Jak funguje nepřerušitelný zdroj napájení pro kotel?

Před rokem jsem se snažil pochopit, proč nelze použít běžné autobaterie místo specializovaných v nepřerušitelných zdrojích napájení. Tento článek zkoumal několik hororových příběhů od prodejců specializovaných baterií a také měřil kapacitu dvou baterií, z nichž každá se skládá ze čtyř autobaterií, které fungovaly v UPS po dobu jednoho roku. Bohužel mě nenapadlo provést takové měření hned po instalaci čerstvých baterií, ale slíbil jsem, že měření zopakuji o rok později, abych pochopil, jak moc se kapacita baterie za rok snížila. Plánoval jsem to udělat formou komentáře s aktualizovanými údaji, ale během procesu měření jsem si všiml, že zatímco UPS jela na baterie, kotel k ní připojený nefunguje.

Trochu pozadí

Před rokem při instalaci UPS byl plynový kotel maximálně jednoduchý, minimum elektroniky, ruční zapalování. Jediným nedostatkem kotle bylo vlastně ruční zapalování, protože při výpadku proudu kotel z bezpečnostních důvodů zhasil svítilnu a nemohl ji znovu zapálit. UPS tento problém vyřešila, ale byl tu další problém: při silném poryvu větru by svítilna mohla jednoduše sfouknout. Nestávalo se to často, ale způsobilo to určité nepříjemnosti. A asi před šesti měsíci bylo rozhodnuto vyměnit kotel za o něco „chytřejší“ se schopností automatického zapálení hořáku a také za turbínu, která vytváří tah potřebný pro provoz kotle, jako Výsledkem bylo, že nebylo nutné používat dlouhé výfukové potrubí.

Mezi starým a novým kotlem byl jeden zásadní rozdíl – fázová závislost. U nového kotle bylo nutné zapojit fázi na L, nulu na N, jinak by kotel zapálil hořák a téměř okamžitě jej uhasil, čímž se zobrazila chyba „Nelze zapálit hořák“. Byl předpoklad, že při přechodu na baterii UPS přepne fázi a nulu, takže kotel přestane fungovat. Indikátorový šroubovák s neonem ukázal, že na obou vodičích vycházejících z UPS je fáze. Voltmetr ukázal, že napětí mezi fází a zemí je 150V a mezi nulou a zemí 90V a mezi fází a nulou jejich součet. Tato situace kotli evidentně nevyhovovala.

Nechte je mluvit

Zajímalo mě, co o tom píšou prodejci specializovaných UPS na kotle. Koneckonců zvenčí vypadá rozdíl mezi UPS pro bojler a počítačem asi stejně jako baterie pro auto a pro UPS. Jejich hlavní rozdíl je asi v tom, že některé mají dlouhé vodiče pro připojení baterie, určené pro externí baterie, jiné zase krátké. Ale je to důvod ke zvýšení ceny 2-3krát za stejný výkon? Nemluvě o tom, že pro kutilské účely si můžete pořídit použitou UPS, odepsanou z důvodu konce záruční doby, za cenu 10x levnější než specializovaná UPS pro kotel podobného výkonu.

K napájení kotle lze použít pouze on-line nepřerušitelný zdroj napájení

Poměrně často se můžete dočíst, že off-line (line-interactive) UPS nejsou vhodné pro napájení kotlů z důvodu příliš dlouhé doby přepnutí z externího napájení na baterii. Ale ve skutečnosti je snadné to zkontrolovat. Jednoduše vytáhněte zástrčku kotle ze zásuvky a znovu ji zapojte. Doba sepnutí trvala půl vteřiny, ale kotel nejenže nehlásil chybu, ale ani si nevšiml, že k odstávce vůbec došlo. Jak dlouho trvalo přepnutí line-interactive UPS? 5-10, možná i 50ms, ale v každém případě to bude méně než ruční vypnutí.

Off-line UPS však nemají funkce stabilizace napětí. Ačkoli některé modely mají 1-2 kroky ke korekci výstupního napětí, přepínání se obvykle provádí pomocí relé a je vhodné pro situace, kdy je napětí trvale vysoké nebo nízké. Pokud však napětí neustále kolísá, UPS rychle spotřebuje zdroj relé, zejména pokud pracují na limitu výkonu. V tomto případě je nutné před UPS nainstalovat stabilizátor napětí, nebo rovnou nainstalovat on-line UPS, která se bez ohledu na vstupní napětí bude vždy snažit udržovat stabilní napětí na výstupu.

