Источник бесперебойного питания для системы видеонаблюдения

К нам часто обращаются инженеры и проектировщики систем видеонаблюдения с просьбой подобрать оборудование и проверить проектное решение. Вопросы выбора ИБП поступают регулярно, и так же регулярно мы встречаем непонимание и незнание основных особенностей и алгоритмов расчета систем бесперебойного питания. И, как следствие, возникают ошибки в проектах. Типичные ошибки при выборе и проектировании систем резервного электропитания:

• приравнивание ватт и вольт-ампер;
• расчет по максимальной мощности блока питания устройства;
• выбор мощных и дорогих ИБП с целью продления времени автономной работы;
• отсутствие механизма выключение оборудования при пропадании питания. Особенно в проектах, где к одному ИБП подключено несколько серверов.

Прежде чем разбирать ошибки и давать рекомендации, давайте поговорим о теории и разберемся в том, какие бывают ИБП, и чем они отличаются.

Типы источников бесперебойного питания

Существуют три основных типа ИБП:

1. Резервный – Back UPS;
2. Линейно-интерактивный – Smart UPS;
3. On-Line.

Названия Back UPS, Smart UPS и On-Line относятся к типу ИБП, а не к моделям фирмы APC. Просто APC когда то давно ввело эти обозначения в наименование своей продукции, и сейчас эти названия четко ассоциируются с продукцией этой марки. Однако, это все же технологии, а не обозначения моделей APC.

Резервный ИБП

Это самый простой и, соответственно, самый дешевый ИБП. Состоит из аккумулятора, зарядного устройства, инвертора и реле. При подключении к нему оборудование будет продолжать работать от сети, а при отключении электропитания реле переключит питание на аккумулятор. Данная схема работы приводит к микросекундным задержкам в питании, что может быть критично для работы особо чувствительного к питанию оборудования. Поэтому данный вид ИБП используется обычно для защиты персональных компьютеров и ноутбуков дома или в офисе. Как правило имеют скромный аккумулятор 12В 7А/ч, но его емкости обычно хватает на то, чтобы быстро сохранить необходимые данные и корректно выключить ПК. Дополнительными батареями такие ИБП не расширяются.

Зарядное устройство находится внутри ИБП и питает батарею. Инвертор преобразовывает постоянное напряжение 12V от аккумулятора в 220V переменного и работает, когда питание оборудования осуществляется от аккумулятора.

Раз уж мы упомянули компанию APC, вот пример резервных ИБП серии Back-UPS и Back-UPS Pro этого производителя.

Линейно-интерактивный ИБП, или Smart-UPS

Данные ИБП строятся на базе резервного ИБП и работают по тому же принципу. Однако дополнительно включают в себя ступенчатый стабилизатор напряжения, благодаря которому ИБП может работать в более широком диапазоне входящих напряжений.

Данные ИБП, часто имеют уменьшенное время переключения в сравнении с резервными ИБП. Это позволяет использовать их для серверов и другого чувствительного к перепадам напряжения оборудования. Smart-UPS обладают большей мощностью, и за счет дополнительных элементов стоят существенно дороже Back-UPS. В большинстве случаев модели комплектуются, как и резервные источники питания, батареями по 12В 7 А/ч в количестве от четырёх до восьми штук. Важной особенностью этих ИБП является возможность комплектации дополнительными аккумуляторными блоками, увеличивая тем самым время работы оборудования до нескольких часов. Smart-UPS бывают напольного исполнения и исполнения для стойки 19".

Вот примеры внешнего вида линейно интерактивных ИБП все той же фирмы APC:

On-Line ИБП

В данных ИБП входное переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное, затем в переменное, и подается на выход.

Благодаря этой схеме отсутствует реле переключения, следовательно, задержка при подаче питания от батареи равно нулю. Поэтому данные ИБП используются для защиты техники, для которой качественное питание является критическим фактором. On-line источники бесперебойного питания регулируют не только напряжение (как Smart-UPS), а еще и частоту, тем самым обеспечивая на выходе строго заданные параметры вне зависимости от параметров входного напряжения.

