Ako vypočítať dobu chodu UPS: Vzorec, príklady a veľkosť batérie 

Ako dlho udrží UPS zariadenie v prevádzke počas výpadku prúdu? Odpoveď závisí od viac ako čísla VA vytlačeného na prednom paneli. Doba chodu UPS je určená skutočnou pripojenou záťažou, energiou batérie, účinnosťou meniča, využiteľnou kapacitou vybíjania, stavom batérie a prevádzkovou teplotou.

Rýchla odpoveď: Praktický odhad plánovania je:

Doba chodu (hodiny) ≈ Napätie batérie × ampérhodiny × paralelné reťazce × účinnosť × faktor využiteľnej kapacity ÷ pripojené zaťaženie vo wattoch

Tento vzorec je užitočný na skoré dimenzovanie, ale nie je to zaručená doba spustenia. Správanie sa pri vybíjaní olova je nelineárne a skutočné systémy majú tiež limity prerušenia meniča, starnutie batérie, straty káblov a teplotné vplyvy. Pri konečnom výbere by sa mali použiť údaje o dobe prevádzky od výrobcu UPS a výpočet batérie pre konkrétnu aplikáciu.

Päť vstupov, ktoré potrebujete

Pred výpočtom času zálohovania batérie UPS zhromaždite tieto hodnoty:

1. Pripojené zaťaženie vo wattoch: skutočný výkon spotrebovaný všetkými zariadeniami, ktoré zostanú zapnuté počas výpadku.
2. Hodnoty UPS vo wattoch a VA: zaťaženie musí zostať pod oboma limitmi.
3. Jednosmerné napätie batérie: kombinované napätie batérií zapojených do série.
4. Kapacita batérie v ampérhodinách: hodnotenie Ah jedného sériového reťazca; paralelné struny zvyšujú celkové Ah.
5. Faktory účinnosti a zníženia výkonu: prídavky na straty meniča, využiteľná hĺbka vybitia, vek batérie a teplota.

Ak niektorá z týchto hodnôt chýba, výsledok môže byť zavádzajúci.

VA, watty a watthodiny nie sú rovnaké

Mnoho chýb pri dimenzovaní UPS začína tým, že sa VA, watty a watthodiny považujú za vzájomne zameniteľné.

Základný vzťah medzi wattmi a VA je:

Watt = VA × účinník

Preto:

Požadované VA = záťažové watty ÷ účinník

Príklad: ak zariadenie spotrebuje 1 800 W a platný účinník je 0,9:

1 800 W ÷ 0,9 = 2 000 VA

UPS musí podporovať minimálne 1 800 W a 2 000 VA. Pred výberom konečného modelu by sa potom mala pridať plánovacia rezerva a príspevok na budúci rast.

Vzorec UPS Runtime krok za krokom

Krok 1: Vypočítajte nominálnu energiu batérie

Pre jeden reťazec batérie:

Nominálna energia batérie (Wh) = napätie DC zbernice × Ah batérie

Ak sú paralelne zapojené rovnaké reťazce:

Nominálna energia batérie (Wh) = napätie DC zbernice × Ah × počet paralelných reťazcov

V sériovom reťazci sa napätie batérie pridáva, ale hodnota Ah nie. V paralelných reťazcoch sa kapacita Ah pridáva, zatiaľ čo napätie reťazca zostáva rovnaké.

Krok 2: Aplikujte účinnosť

Invertor a interné komponenty UPS spotrebúvajú energiu. Plánovací výpočet môže použiť faktor účinnosti, napríklad 0,85 až 0,95, v závislosti od systému a zaťaženia.

Energia po stratách konverzie = nominálna Wh × účinnosť UPS

Použite aktuálne údaje výrobcu, ak sú k dispozícii.

Krok 3: Použite faktory použiteľnej kapacity a stavu

S batériou by sa nemalo zaobchádzať tak, ako keby 100 % energie na jej štítku vždy dosiahlo záťaž. Použiť faktory pre:

• minimálne povolené vybíjacie napätie;
• chémia batérie a rýchlosť vybíjania;
• vek a zdravotný stav;
• teplota okolia;
• dizajnová rezerva;
• straty kábla a pripojenia.

Pre predbežné plánovanie sa tieto môžu spojiť do faktora využiteľnej kapacity. Správna hodnota musí vychádzať z konštrukčných požiadaviek batérie a UPS.

Krok 4: Rozdeľte využiteľnú energiu podľa zaťaženia

Doba chodu (hodiny) = využiteľná energia batérie (Wh) ÷ zaťaženie (W)

Vynásobte 60 pre minúty:

Doba spustenia (minúty) = Doba spustenia (hodiny) × 60

Spracovaný príklad 1: Malý serverový stojan

Predpokladajme:

• pripojené zaťaženie: 800 W;
• batéria: 48 V, 100 Ah;
• jeden reťazec batérie;
• efektívnosť plánovania: 90 %;
• faktor využiteľnej kapacity: 70 %.