Pro napájení topného kotle potřebujete „čistý sinus“

Nejlevnější a nejjednodušší počítačové UPS při provozu na baterie generují na výstupu nesinusový signál, protože spínané zdroje se příliš nestarají o tvar a frekvenci vstupního napětí. Plynový kotel ale ve své konstrukci obsahuje alespoň oběhové čerpadlo, kterému se „upravená sinusovka“ téměř jistě nebude líbit, a přestože bude fungovat, bude dělat hrozný hluk. Nevím, jak moc tento provozní režim ovlivňuje jeho životnost, ale zní to děsivě a existuje silná touha jej vypnout.

Ale přesto je v prodeji poměrně dost UPS pro PC, které generují „správný sinus“ na výstupu. Někteří výrobci přidávají k názvu takových modelů „Smart“, ale v každém případě stojí za to věnovat pozornost charakteristikám zařízení, konkrétně sloupci „Tvar výstupního signálu“. Ale i když je UPS off-line typu a má na výstupu „přiblížení sinusovky“, pak si můžete zakoupit invertor s dostatečným výkonem pro provoz kotle a připojit jej k baterii UPS, výsledek bude být levným online UPS s vhodným tvarem signálu. V tomto případě si místo UPS můžete vzít nabíječku baterií vhodného typu.

Pro správné napájení topného kotle je nutné správné fázování.

Nyní přichází ta zábavná část. Kotle s automatickým zapalováním mají čidlo plamene pro vypnutí plynu, pokud se zapalovač rozbije a nepodaří se jej zapálit. Tato čidla mohou být buď mechanická (v případě ručně spouštěných kotlů) nebo elektrická a ve druhém případě mohou reagovat na ohřev, záření nebo ionizaci. A v případě ionizačních snímačů plamene nastávají problémy při jejich napájení z UPS. Obecně lze problém vyřešit velmi jednoduše: musíte propojit nulu před UPS s nulou za UPS. A to je vše.

Pravda, existuje jedno upozornění: pokud je UPS připojena k síti zástrčkou, pak je vhodné připojit nulu samostatným vodičem přímo ze zásuvky, protože jinak je možné zasunout zástrčku špatnou stranou ( můžete samozřejmě dát na propojku mezi nuly malý stroj, ale to bude spíš berlička než oprava). A samozřejmě se předpokládá, že pokud se jedná o soukromý dům, pak má zemnící smyčku a je připojen k nulovému vodiči (k RCD, pokud existuje), tj. Nula byla znovu uzemněna (pokud okruh není TT!) a samozřejmě je uzemněn i samotný kotel. Za UPS se jako nula zvolí vodič, který při napájení ze sítě plní funkci nuly.

UPS pro napájení topného kotle musí mít dlouhou rezervu

Z nějakého důvodu se spolu s tímto bodem neustále uvádí počítačová UPS typu %Company% Back Power 500, jejíž baterie má kapacitu 7Ah a provozní doba baterií je speciálně omezena propojkou na 5 minut, vzhledem k tomu, že transformátor používaný během provozu se baterie zahřívá natolik, že se plastové pouzdro zdeformuje. Navzdory tomu dokáže i takto slabá UPS fungovat dlouhodobě na baterie, stačí vyměnit baterii za prostornější a přidat aktivní chlazení. V mém případě taková UPS fungovala z autobaterie 20 hodin s podporou provozu PC se spotřebou kolem 150W. Jednoduše řečeno, doba zálohování nezávisí na UPS, ale na kapacitě baterií.

Nabíječka UPS není dimenzována na tak velkou kapacitu baterie

Z předchozího bodu často vyplyne následující: protože UPS měla 7Ah baterii po vybalení a nyní je instalována na 70Ah, nabíječka nebude schopna poskytnout velký proud a plně nabít baterii. Tvrzení je částečně pravdivé, nabíječka v UPS má sice limit maximálního proudu, kterým může baterii nabíjet, ale to vůbec neznamená, že baterii nabíjet nebude. Jen se prodlouží doba nabíjení. To se samozřejmě může stát problémem, pokud je elektřina dodávána podle plánu, několik hodin denně, a baterie prostě nemají čas se nabíjet. Ale v tomto případě vám nic nebrání připojit výkonnější nabíječku (nebo například ovladač solárního panelu) na stejnou baterii paralelně s UPS. Hlavní věc, kterou je třeba si zapamatovat, je, že v návodu k nabíječce, střídači a UPS je pravděpodobně uvedeno, že to nelze provést.

Baterie je lepší zapojit paralelně než sériově

Existuje názor, že je lepší vzít UPS s napětím baterie 12V a zapojit několik baterií paralelně pro zvýšení celkové kapacity, než vzít UPS 24/48V a zapojit stejné baterie do série. Jako argument se obvykle uvádí potřeba vyvažování baterií, pokud jsou zapojeny do série, ale přehlíží se, že každá baterie se skládá ze 6 prvků, jejichž vyvažování v zásadě konstrukce baterie neumožňuje, a přesto to pořád nějak funguje. V mém případě jsou na dvě UPS připojeny 4 12V baterie po dvou letech používání byl rozdíl v napětí baterií menší než desetina voltu.