При кажущейся простоте схемы нужно понимать, что схемотехника таких ИБП существенно сложнее Smart UPS. Вследствие этого и стоимость значительно выше. Они также бывают как напольного, так и стоечного 19" исполнения и могут комплектоваться дополнительными модулями питания. Примеры внешнего вида On-line UPS:

Подводя итог выше сказанному, давайте сформулируем рекомендации к выбору типа ИБП:

• резервные источники питания можно использовать для защиты персональных компьютеров, ноутбуков и мелкой бытовой техники. Допускается использование Back-UPS для защиты ПЭВМ удаленных рабочих мест постов охраны систем видеонаблюдения;
• линейно-интерактивные ИБП логично использовать для защиты серверного и коммутационного оборудования в ситуациях, когда есть гарантия стабильности параметров входящего питания. Для постов охраны крупных систем ситуационного видеонаблюдения критически важных объектов так же рекомендуется использование Smart UPS;
• On-Line ИБП рекомендуется использовать при нестабильных параметрах входного напряжения, для электропитания чувствительного к перебоям оборудования, а так же для критически важного оборудования в ЦОД и системах хранения, сбой в работе которых может сильно повлиять на функционирование и безопасность объекта.

Ватты и вольт-амперы

Итак, переходя к типовым ошибкам при выборе ИБП, давайте рассмотрим первую из них – приравнивание ватт и вольт-ампер при выборе ИБП. Формально, это ошибка, но реально это делать можно. А почему – давайте разберемся.

Вольт-амперы называют еще “кажущейся мощностью” – она является результатом умножения напряжения на силу тока. Характеристики в вольт-амперах и ваттах для некоторых типов электрической нагрузки, например, для ламп накаливания, идентичны. Это характерно для резистивных нагрузок.

Для емкостных и индуктивных нагрузок, например, блоков питания компьютерного оборудования, эти характеристики могут отличаться, при этом характеристика в вольт-амперах всегда будет больше или равна характеристике в ваттах. Отношение ватт к вольт-амперам называется “коэффициентом мощности” и выражается либо в виде числа (0,7 или 0,6), либо в виде процентов (70% или 60%).

Большинство производителей ИБП указывают на своей продукции именно вольт-амперы, например 1000 VA, однако надо помнить, что максимальная мощность для питания компьютерного оборудования в данном случае составляет около 60%-70% от 1000 VA, т.е. примерно 600-700 Вт.

В то же время, во всём крупном компьютерном оборудовании, таком как серверы, дисковые массивы, маршрутизаторы и коммутаторы, используются источники питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC – Power Factor Correction). Таким образом, коэффициент мощности у них близок к единице и составляет 0,99, т.е. номиналы в ваттах и вольт-амперах равны.

Получается, что можно не переживать и выбирать ИБП исходя из того, что VA=W? С одной стороны да, но с другой, вы должны быть на 100% уверены, что все блоки питания в оборудовании в проекте качественные, с коррекцией коэффициента мощности. Если уверенности нет, то нужно обеспечить запас в соответствии с указанным выше типовым коэффициентом мощности.

Теперь можно определиться с методикой расчета мощности ИБП, но перед этим рассмотрим еще одну большую проблему – как узнать, сколько потребляет оборудование.

Номинальное и реальное потребление ПЭВМ

Как узнать потребление оборудования? Казалось бы – что может быть проще, посмотрел в паспорт и получил данные. Но если мы говорим о серверном оборудовании, то в 90% случаев там будет указано не потребление ПЭВМ, а максимальная мощность устанавливаемого в изделие блока питания. С учетом запаса по мощности, который нормальный производитель учитывает при выборе блока питания ПЭВМ, мы в реальности, даже в пиках нагрузки, имеем потребление 60%, 50%, а то и 30% от максимальной мощности БП.

Если рассчитывать ИБП по номинальной мощности, мы получим дорогой UPS, который будет загружен максимум на 30% своих возможностей. Чтобы избежать такой ситуации, рекомендуется выяснить у производителя ПЭВМ максимальную реальную мощность потребляемую оборудованием, и провести расчет исходя из полученных данных.

Зная мощность оборудования и коэффициент коррекции мощности для пересчета в VA мы можем выбрать мощность ИБП.

