В данной статье мы попытаемся описать возможные направления технического развития источников бесперебойного питания (ИБП), исходя из тех рамок, в которые нас поставила отечественная экономика. Заранее отмечу, что при грамотном техническом подходе для российских производителей ИБП эти рамки отнюдь не выглядят сдерживающими развитие отечественного продукта.

Эксперты сходятся во мнении, что в ближайшие три года все участники рынка ИБП, будь то проектировщики систем безопасности, инженеры-разработчики компании-производителя или конечные пользователи, которые желают обеспечить бесперебойное питание оборудования, установленного в загородном доме, будут смотреть на рынок ИБП сквозь призму следующих трех терминов:

• импортозамещение;
• энергосбережение;
• совместимость.

Вышеуказанные тенденции, безусловно, имеют экономическую подоплеку, и, как следствие, каждая из них влечет за собой изменение технических требований к ИБП. Причем любой рынок сбыта ИБП (например, системы пожарной безопасности или контрольно-измерительная аппаратура) диктует свои требования.

В качестве основного рынка сбыта и потребления ИБП рассмотрим рынок систем безопасности, однако производителям ИБП, желающим развиваться технически, не следует замыкать себя только на него. Вышеуказанный рынок сам по себе является довольно консервативным, множество технических и технологических решений заимствовано у более динамично развивающихся рынков. Так что отсюда наш совет разработчикам и производителям смотреть шире своего рынка и заносить на него «заразу» с других, более технологичных, в виде новых схемотехнических или конструктивных решений.


Плюсы и минусы UPS

Рынок систем видеонаблюдения перенасыщен всевозможными IP-устройствами. Цена IP-камеры уже не в разы выше цены на аналоговую, как это было 4–5 лет назад, при этом качество изображения и скорость передачи данных несравнимо выше. Питание IP-устройств осуществляется по кабелю Ethernet в соответствии со стандартом PoE 802.3af.

Такая организация питания IP-камер является удобным средством формирования централизованной системы обеспечения питания. Основным преимуществом данного способа является возможность расположения камеры на расстоянии до 100 м от источника питания. К коммутатору PoE обычно подключается центральный ИБП (UPS), к которому подключены все IP-камеры видеонаблюдения.

Данная схема обеспечивает бесперебойное питание и исключает необходимость подключения отдельного ИБП к каждому устройству. Однако минимальная мощность таких ИБП составляет 500–600 Вт, и она обеспечит работу системы видеонаблюдения после пропадания основной сети не более чем на 20–30 минут. Учитывая количество PoE-коммутаторов и 100%-но импортную составляющую в стоимости UPS, развивается тенденция к появлению на рынке маломощных UPS (150–200 Вт) с высоким КПД. Неоспоримым плюсом такого устройства будет увеличенное время работы в резерве (до трех часов), что особенно актуально для объектов, на которых высококачественные камеры расположены удаленно от центральной станции мониторинга.

При сегодняшней экономической ситуации такой прибор, на мой взгляд, должен стоить не дороже стандартного UPS мощностью 500 Вт. Бесперебойное питание системы видеонаблюдения, реализованное на основе вышеуказанного прибора, не подразумевает отказ от штатного блока питания AC/DC, поставляемого в комплекте с PoE-коммутатором, что особенно важно для пользователя с точки зрения сохранения гарантийных обязательств.


Многоканальные источники питания

За последние пять лет на рынке систем видеонаблюдения наметилась тенденция использования многоканальных источников питания, причем количество каналов зашкаливает – до 18, а мощностей, заявляемых китайскими производителями, хватает на суммарный ток нагрузки до 30 А. При этом о каком времени резервирования может идти речь, если корпуса таких устройств предназначены только под одну аккумуляторную батарею (АКБ) емкостью 7 Ач? Тестирование множества китайских изделий показало, что ни в одном устройстве ток заряда АКБ не превышал 150 мА, таким образом, считать подобный источник бесперебойным можно с очень большой натяжкой. Возник вопрос: а какое количество видеокамер (каналов) оптимально зарезервировать от одного источника питания? С точки зрения электробезопасности, надежности работы всей системы видеонаблюдения, а также затрат на прокладку кабеля и сведения их в одну точку на рынке ИБП может сформироваться тенденция к использованию 2–4-канальных источников питания.

При этом стоимость такого источника питания получается ниже обычного одноканального резервированного источника вторичного электропитания (ИВЭПР), к примеру, на 5 А. Возникает другой резонный вопрос: при использовании данных источников питания потребуется закупить 3 или 4 дополнительных АКБ, пойдет ли заказчик на дополнительные затраты? Если для заказчика важно, чтобы система работала в резерве 2–3 ч, а не 10 мин, то пойдет, а если не важно, то все равно он может согласиться, так как ему можно предложить систему бесперебойного электропитания (СБЭП). Использовав ее, можно также обойтись одной АКБ. СБЭП – это тоже одно из направлений развития рынка ИБП, о котором мы поговорим далее.


