельного испытания РИП применяют:

•  тестер;
•  ЛАТР (позволяет отрегулировать сеть);
•  осциллограф.

На устройство подают напряжение 187 вольт (без присутствия батареи) и подсоединяют нагрузку на выход. Величина нагрузки должна быть равной сумме токов нагрузки и зарядки. Осциллограф покажет, насколько велики выходные пульсации — они должны быть ограничены указанным в паспорте уровнем. Следующий шаг — поднятие напряжения на входе до 242 вольт. Если за 20–30 минут корпус не прогреется более чем до 70 градусов, значит, все в норме. Чего точно делать не стоит, так это опираться на параметры, приводимые в прейскуранте, тем более в рекламном сообщении.

Резервирование электропитания для СКУД

В этой области предложен ряд решений по основному электроснабжению, но выбор резервных источников питания все равно затруднен. Порой стараются выбирать самый дешевый вариант — но, как и в случае с охранно-пожарной сигнализацией, это совершенно неправильный путь. Подача максимальной нагрузки сразу обнаружит проблемы, даже если в норме никаких сбоев не было. Каждый источник, при этом, должен снабжать током как можно большее число контроллеров, и потому его выбирают и по мощности, и по надежности.

Исполнительные устройства должны иметь отдельное резервирование. Они не так критичны к пульсациям. Однако учесть этот параметр все же стоит. Технические характеристики не менее важны, нежели стоимость РИП и БИРП. Наилучшим образом подойдут типовые импульсные модели, у которых допустимый ток короткоимпульсной нагрузки больше номинального.

Защита от помех

Как бы тщательно на производстве и в других местах не боролись с электромагнитными помехами, как бы не старались экранировать их — совсем исключить этот фактор нельзя. Под его влиянием увеличивается опасность зависаний и сбоев настроек. В запущенных случаях техника полностью ломается. Сами помехи делятся на эфирные и возникающие в электросети. Грамотный подбор РИП сводит их опасность к минимуму, особенно если отказаться от низкокачественных импульсных моделей.

Полезно сделать упор на технику, имеющую повышенные стабилизационные свойства. Накопитель переменного тока с синусоидой, предельно близкой к простому синусу, окажется наилучшим выбором с этой точки зрения. Он сможет исправить воздействие провалов и скачков электросети, надежно уберегая СКУД и все ее компоненты. Стоит отметить, что полноценное измерение помехозащищенности РИП и ИБП в приближенных к реальным условиях требует длительного изучения на специализированном оборудовании.

Защита от помех не имеет принципиального значения в частных домах и в небольших коммерческих объектах. Как охранно-пожарная сигнализация, так и СКУД там содержат небольшое число исполнительных узлов, а всю систему в целом стремятся сделать как можно более компактной. Обычно ее стараются разместить в распределительном щитке.

Еще одним критерием выбора станет простота и удобство монтажа: чем быстрее он произойдет, тем лучше. Однако питание контроллеров и исполнительных устройств в любом случае должно быть разделено. Потому и РИП для них иногда выбирают по отдельности, учитывая специфику. Альтернативой является выбор одного источника с гальванически независимыми каналами.

Как подобрать «резерв» для видеорегистратора

Рассмотреть эту практическую задачу уместно не только из-за ее частого распространения. Такая ситуация может быть «модельной», подсказывать, как поступить в иных случаях. Основной целью подстраховки является поддержание записи картинки и трансляции ее в определенные места (на мониторы, на хранилища в локальной сети). В большинстве случаев время работы батареи составляет:

•  3;
•  6;
•  12 часов.

По соображениям экономии обычно ограничиваются 3 часами. Обычно за это время электроснабжение восстанавливается, а при более долгом перерыве проще приостановить работу организации. Только на более серьезных объектах требуется 6-часовой или 12-часовой период резервирования. Специализированный БИРП позволяет существенно сэкономить деньги по сравнению с обычным компьютерным ИБП (при прочих равных характеристиках). Очень важную роль играет присутствие информационных выходов в конструкции прибора. Они позволяют получать уведомления о сбоях. РИП для видеорегистраторов с расширенным диапазоном рабочих напряжений — от 150 до 265 вольт — позволяет гарантировать нормальную работу даже при низком качестве электроснабжения. Очень важно наличие фильтра, который уменьшит влияние высокочастотных помех.

Энергетическая подстраховка пожарной сигнализации

Этот вариант применения резервных источников питания тоже стоит разобрать подробно. Безусловно, проектировщики знают его неплохо, но для заказчиков он не менее важен, поскольку позволяет распознать все попытки использования ненадежных, устаревших или не соответствующих регламентам решений. СП5.13130-2009 прямо указывает, что противопожарная автоматика обязана иметь автоматический ввод резерва. Использование резервированных блоков питания должно происходить согласно расчету. Ориентируются на поддержание полной функциональности в режиме ожидания не менее 24 часов и в состоянии тревоги не менее 1 часа.

Различие конкретных систем автоматики и потребляющей ток аппаратуры требует производить расчеты индивидуально. Катастрофической ошибкой является использование готовых табличных значений, которые в изобилии содержатся в различных источниках. Помимо усредненности таких параметров, есть и другой недостаток — важно все же понимать логику и внутреннюю суть предмета.