Расчет мощности ИБП

Формула для расчета требуемой мощности ИБП выглядит следующим образом:

Мощность ИБП (VA) = (W1/K1 + W2/K2 + W3/K3 + . )/0,8,

где Wn – максимальная реальная мощность оборудования в W, Kn – коэффициент коррекции мощности, 0,8 – рекомендуемый запас мощности ИБП.

Пример 1: требуется обеспечить бесперебойное питание двух серверов с потреблением до 560W и 480W соответственно. Блоки питания серверов с PFC.

(560W/1 + 480/1) / 0,8 = 1300 VA

Следовательно, подбираем Smart-UPS с вольт-амперной характеристикой не менее 1300VA

Пример 2: требуется обеспечить бесперебойное питание ПЭВМ с потреблением 240W. Данные о наличии PFC у производителя не указаны.

(240W/0,7) / 0,8 = 429 VA

Выбираем Back UPS не менее 429 VA.

Когда мы понимаем, какая мощность ИБП нам требуется, можно переходить к этапу расчета времени автономной работы, и соответственно, требованиям по емкости аккумуляторов. Но для начала – еще об одной типовой ошибке.

Большое время автономной работы – большой ИБП?

ИБП выбирается по двум основным параметрам – мощность и время автономной работы оборудования в отсутствии внешнего электропитания. Другими словами – на сколько хватит UPS при отключении электричества. Время автономной работы заказчик указывает в ТЗ на проектирование, либо оно берется из соответствующих нормативных документов к типу объекта и решаемой задачи, ссылку на которые заказчик указал в ТЗ.

Если время автономной работы задано большое, то нередко мы встречаем в проектах огромные ИБП с мощностью 8000VA и больше, которые питают один-два небольших сервера. Когда мы начинаем разбираться и общаться с проектировщиком выясняется, что ИБП выбран не по мощности, а по времени автономной работы системы. Дело в том, что в более мощных ИБП находится больше аккумуляторных батарей, и если к ним подключить заведомо более низкую нагрузку, можно обеспечить бесперебойное питание оборудования на нужное количество времени. Правильным решением было бы использование адекватного по нагрузке ИБП и дополнительных модулей с батареями.

Расчет емкости аккумуляторов ИБП

Время автономного питания оборудования от ИБП зависит от двух параметров: это мощность полезной нагрузки и общая емкость всех аккумуляторных батарей.

Однако, следует помнить, что зависимость времени работы от этих параметров не линейная. Для быстрой примерной оценки времени резерва можно использовать простую формулу.

T (часов) = E * U / P,

где Е — емкость аккумуляторов А/ч, U — напряжение аккумуляторов V, Р — мощность нагрузки всех подключаемых приборов W.

Формула не учитывает КПД инвертора, остаточную емкость аккумуляторов для защиты от глубокого разряда и другие параметры. Мы рекомендуем пользоваться уже готовыми таблицами или графиками. Пример таблицы:

В данной таблице указана зависимость времени работы оборудования от нагрузки и ёмкости АКБ. Например, для работы нагрузки в 700ВА в течение одного часа необходима суммарная емкость аккумуляторов 80 А/ч. Аккумуляторы могут располагаться внутри ИБП и добавляться в виде блоков аккумуляторных батарей.

С графиком расчет более наглядный. Компания APC на своем сайте предоставляет графики зависимости времени работы конкретных моделей ИБП от нагрузки. Причем компания APC также указывает количество аккумуляторных модулей необходимых под то или иное время автономной работы.

Пример выбора количества дополнительных блоков аккумуляторов для ИБП 1500 VA Smart UPS для питания оборудования мощностью 1кВт в течении одного часа:

На графике видно, что для решения задачи потребуется два дополнительных аккумуляторных модуля.

Корректное завершение работы оборудования после отключения электропитания

ИБП выбраны, время автономного питания обеспечено. Но что произойдет, когда аккумуляторы полностью разрядятся? Резкое отключение питания сервера может привести к серьезным сбоям, потери видеоинформации, вплоть до разрушения RAID-массива. Для того, чтобы этого не произошло и сервер корректно завершил работу всех приложений и заранее выключился, существует возможность подключения UPS к серверу и установки специального приложения. Несмотря на то, что выход для подключения к серверу есть практически у любой UPS, необходимость подключения сервера к UPS и настройки автоматического выключения стоит дополнительно прописать в проектной документации к системе видеонаблюдения.