Единая система бесперебойного электропитания

Еще раз повторюсь, что развитие рынка ИБП напрямую зависит от тенденций, присутствующих на тех рынках, где они используются. На интересующем нас рынке систем безопасности сложилась тенденция объединения всех систем безопасности (охранно-пожарная сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа, оповещение, пожаротушение и т.д.) в единую комплексную, что, безусловно, приводит к повышению суммарного электропотребления. Причиной этого является присутствие в составе системы значительного количества исполнительных устройств с большим энергопотреблением (электромагнитные клапаны, заслонки, световые оповещатели и указатели, звуковые и речевые оповещатели, средства аварийного освещения и т.п.) помимо стандартных малопотребляющих средств сигнализации. На мой взгляд, для надежного функционирования таких систем необходимо иметь не отдельные источники электропитания как вспомогательные элементы, а единую СБЭП, составные части которой работают в едином информационном пространстве с другими элементами системы безопасности. По структуре СБЭП можно разделить на СБЭП с централизованной структурой и СБЭП с децентрализованной структурой.


Централизованная структура СБЭП

СБЭП с централизованной структурой содержит один ИБП и промежуточную шину электропитания, от которой запитываются индивидуальные нерезервированные источники вторичного электропитания (ИВЭП) для электропитания потребителей. Структурная схема системы с централизованной структурой представлена на рис. 1.


Основой СБЭП с централизованной структурой является ИБП постоянного тока (конвертор) с выходным напряжением 36 или 48 В. Выходное напряжение конвертора выбирается из условия обеспечения максимального напряжения питания отдельного потребителя. Неоспоримым преимуществом будет возможность подачи на вход трехфазного напряжения 380 В, таким образом, появится дополнительная возможность резервирования питания путем переброса фазы. К выходным клеммам ИБЭП подключается промежуточная шина электропитания, к которой подключаются ИВЭП для электропитания потребителя (группы потребителей), представляющие собой импульсные понижающие преобразователи DC/DC. ИВЭП располагаются в непосредственной близости от потребителей. Можно использовать ИВЭП с встроенной системой мониторинга параметров и портом последовательного интерфейса, который подключается к общей линии последовательного интерфейса, подключенной к порту последовательного интерфейса ИБП. ИБЭП, в свою очередь, имеет встроенный порт последовательного интерфейса RS-232/485 для подключения к аппаратуре верхнего информационного уровня (приемно-контрольный прибор, компьютер). Для электропитания систем малой информационной емкости можно применять более простые и дешевые исполнения ИБП и ИВЭП, не содержащие средств мониторинга и каналов последовательного интерфейса.

В общем случае желательно обеспечить гальваническую развязку по питанию и информационному каналу. Однако при компактном размещении потребителей, обеспечивающем малые падения напряжения на соединяющем их общем проводе (минусовой провод промежуточной шины питания), можно применять и более дешевые ИВЭП без развязки.

Преимущества:

• Использование одной АКБ для всей системы.
• Возможность питания от трехфазного напряжения 380 В.
• Возможность выбора источников вторичного питания под необходимое потребителю токопотребление.
• В качестве источника питания могут применяться альтернативные источники энергии, солнечные батареи и т.д.
• Потребление энергии от сети не зависит от режима работы АКБ (заряжается она или нет).

Недостатки:

• Необходимость прокладки линий электропитания, повышенное сечение проводов линий электропитания из-за низкого напряжения промежуточной шины.
• Низкая надежность – отказ ИБП приводит к отказу всей системы.

Децентрализованная структура СБЭП

Что касается СБЭП с децентрализованной структурой, то такая система будет актуальна для объектов, на которых оборудование расположено на большом расстоянии от центральной станции мониторинга. Собственно, мы опять возвращаемся к сказанному в начале статьи, а именно к ИБП малой мощности с возможностью длительной работы от АКБ. Только теперь эти же ИБП связаны между собой и основным (ведущим) ИБП по сигнальной линии последовательного интерфейса. Структурная схема системы с децентрализованной структурой представлена на рис. 2.


Основное электропитание ИБП производится от местных сетей первичного электропитания переменного тока. Резервное электропитание каждого ИБП производится от отдельного аккумулятора резервного электропитания.

Преимущества

• Высокая надежность – при отказе одного источника не происходит отказа всей системы, простое резервирование источников.
• Возможность неограниченного наращивания мощности СБЭП.
• ИБП запитываются от местных сетей первичного электропитания, отпадает необходимость прокладки первичного электропитания (промежуточной шины).

Недостатки

Недостаток у такой системы только один – более высокая стоимость по сравнению с централизованной структурой.

Таким образом, развитие ИБП в направлении СБЭП даст глоток свежего воздуха рынку систем безопасности и приблизит его к более технологичным рынкам на еще одну ступень. Ведь уровень техники, используемой для систем безопасности, приблизился к уровню техники компьютерного рынка и рынка телекоммуникаций, а значит – неминуемы перемены и для рынка ИБП.

Александр Годгильдиев, Исполнительный директор компании «К-Инженеринг», Статья опубликована в Журнале «Системы безопасности» #2, 2015, http://www.k-eng.ru/articles/rynok-ibp-peremeny-neizbezhny/