Коэффициент мощности ИБП: что означают значения 0,8, 0,9 и 1,0 для кВА и кВт

Несколько месяцев назад клиент спросил, почему ИБП мощностью 100 кВА в его серверной постоянно сообщает о перегрузках и время от времени переходит в режим байпаса.

Подключенная нагрузка составляла лишь немногим более 80 кВт, поэтому он предположил, что ИБП должен быть достаточно большим.

Мы попросили его проверить табличку.

100 кВА / 80 кВт

Это объяснило большую часть проблемы.

ИБП был рассчитан на мощность 100 кВА, но его номинальная активная мощность составляла всего 80 кВт. Поскольку уже было подключено более 80 кВт, система работала на номинальном пределе мощности или превышала его. Небольшого увеличения нагрузки или короткого скачка мощности может быть достаточно, чтобы вызвать перегрузку.

Это распространенная ошибка при выборе ИБП.

Люди помнят цифру 100 кВА или 120 кВА, но часто упускают из виду номинальную мощность в кВт, указанную рядом с ней.

Для определения размера ИБП имеют значение оба фактора.

Начните с разделения различных коэффициентов мощности.

В таблице данных ИБП могут быть указаны несколько значений коэффициента мощности:

• Входной коэффициент мощности
• Номинальный выходной коэффициент мощности
• Коэффициент мощности нагрузки

Они связаны, но не описывают одно и то же.

Коэффициент входной мощности — это, главным образом, проблема восходящей мощности.

Входной коэффициент мощности описывает соотношение между активной мощностью и полной мощностью, потребляемой ИБП от сети электропитания или генератора.

Современные системы ИБП с двойным преобразованием, использующие выпрямители IGBT или активную коррекцию коэффициента мощности, могут достичь входного коэффициента мощности, близкого к единице, в заданных условиях эксплуатации с гораздо меньшими искажениями тока, чем у более старых конструкций выпрямителей.

Это имеет значение при выборе размера:

• Входные кабели
• Выключатели выше по течению
• Трансформеры
• Дизельные генераторы

Для проектирования входной электросети одной номинальной мощности ИБП в кВА недостаточно.

Более полезная цифра обычно следующая:

Максимальный входной ток

Вход ИБП должен одновременно обеспечивать подключенную нагрузку, потери преобразования и, во многих случаях, зарядку аккумулятора.

Это становится более важным в системах с длительным сроком службы с более крупными аккумуляторными батареями и более высокими зарядными токами.

Для определения размеров кабеля и выключателя обычно лучше использовать указанный производителем максимальный входной ток, чем простой расчет, основанный только на номинальной выходной мощности ИБП (кВА).

Что означают 0,8, 0,9 и 1,0?

Когда ИБП описывается как имеющий выходной коэффициент мощности 0,8, 0,9 или 1,0, это обычно относится к соотношению между его номинальной кВт и номинальной кВА.

Простой способ прочитать это:

Номинальная мощность PF = Номинальная кВт ÷ Номинальная кВА

Итак, если поставщик говорит:

Это ИБП мощностью 100 кВА.

Есть еще один важный вопрос:

На сколько кВт он рассчитан?

ИБП 100 кВА/80 кВт и ИБП 100 кВА/100 кВт могут иметь одинаковую номинальную мощность в кВА, но их активная мощность сильно различается.

Это также видно по текущимвысокочастотный ИБПконструкции, в которых номинальное соотношение кВт/кВА зависит от конкретной модели, а не только от категории продукта.

Всегда ли низкочастотный ИБП означает PF 0,8?

Нет.

Многие старые системы на базе трансформаторов имели рейтинг:

100 кВА / 80 кВт

Позже многие бестрансформаторные высокочастотные системы перешли на:

100 кВА / 90 кВт

И сегодня все большее распространение получают конструкции мощностью 100 кВА/100 кВт.

Эта история создала ярлык:

Низкочастотный ИБП = 0,8
Высокочастотный ИБП = 0,9
Модульный ИБП = 1,0

Это ненадежное правило.

Фактическая номинальная активная мощность зависит от конструкции инвертора, допустимого тока полупроводников, теплового расчета и метода оценки, установленного производителем.