Другая ситуация, когда одна UPS питает несколько серверов. Здесь крайне важно на этапе проектирования системы видеонаблюдения предусмотреть подключение серверов к UPS по локальной сети. Для этого существуют специальные сетевые модули, которые дополнительно устанавливаются в источники бесперебойного питания. Например, в линейке продукции компании APC сетевой модуль AP9631, который устанавливается в Smart Slot.

При выборе ИБП стоит обратить внимание на наличие функции отложенного старта, когда при возобновлении подачи электроэнергии ИБП подзарядит свои АКБ заданное время, и только после этого выйдет из спящего режима и выдаст электроэнергию в нагрузку. Данная функция позволяет подзарядиться батареям ИБП до необходимого уровня, чтобы не возникло ситуация, когда при повторном прекращении подачи электроэнергии аккумуляторы не будут заряжены и сервер резко выключится, не успев даже загрузить операционную систему.

Резюме

Итак, мы с вами разобрали основные ошибки при выборе ИБП для систем видеонаблюдения и рассмотрели методики расчета мощности и времени автономной работы ИБП. Надеемся, что теперь у вас не будут возникать сложности при подборе ИБП под проектируемую или монтируемую вами систему видеонаблюдения.

Полезно знать:

Если вы проектируете систему видеонаблюдения и используете оборудование VIDEOMAX, полезно знать следующие особенности:

1. Мы используем современные блоки питания исключительно с функцией корректировки мощности (PFC). Это позволяет при расчете требуемой мощности ИБП применять коэффициент пересчета ватты в VA равный "1".
2. В паспорте на изделие мы указываем реальное максимальное потребление устройства, а не максимальную мощность установленного блока питания. Параметры ИБП, в этом случае, рассчитываются в точном соответствии с параметрами нагрузки. Заказчик не переплачивает за излишнюю мощность.

Справочное пособие по выбору ИБП для видеонаблюдения

Для специалистов проектировщиков систем видеонаблюдения мы разработали справочное пособие с примером подбора ИПБ для видеонаблюдения. В справочном пособии пошагово рассмотрены все этапы определения необходимых параметров для расчета, рассмотрены инструменты выбора и проведения расчетов, произведен выбор конкретного оборудования о аксессуаров. Скачать справочное пособие можно по ссылке.

Все справочные пособия для проектировщиков и инженеров систем безопасности >>>

Если у Вас все же возникают сложности с выбором источников бесперебойного питания для оборудования VIDEOMAX, вы можете обратиться к нам – компании Видеомакс. Наши менеджеры и инженеры готовы оптимизировать оборудование под вашу задачу, чтобы вы не переплачивали, и чтобы ваше предложение было самым выгодным для заказчика.

Об особенностях выбора ИБП для системы видеонаблюдения мы рассказывали в одном из вебинаров. Фрагмент вебинара "Защищенная система видеонаблюдения" на тему защиты от отключения электропитания и выбора ИБП:

ИБП для видеонаблюдения обеспечивает бесперебойную работу системы при отключении электроэнергии. При выборе устройства учитывают технические характеристики и набор функций. Это помогает избежать лишних трат при покупке источника бесперебойной подачи напряжения.

Виды источников бесперебойного питания для видеонаблюдения

При определении нужного вида ИБП нужно учитывать такие особенности:

1. Устройства 12 В не всегда выдают постоянное напряжение.
   Отклонения от номинального параметра у дешевых приборов лежат в широком диапазоне. Дорогостоящее оборудование поддерживает стабильный уровень в течение длительного времени. Такие источники используют для питания видеосистем, потребляющих большое количество энергии.
2. ИБП 220 В формируют переменный ток с напряжением 140-180 В.
   Подобные устройства считаются самыми востребованными. Видеосистемы бесперебойно работают при таком питании. Дорогостоящие приборы подачи тока формируют напряжение в 210-220 В. Они поддерживают функционирование системы видеонаблюдения в течение нескольких суток.