Nominálna energia:

48 V × 100 Ah = 4 800 Wh

Odhadovaná využiteľná energia:

4 800 Wh × 0,90 × 0,70 = 3 024 Wh

Plánovanie spustenia:

3 024 Wh ÷ 800 W = 3,78 hodiny alebo približne 227 minút

Toto je zjednodušený energetický odhad. Skutočná doba chodu môže byť kratšia, pretože kapacita olova sa mení s rýchlosťou vybíjania, vekom batérie a vypínacím napätím. Pred prisľúbením 227 minút koncovému používateľovi je potrebná krivka doby chodu od výrobcu.

Spracovaný príklad 2: Trojfázové obchodné zaťaženie

Predpokladajme:

• kritické zaťaženie: 10 000 W;
• DC batéria: 384 V, 100 Ah;
• jeden reťazec batérie;
• efektívnosť plánovania: 92 %;
• faktor využiteľnej kapacity: 70 %.

Nominálna energia:

384 V × 100 Ah = 38 400 Wh

Odhadovaná využiteľná energia:

38 400 Wh × 0,92 × 0,70 = 24 729,6 Wh

Plánovanie spustenia:

24 729,6 Wh ÷ 10 000 W = 2,47 hodiny alebo približne 148 minút

Tento príklad ukazuje, ako funguje vzorec, nie univerzálny dizajn. Množstvo batérie, jednosmerné napätie a kapacita nabíjania musia zodpovedať zvolenému UPS. Vysokonapäťové batériové systémy vyžadujú profesionálne inžinierstvo, ochranné zariadenia a bezpečné postupy inštalácie.

Prečo je skutočná doba prevádzky UPS zvyčajne nižšia ako ideálny výpočet

Ideálny výpočet delí nominálne watthodiny wattmi záťaže. Skutočný čas zálohovania batérie je ovplyvnený ďalšími podmienkami.

Rýchlosť vybíjania batérie

Olovené akumulátory poskytujú menšiu využiteľnú kapacitu pri vysokých rýchlostiach vybíjania, ako môže naznačovať jednoduchý výpočet Ah. Toto správanie je jedným z dôvodov, prečo sa runtime nemení dokonale lineárne so zaťažením.

Vek batérie

Kapacita batérie sa časom znižuje. Systém dimenzovaný len na výkon novej batérie nemusí splniť požadovanú dobu prevádzky ku koncu intervalu výmeny.

Teplota

Nízke teploty môžu znížiť dostupnú kapacitu. Vysoké teploty môžu dočasne zvýšiť výkon, ale urýchliť starnutie batérie. Priestor pre batérie by mal zostať v odporúčanom prevádzkovom rozsahu.

UPS Cutoff and Reserve

Menič sa prestane vybíjať skôr, ako teoretická energia batérie dosiahne nulu. To chráni batériu a udržiava kontrolu nad systémom.

Načítať zmeny

Servery, chladiace ventilátory, motory a priemyselné zariadenia nie vždy odoberajú konštantnú energiu. Nábehové prúdy a špičky zaťaženia musia byť zahrnuté v návrhu.

Aký veľký priestor UPS by ste mali pridať?

Po výpočte pripojeného zaťaženia pridajte kapacitu pre prevádzkovú maržu a očakávaný rast. Bežne používaný počiatočný bod je približne 20–25 % nad aktuálnou záťažou, ale vhodná rezerva závisí od aplikácie.

Vyhnite sa obom extrémom:

• Príliš malá svetlá výška: zvyšuje riziko preťaženia, znižuje kapacitu rozšírenia a môže skrátiť dobu prevádzky.
• Prílišné predimenzovanie: zvyšuje obstarávacie náklady a môže prevádzkovať UPS hlboko pod jej efektívnym konštrukčným rozsahom.

Pri modulárnych inštaláciách je možné kapacitu rozširovať postupne. USYTU YT-UM Rack-Modular UPS 10–200kVA podporuje modulárne konfigurácie pre rastúce kritické záťaže.

UPS Runtime Planning podľa aplikácie

Doba prevádzky by mala vychádzať z operačného cieľa. „Pokiaľ je to možné“ nie je úplná inžinierska požiadavka.

Výber batérií pre UPS Runtime

Výber batérie musí zodpovedať systému nabíjania UPS, jednosmernému napätiu, vybíjaciemu prúdu a inštalačnému prostrediu.

USYTU poskytuje a kategória produktov batérie s viacerými kapacitami 12 V akumulátorov. Kupujúci, ktorí hodnotia systémy s predĺženým časom prevádzky, si môžu prezrieť 12V 100Ah akumulátor a 12V 200Ah akumulátor ako referenčné produkty.