Выходной изолирующий трансформатор не создает автоматически ИБП PF 0,8. Бестрансформаторная или модульная конструкция также не является автоматически PF 1.0.

При сравнениинизкочастотный ИБП, высокочастотные системы имодульный ИБП, самым безопасным подходом по-прежнему является проверка номинальной кВА и номинальной мощности в паспорте.

Более подробное сравнение двух основных топологий ИБП см. в нашем руководстве понизкочастотный ИБП против высокочастотного ИБП.

Нагрузка также имеет свой коэффициент мощности.

ИБП имеет ограничения по мощности и кВА.

Нагрузка также имеет свои собственные кВт, кВА и коэффициент мощности.

Предположим, фактическая нагрузка равна:

80 кВт при коэффициенте мощности 0,95

Кажущаяся мощность равна:

80 ÷ 0,95 ≈ 84,2 кВА

Итак, нагрузка использует:

• 80 кВт активной мощности
• около 84,2 кВА полной мощности

Теперь подключите эту нагрузку к ИБП мощностью 100 кВА/80 кВт.

Загрузка составляет примерно:

• кВт: 100%
• кВА: 84%

ИБП не исчерпал мощность кВА.

У него кончился кВт.

Поместите ту же нагрузку на ИБП мощностью 100 кВА/100 кВт, и цифры станут следующими:

• кВт: 80%
• кВА: 84%

Оба остаются в рейтинге UPS.

Вот почему выбор ИБП никогда не должен основываться только на кВт или кВА.

Нагрузка должна оставаться в обоих пределах.

Какое бы из них ни было достигнуто первым, оно становится ограничением.

Полный процесс определения размера см. в нашем руководстве покак определить размеры и выбрать промышленный или медицинский ИБП.

PF 1.0 не означает, что можно подключить любую нагрузку мощностью 100 кВт.

Это еще одно распространенное недоразумение.

Если ИБП имеет номинал:

100 кВА / 100 кВт

это не означает, что любая нагрузка ниже 100 кВт автоматически приемлема.

Возьмем нагрузку 80 кВт.

В ПФ 1.0:

80 кВт = 80 кВА

При ПФ 0,8:

80 ÷ 0,8 = 100 кВА

Активная мощность по-прежнему составляет всего 80 кВт, но нагрузка уже достигла предела ИБП в 100 кВА.

Таким образом, рейтинг PF 1.0 означает, что ИБП может иметь одинаковую номинальную мощность в кВт и кВА.

Это не означает, что коэффициент мощности нагрузки можно игнорировать.

Также имеют значение опережающий и запаздывающий коэффициент мощности.

Коэффициент мощности нагрузки 0,8 — это еще не все.

Это может быть:

• 0,8 отставание
• 0,8 лидирует

Они представляют собой различные условия эксплуатации инвертора.

Серверы, импульсные источники питания, частотно-регулируемые приводы, двигатели и другие промышленные нагрузки ведут себя по-разному.

Вот почему хорошее техническое описание ИБП средней или большой мощности часто включает в себя больше, чем:

Выходной коэффициент мощности = 1,0

Также может быть указано:

Диапазон коэффициента мощности нагрузки

а иногда предоставляют кривую снижения выходной мощности, показывающую, сколько кВт или кВА доступно при различных опережающих и запаздывающих коэффициентах мощности.

Для обычных ИТ-нагрузок это может не быть серьезной проблемой.

Для такого оборудования как:

• VFD
• Моторы
• станки с ЧПУ
• Медицинское оборудование для визуализации
• Другие динамические или нелинейные нагрузки

Также следует проверить диапазон коэффициента мощности нагрузки, перегрузочную способность и требования к пиковому току.

Информацию о двигателях и индуктивных устройствах см.на что обратить внимание при выборе ИБП для индуктивной нагрузки.

Тот же принцип применим и к системам медицинской визуализации. В недавнем проектеНизкочастотный ИБП мощностью 120 кВА использовался для компьютерного томографа в Камеруне, где поведение динамических нагрузок и переходные нагрузки были так же важны, как и номинальная мощность в кВА, указанная на паспортной табличке.