Резервный UPS Back UPS

Резервные ИБП имеют простой принцип действия. Они оснащены аккумуляторами, заряжаемыми от электрической сети. При падении напряжения установка переходит в режим работы от батареи.

Существуют такие варианты питания:

1. Подача переменного тока, имеющего вид чистой синусоиды. Таким способом подключаются камеры, регистраторы и другое оборудование. Приборы подсоединяются к розеткам, запитанным через ИБП.
2. Питание от низкого напряжения. В этом случае требуется прокладка отдельных линий.

Переход к работе от аккумулятора выполняется через некоторый промежуток времени после отключения электричества. От длительности задержки зависит стоимость оборудования.

Линейно-интерактивный Smart Ups

Такие приборы нормально работают при поступлении любого входного напряжения. Устройства самостоятельно настраивают реакции, предупреждают разряд АКБ. Блок альтернативного питания снабжен индикаторами, облегчающими управление устройством.

Линейно-интерактивные ИБП имеют такие особенности работы:

1. Наличие стабилизатора напряжения.
   Даже при работе от бытовой сети устройство максимально стабилизирует выходные параметры, сглаживая перепады.
2. Самостоятельный выбор мощности тока, подаваемого батареей.
   Это помогает длительно поддерживать нужные выходные показатели.
3. Активация аварийных режимов функционирования.
   При отключении электроэнергии система максимально быстро переходит к автономной работе.
4. Тонкая настройка.
   Пользователь задает лимит напряжения, при достижении которого система видеонаблюдения начинает питаться от аккумулятора. Таким же образом можно установить параметры максимального и минимального заряда батареи.

On Line

Выходное напряжение выдается преобразователем. При работе от сети преобразующий каскад восстанавливает заряд батареи.

Подключаемые к таким ИБП видеосистемы всегда питаются от аккумулятора. Переключения режимов не происходит, что снижает вероятность сбоя настроек камер IP, регистраторов и других приборов.

Устройства отличаются сложной конструкцией, что отражается на стоимости. Более низкую цену имеют ИБП 12 В класса Online, оснащенные простыми вторичными преобразователями.

Как правильно выбрать UPS?

Если не учитывать непонятные для простого пользователя параметры, выбирают бесперебойник на основе емкости аккумулятора, мощности выходного тока и длительности автономной работы. Параметры камер и регистраторов отличаются, поэтому для их подключения используют ИБП с несколькими разъемами.

Ватты и вольт-амперная характеристика

Основным параметром ИБП является показатель мощности-емкости, измеряемый в вольт-амперах. Рабочие характеристик камер, блоков питания компьютеров и регистраторов указываются в Ваттах.

Привести эти значения к общей структуре можно так:

• энергопотребление видеокамер и осветительных приборов рассчитывают, умножая мощность ИБП на 0,6;
• при вычислении энергопотребления регистраторов, компьютеров и серверов коэффициент будет равен 1.

Если рабочие параметры компонентов системы видеонаблюдения неизвестны, показатели устройств рассчитывают по первой схеме. Вольт-амперы в Ватты переводят, используя коэффициент.

Номинальное и реальное потребление ПЭВМ

Фактическое потребление энергии меньше указываемого в техническом паспорте.

Первый параметр вычисляют такими способами:

1. Сложение номинальных мощностей жесткого диска, материнской платы и блока питания.
2. Проведение измерений при нормальном режиме работы или повышенных нагрузках. ПК подсоединяют через цифровой электросчетчик.

Стандартная система с 2 жесткими дисками и 1 монитором потребляет 200-300 Вт. При обустройстве многокомпонентных устройств видеонаблюдения проведение измерений является обязательным.

Как рассчитать мощность ИБП?

Чтобы понять, какими должны быть характеристики ИБП, анализируют параметры всех устройств. Приобретать источник питания можно после суммирования мощностей компонентов системы видеонаблюдения.