Nevyberajte batériu len podľa Ah. Potvrdiť:

• chémia batérie a plánované použitie v pohotovostnom režime;
• menovité a nabíjacie napätie;
• údaje o vybíjaní s konštantným výkonom alebo konštantným prúdom;
• prúdová kapacita terminálu a kábla;
• sériová a paralelná konfigurácia;
• očakávaná životnosť cyklu a životnosť plaváka;
• prevádzková teplota;
• priestor pre regál alebo skrinku;
• požiadavky na vetranie a bezpečnosť;
• metóda monitorovania a údržby;
• kompatibilita s nabíjačkou UPS.

Miešanie batérií rôzneho veku, kapacity alebo podmienok v jednom reťazci môže znížiť spoľahlivosť.

Praktický pracovný postup veľkosti UPS

1. Vytvorte zoznam kritických záťaží

Zaznamenajte každé zariadenie, jeho namerané watty, VA alebo účinník, správanie pri spustení a prioritu. Odstráňte zariadenie, ktoré nepotrebuje záložnú batériu.

2. Vypočítajte watty a VA

Pridajte skutočný výkon vo wattoch a zdanlivý výkon vo VA. Vybraný UPS musí spĺňať obe hodnotenia.

3. Pridajte návrhovú maržu

Zahrňte primeranú prevádzkovú výšku a známu budúcu expanziu.

4. Nastavte Runtime Target

Zadajte čas spustenia pri očakávanom zaťažení – nie v ľubovoľnom percente vytlačenom v brožúre.

5. Vyberte topológiu UPS

Pre citlivé, kritické aplikácie alebo aplikácie so slabou sieťou, an online systém UPS môže poskytnúť nepretržitú úpravu výkonu s dvojitou konverziou a nulový čas prenosu do batérie.

6. Veľkosť batériového systému

Vypočítajte predbežnú spotrebu energie a potom ju overte pomocou vybratého UPS a údajov o vybití batérie.

7. Naplánujte si inštaláciu a údržbu

Zahrňte obtokové zariadenia, ističe, káble, stojany na batérie, ventiláciu, monitorovanie, pravidelné testovanie a výmenu batérií.

Pracovný list RFQ pre ponuku UPS Runtime

Na získanie presného návrhu uveďte nasledujúce informácie:

Často kladené otázky

Dá sa doba prevádzky UPS vypočítať iba z VA?

Č. VA popisuje zdanlivú výkonovú kapacitu, nie uloženú energiu. Výpočty doby chodu vyžadujú skutočnú záťaž vo wattoch a informácie o systéme batérie.

Zdvojnásobí zdvojnásobenie Ah batérie dobu chodu?

Za rovnakých podmienok môže zdvojnásobenie využiteľnej energie batérie približne zdvojnásobiť dobu chodu. V praxi sa musí kontrolovať rýchlosť vybíjania, limity nabíjania UPS, konfigurácia batérie a systémové straty.

Funguje väčšia UPS automaticky dlhšie?

Nie. Väčší menovitý výkon znamená, že UPS môže podporovať väčšie zaťaženie. Doba chodu závisí predovšetkým od energie batérie a pripojeného zaťaženia. Dva systémy UPS s rovnakým výkonom kVA môžu mať veľmi rozdielne doby chodu.

Ako dlho bude UPS prevádzkovať 100Ah batéria?

Nedá sa to určiť len z Ah. Potrebné sú aj napätie batérie, počet batérií, záťažové watty, účinnosť UPS, rýchlosť vybíjania a vypínacie napätie.

Prečo sa prevádzkový čas výrobcu líši od môjho vzorca?

Údaje výrobcu môžu zodpovedať skutočným krivkám vybíjania batérie, správaniu meniča a limitom prerušenia. Jednoduchý vzorec je len plánovací odhad.

Mal by sa runtime testovať po inštalácii?

Uvedenie do prevádzky by malo overiť UPS, alarmy, bypass, batériový systém a monitorovanie. Akýkoľvek riadený test doby chodu sa musí riadiť pokynmi výrobcu, pretože úplné vybitie môže dočasne opustiť kritickú záťaž bez primeranej rezervy batérie.

Zrátané a podčiarknuté

Ak chcete odhadnúť dobu prevádzky UPS, preveďte batériu na použiteľné watthodiny a vydeľte ju skutočným pripojeným zaťažením. Výsledok potom berte ako hodnotu plánovania – nie záruku. Konečný prevádzkový čas sa musí overiť v porovnaní so zvoleným UPS, údajmi o vybití batérie, limitmi odpojenia systému a podmienkami na mieste.

Pre prispôsobený výpočet odošlite kritickú záťaž vo wattoch a VA, požadovanú dobu prevádzky, vstupný/výstupný výkon, cieľ redundancie a prostredie inštalácie. Kontaktujte USYTU pre podporu UPS a veľkosti batérie.