Не добавляйте просто 15% мощности зарядки аккумулятора к выходу ИБП.

Обычный ярлык для изменения размера выглядит следующим образом:

нагрузка 80 кВт
+ 15% зарядки аккумулятора
+ 20% запасной емкости
= выберите ИБП мощностью 120 кВА

Его легко рассчитать, но он смешивает входную и выходную стороны ИБП.

Зарядка аккумулятора в основном увеличивает потребляемую мощность на входе.

Емкость зарядного устройства также может значительно различаться в зависимости от модели.

Две системы ИБП мощностью 100 кВА могут иметь очень разные зарядные токи, особенно если одна из них рассчитана на внешний аккумуляторный блок с длительным сроком службы.

При выборе размера:

• Входные кабели ИБП
• Входные выключатели
• Восходящие трансформаторы
• Дизельные генераторы

проверьте производителя:

Максимальный входной ток

и:

Максимальный зарядный ток

Эти цифры более полезны, чем предположение, что заряд батареи всегда составляет 10%, 15% или 20% мощности ИБП.

При выборе размера генератора не следует использовать один фиксированный множитель.

Еще одно общее правило:

Мощность генератора = мощность ИБП × 1,5

Иногда рекомендуется ×2.

Существуют системы, в которых этот запас является разумным, особенно старые модели ИБП с более низким входным коэффициентом мощности и более высокими искажениями тока.

Но к этому не следует относиться как к универсальному правилу.

Современные выпрямители ИБП, использующие IGBT или активный PFC, могут создавать совершенно другую нагрузку на генератор.

При выборе генератора следует учитывать:

• Максимальный входной ток ИБП
• Входной коэффициент мощности
• Входной коэффициент THDi
• Мощность зарядки аккумулятора
• Плавный пуск выпрямителя или время включения
• Ответ генератора AVR
• Ответ губернатора
• Другие нагрузки, подключенные к тому же генератору

Если генератор также питает кондиционеры, насосы, освещение или другое оборудование, эти нагрузки также необходимо включить.

Для критически важных систем выбор мощности генератора является лишь частью общей энергетической архитектуры. Избыточность может быть не менее важной. Наша статья оРезервирование ИБП N+1 и 2Nэта тема рассматривается отдельно.

Для проектов, поддерживаемых генераторами, ИБП и генератор в идеале следует проверять вместе, используя реальные модели, а не фиксированный множитель.

Что должно быть включено в техническую спецификацию ИБП?

Для ИБП средней или большой мощности укажите только:

Онлайн-ИБП 100 кВА

недостаточно.

Как минимум подтвердите:

Для необычных или высокодинамичных нагрузок также стоит запросить у производителя кривую снижения выходных характеристик в зависимости от коэффициента мощности нагрузки.

Это гораздо полезнее, чем говорить, что ИБП «может справиться с любой нагрузкой».

И последний момент

В следующий раз, когда вы увидите ИБП мощностью 100 кВА, не думайте, что он может обеспечить мощность 100 кВт.

Проверьте следующую строку таблицы данных.

Это:

80 кВт?

90 кВт?

или:

100 кВт?

Затем сравните эти номиналы с фактической нагрузкой (кВт и кВА).

Если приложение включает в себя двигатели, частотно-регулируемые приводы, медицинское оборудование или другие динамические нагрузки, также проверьте допустимый диапазон коэффициента мощности нагрузки и перегрузочную способность.

Многие ошибки при выборе ИБП вызваны не плохой формулой.

Они начинаются, потому что кто-то посмотрел на100 кВАи остановился там.

Эта статья основана на опыте компании TAFENG в определении параметров ИБП и их полевых применениях. Окончательный проект системы следует сверить с техническими данными выбранной модели ИБП и требованиями конкретного проекта.

Нужна помощь в проверке размера вашего ИБП?

Отправьте нам информацию о нагрузке вашего оборудования, коэффициенте мощности и необходимом времени резервного копирования. Мы можем помочь проверить емкость ИБП и конфигурацию батареи.

Отправьте нам свой список загрузки
Получите помощь при выборе ИБП