Вычисляем суммарный ток потребления всеми устройствами, работающими в обычной ситуации или при ЧП, умножая на коэффициент на утрату электрического заряда — 1,2. Получив итоговую цифру, переводим миллиамперы в обычные амперы.

Соответствующее по мощности оборудование должно иметь еще и сбалансированную цену, поскольку переплачивать за него неразумно. Но и слишком экономить нецелесообразно, потому что работающий на пределе возможностей резервный источник питания — верный залог катастрофы.

Дополнительные подробности

Автономное энергоснабжение наиболее практично для охранно-пожарных систем, и по технологическим соображениям, и по цене. Оно обеспечивает подбор оптимального решения каждой конкретной ситуации, подключение к каждому источнику группы электроприборов с заданным напряжением и потреблением электричества. Химические генераторы (батарейки) уместно применять только для маломощных электроприборов, в состав которых они введены по конструктивным соображениям. Такая ситуация возникает, к примеру, при использовании радиосвязи для взаимодействия частей охранно-пожарной системы. Однако в основном все же приходится использовать классические аккумуляторные РИП.

Вид аккумулятора тоже стоит учесть, чтобы исключить ошибки. Принято выделять щелочные и кислотные АКБ. Щелочная батарея не страдает от глубокого разряда, что как будто делает ее привлекательнее. Но практическое значение такого момента не следует преувеличивать, поскольку он редко может проявиться в полной мере. Допустим, аккумулятор с номинальным напряжением 12 В допускается безопасно разряжать до 3–4 В. Однако для 12-вольтовых, тем более для 24-вольтовых потребляющих устройств это уже неприемлемо — они попросту прекратят работу. При этом щелочной генератор не может выдать реально большой ток, даже если это нужно кратковременно. Есть исключения, но они имеют очень высокие цены.

Аккумуляторы на кислотной основе, особенно наиболее доступные свинцово-кислотные, страдают от сильной потери заряда. Также самые простые модели содержат агрессивный, опасный для здоровья электролит. От таких АКБ лучше отказаться, предпочтя необслуживаемые свинцово-кислотные накопители, имеющие герметичную конструкцию. Они подходят для мест, где люди присутствуют постоянно, для хранилищ продуктов и лекарств.

Резервирование электропитания на самых важных объектах должно быть обеспечено на 24 часа. Это требование прямо закреплено в нормативных документах, и его игнорировать неразумно. Но если перерывы в электроснабжении ограничиваются 2 часами, перестраховки на 2,5–3 часа обычно хватает. Максимально важными признаются:

•  банковские отделения;
•  склады оружия;
•  склады пиротехники;
•  хранилища ядовитых, радиоактивных и взрывчатых веществ;
•  объекты, где собраны материальные ценности на миллионы рублей и более. 

Во всех других местах ориентироваться нужно на наиболее вероятную частоту и продолжительность отключений электричества. Желательно ввести поправку на степень износа энергосетей и подстанций, на вероятность штормовых и ураганных ветров. Там, где сбои происходят относительно часто и долго, имеет смысл применять резервные источники питания, специально разработанные для жестких условий эксплуатации.

Недостаточная проработанность нормативных документов заставляет обращать внимание на все указанные выше технические тонкости. Особенно это значимо из-за элементарного незнания многих сотрудников торгующих организаций. Следует вникать в содержание каждого термина, особенно того, который не упоминается в специальной литературе. Нельзя смешивать номинальный ток с максимально допустимым или с максимальным выходным током стабилизатора.

Важные моменты

Есть еще несколько нюансов, о которых следует сказать особо. Так, резервное электропитание должно предотвращать короткое замыкание и превышение нормального выходного напряжения. Очень важно, чтобы полная готовность к работе достигалась не более чем за 6 секунд. Государственный стандарт предусматривает обязательную индикацию текущего состояния. Однако ее исполнение нормативами не прописано, и нужно уточнять, каким образом эту индикацию осуществляют изделия конкретного производителя. Очень привлекательны окажутся РИП с хорошо заметной световой индикацией и звуковым оповещением. Такую возможность обеспечивает интерфейс RS 485. Он же позволяет еще измерять фактическую емкость батареи, не пользуясь сторонними инструментами.

Продвинутые устройства имеют опцию термокомпенсации заряда АКБ. Благодаря ей общий срок службы увеличивается на 80–100%.

При выборе РИП для СКУД планка требований гораздо выше, чем для ОПС. Так, чтобы обеспечить непрерывное запирание электромагнитного замка в течение выходных дней (точнее, после окончания работы в пятницу и до прихода сотрудников в понедельник), понадобится аккумулятор на 32 ампер-часа. Менее мощные замки недостаточно надежны. Обязательно придется считаться с большими импульсными токами и индуктивной нагрузкой. Если аккумулятор подключается в цепь только при пропадании основного электропитания, то он может снабжать током и замок, и контроллер; система с постоянно работающей АКБ должна подключаться либо к замку, либо к управляющему контуру отдельно.

Заключение

Итак, качественная и надежная работа охранно-пожарной сигнализации, систем контроля и управления доступом будет обеспечена только при грамотном выборе резервных источников питания. Они должны отвечать требованиям, предъявляемым каждым конкретным набором устройств. Также следует учитывать общие цели и критерии, которые продумываются специалистами. Только проанализировав все это, можно принять верное решение и подобрать наиболее подходящие источники резервированного питания.