Формула и пример расчета

Нужный показатель рассчитывается по простой формуле. Суммарное потребление энергии делят на коэффициент 0,8. Например, если сервер потребляет 800 Вт, а регистраторы и камеры — 600 Вт, рекомендуемый параметр будет составлять (800+600)/0,8 = 1750 Вт.

Обзор популярных моделей UPS

Стоит распределить наиболее популярные устройства по классам:

1. Резервные.
   Лучшими в этой категории являются приборы, выпускаемые компаниями Eaton, Powercom.
2. Линейно-интерактивными.
   Первое место в этой группе занимают устройства марки APC. Системы отличаются надежностью и продолжительным сроком службы.
3. On-Line.
   Пользователи часто выбирают продукцию компаний Powercom и APC. Изделия последней выпускаются под маркой Schneider Electric.

Изделия рассматриваемых брендов отвечают заявленным в инструкции характеристикам.

ИБП для видеонаблюдения предназначены для безотказной работы видеосистемы в момент отсутствия напряжения в сети. Они применяются на объектах, где даже кратковременная потеря сигнала может привести к серьезным последствиям. Принцип работы данных устройств довольно прост, бесперебойное питание подключается в сеть и аккумулирует заряд во время штатной работы оборудования. Если ток в цепи пропадает, оно автоматически переходит в режим работы от аккумуляторной батареи и начинает снабжать камеры электроэнергией. Тем самым удается избежать потери контроля над обстановкой и защитить оборудование от скачков напряжения. В зависимости от используемой аппаратуры, у нас Вы найдете ИБП для видеонаблюдения с номинальной силой тока от 1 до 20 ампер. Они могут оснащаться различным количеством разъемов, что позволит к сети одновременно подключить не только видеокамеры, но и регистраторы. Если Вы планируете использовать видеосистему из 3-5 камер, то вполне хватит самого простого источника бесперебойного питания. Для более крупных систем рекомендуется выбирать блоки с емкостью встроенной аккумуляторной батареи не менее 7 А/Ч, рассчитанных на поддержание непрерывной работы техники на протяжении свыше 6 часов.

ИБП для видеонаблюдения 12 вольт

Без сомнения, можно сказать, что видеокамеры стали важным элементом любой охранной видеосистемы. Поэтому от того, насколько хорошо они снабжаются электроэнергией, напрямую зависит безопасность владельца и его имущества. Следовательно, нельзя допускать, чтобы комплекс безопасности был без напряжения, даже короткий промежуток времени. Для этого следует использовать ИБП для видеонаблюдения 12 вольт. Их задачей является постоянное подведение электричества ко всем элементам, в независимости от наличия тока или напряжения в сети. Для этого источник электропитания оснащается встроенными в корпус аккумуляторными батареями повышенной емкости.

Выбор бесперебойного питания камер

Выбор бесперебойного питания камер не самая простая задача для неподготовленного человека, так как требует определённого набора знаний в области проектирования видеосистем. Если Вы самостоятельно подбираете себе устройство, то следует обратить особо пристальное внимание на выходное напряжение и суммарную силу тока.

Первое – выходное напряжение. От этого значения зависит сможет ли наблюдение нормально функционировать, а также насколько качественно будет это делать. Для видеосистем лучше всего подходит ИБП для видеонаблюдения 12 вольт. Именно такое напряжение чаще всего используется камерами и слаботочной аппаратурой.

Второе – номинальная сила тока. Важно учитывать тот факт, что чем больше устройств планируется одновременно подключить, тем выше должно быть это значение. Для небольших охранных комплексов вполне будет достаточно 2-х ампер, в то время как для масштабных систем потребуется оборудование не менее 5 или 10 А.

Стоимость ИБП для видеонаблюдения

На ИБП для видеонаблюдения цена значительно отличаются от тех устройств, что использовались несколько лет назад. Они представляют собой сложные системы, состоящие из различных элементов. Поэтому на бесперебойное питание стоимость формируется в зависимости от страны изготовления и емкости аккумуляторной батареи. Большое влияние имеет страна изготовления бесперебойника. Модели из стран Азии стоят намного дешевле устройств из России. Однако они не отличаются высоким качеством, из-за чего не стоит приобретать источник электропитания, цена которого самая низкая.