Po výměně baterie za větší je důležité provést kalibraci.

U některých UPS se kalibrace provádí stisknutím tlačítka na předním a zadním panelu, u jiných ji lze provést pouze ze servisního menu při připojení přes RS232/USB k PC a u některých není poskytována vůbec. Předpokládá se však, že pokud nebude provedena kalibrace, UPS zcela nespotřebuje nabití baterie a i při zvýšení kapacity baterie z nich bude pracovat stejně málo jako se starými bateriemi. I když ve skutečnosti tomu tak není. Bez kalibrace UPS nebude správně zobrazovat zbývající kapacitu baterie v procentech, ale to nijak neovlivní, když UPS rozhodne, že jsou baterie zcela vybité. To může ovlivnit pouze zařízení, připojení je připojeno ke konektoru rozhraní UPS a v závislosti na nastavení po určité úrovni procenta zbývající kapacity baterie toto zařízení na příkaz vypne.

V mém případě byla UPS APC Smart 3000 zkalibrována asi před rokem, ale i přes to, že baterie nebyly měněny, graf procenta kapacity baterie a napětí ukazuje, že UPS lže asi jako první. Z toho můžete vidět, že ze 100 na 23 % UPS jednoduše lineárně snižuje procento bez ohledu na napětí na bateriích, pak při 23 % nabití na několik hodin „zamrzne“ a poté plynule klesne na 11 %. Bohužel jsem nemohl čekat, až bude úplně vybitý, musel jsem použít externí napájení a v tu chvíli začalo něco nepochopitelného. Soudě podle grafu napětí na baterii začalo stoupat, nabíjení se začalo a procenta nabití naopak klesala, dokud neklesla na 1%, a teprve poté začala plynule stoupat v závislosti na napětí na baterii. Možná, aby UPS nelhal, je potřeba provádět kalibraci častěji než jednou ročně, ale nemá to velký smysl, protože UPS se sama vypne na základě napětí na baterii (pokud je baterie životnost není stanovena), a už vůbec ne procentuálně.

Závěr

Na závěr bych rád uvedl výsledky měření kapacity baterie. V novém štítku je počet cyklů vybití-nabití nahrazen dobou provozu na baterie, ale vzhledem k tomu, že parametry UPS nebyly 100% sledovány, je doba provozu ze sítě dle monitoringu zobrazeno v závorkách po zbytek času nebyla data zapsána. Chladicí a mrazicí oddíl byly odpojeny od prvního UPS při současném spuštění, náběhový proud překročil maximální výkon UPS a vedl k jeho vypnutí. K druhému UPS byly připojeny dva počítače, z nichž jeden pracuje nepřetržitě, proto se nazývá server.

Měření byla provedena mírně aktualizovanou verzí čínského wattmetru, který vypadá podobně jako ten, kterým bylo měření provedeno minule, ale na rozdíl od něj má trochu větší přesnost díky použití kvalitního bočníku místo hromady rezistorů SMD. Vzhledem k tomu, že vybíjení baterie první UPS trvalo příliš dlouho, rozhodl jsem se nakonec připojit chladicí komoru jako přídavnou zátěž, ale při jejím spouštění prudce kleslo napětí na baterii a UPS rozhodla, že „to je ono “, ačkoliv bylo napětí „pod“ a „bez“ zátěže, je jasné, že bez výkonných spotřebičů by UPS mohla stále fungovat na baterie, možná hrála roli i skutečnost, že wattmetr byl připojen nepříliš tlustými vodiči (18 AWG) a kvůli poklesu napětí na nich UPS „viděla“ napětí baterie nižší, než ve skutečnosti bylo. Druhá UPS měla také nějaké problémy, i když důvod byl spíše banální, nemohl jsem čekat, až se UPS vybije, protože jsem opravdu chtěl spát, ale nezbývalo moc a server jsem nechtěl být vypnutý po zbytek noci.

Obecně lze poznamenat, že kapacita nejen neklesla, ale v případě prvního UPS dokonce vzrostla. Částečně je to dáno tím, že letos fungoval v šetrném režimu, byl téměř neustále připojen k síti (v prvním roce byl od sítě odpojován každý den) a byly z něj odstraněny dvě výkonné zátěže. Obecně se článek ukázal být trochu chaotický, ale doufám, že bude pro někoho užitečný, a samozřejmě si rád vyslechnu kritiku a také odpovím na otázky v komentářích.

• nepřerušovaný napájecí zdroj
• UPS
• akumulátory
• plynový kotel

• Počítačový hardware
• DIY nebo Udělej si sám
• Life hacky pro geeky