Процесс выбора технического решения при построении систем оповещения населения начинается не на стадии проектирования, а еще на стадии подготовки технического задания. Именно в техническом задании закладываются критерии, которыми будет руководствоваться разработчик проектно-технической документации при проведении технико-экономического обоснования.

На стадии составления технического задания заказчику или распорядителю средств стоит озаботиться выработкой критериев оценки соответствия проекта требованиям. Причем, не только на стадии строительства, но и на стадии эксплуатации. Основным критерием эксплуатации системы является ее надежность в доведении сигналов, но не менее важным является и критерий стоимости эксплуатационно-технического обслуживания технических средств системы оповещения населения.

О влиянии схемотехнических решений обеспечения бесперебойного электроснабжения оборудования на ресурсные и финансовые затраты при построении и дальнейшей эксплуатации системы оповещения пойдет речь в этой статье.

Нормативной документацией, в частности ГОСТ Р 42.3.01-2021 установлены численные требования ко времени автономной работы при отсутствии штатного электроснабжения. Требуется обеспечить не менее 6 часов работы в режиме ожидания и не менее одного часа в режиме оповещения. При этом, схемотехнические решения, которыми обеспечивается бесперебойное электроснабжение нормативно правовой документацией не определены. Должен ли источник бесперебойного электроснабжения быть конструктивно интегрирован в оконечное средство оповещения? Должно ли применяться обратное преобразование в рабочее напряжение? Какая элементная база и схемотехнические решения применимы при обеспечении бесперебойного питания и, наконец, какая технология накопления заряда допустима? На эти вопросы нормативной документацией не установлены никакие ограничения, что приводит к появлению большого количества комбинаций технологий, материалов и схемотехнических решений, затрудняющих выбор оборудования.
Объективно оценить преимущества той или иной технологии, технического решения или их комбинации возможно только классифицировав их, и проведя сравнение и применимость для решения конкретной задачи.

Наиболее заметным фактором, позволяющим выполнить первый шаг классификации систем бесперебойного электроснабжения в системах оповещения населения, является способ их интеграции в техническое средство оповещения. Чем более глубокая интеграция, тем меньше преобразований при передаче электроэнергии из блока в блок, и тем меньше потери. По степени интеграции можно судить насколько эффективно используется запасенная электроэнергия и насколько качественно она может быть применена в условиях отсутствия штатного электроснабжения. Очевидно, что интегрированные источники бесперебойного питания не требуют обратного преобразования в первичное напряжение ~220-230 Вольт и, следовательно не несут потери на обратное преобразование. Существуют и внешние источники бесперебойного питания, обеспечивающие вторичным электроснабжением оборудование систем оповещения населения с напряжением 12, 24, 26, 48, а в отдельных случаях и 60 Вольт постоянного напряжения. Но ИБП с переменным выходным напряжением получили большее распространение.

Итак, первый критерий классификации - интегрированность ИБП в техническое средство оповещения.

Преимуществами корпусного источника бесперебойного питания, как отдельного устройства являются его автономность и самодостаточность. Сфера его применения весьма широка и универсальность использования выше, чем у интегрированных источников. При выходе из строя корпусного ИБП он оперативно может быть заменен на такой же, или на ИБП с аналогичными параметрами. Отрицательной стороной является его более высокая стоимость, вследствие наличия отдельного корпуса, схем управления, модулей обратного преобразования в переменное напряжение сложность интеграции в систему управления и диагностики. Очевидно, что при увеличении числа компонентов снижается и надежность изделия в целом. Также корпусные ИБП имеют гораздо большее количество потерь, связанных с обратным преобразованием электроэнергии. Еще одним немаловажным фактором являются габаритные размеры корпусных ИБП, которые становятся решающими при размещении оборудования в условиях ограниченного пространства или при размещении ТСО на опоре или мачте.

Интегрированные источники питания лишены большинства недостатков корпусных ИБП: они компактны, в большинстве случаев, оснащены более высокой защитой от воздействия неблагоприятных условий. Также они имеют самые низкие потери, что полностью перекрывает особенности эксплуатации, связанные с их чуть более сложной заменой или ремонтом. Именно интегрированные ИБП получили наибольшее распространение в системах оповещения населения. В том числе и потому, что результаты проверки ТСО на соответствие ГОСТ Р 42.3.01-2021 при таком схемотехническом решении носят однозначный характер. При этом использование сторонних корпусных ИБП находится в «серой зоне» ввиду того, что корпусные ИБП, как правило, являются сторонним изделием, не входящим в состав ТСО.

Вторым классифицирующим фактором целесообразно определить тип (технологию) элемента питания (аккумулятора), в котором происходит накопление электроэнергии для дальнейшего её использования. Доминирующее положение занимают свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Менее часто используются литий-ионные аккумуляторные батареи.

Свинцово-кислотные аккумуляторы получили наибольшее распространение ввиду относительно небольшой стоимости, большого количества изготовителей и относительной неприхотливости к условиям эксплуатации. Применение загустителей для электролита (гелевые аккумуляторы) или стеклотканных матов (AGM-технология), вкупе с клапанами VRLA позволило располагать аккумуляторы не только в одном положении, а практически в любом, кроме перевернутого. Вместе с тем, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи подвержены «старению» и, как следствие снижению емкости. Причиной этому являются физико-химические процессы сульфатации пластин. Важно принимать во внимание, что процесс деградации аккумулятора идет постоянно даже вне зависимости от того, используется батарея или нет. Темп деградации тем выше, чем больше отклонение условий эксплуатации от оптимальных. Но даже при обеспечении температурно-влажностного режима, рекомендованного производителем свинцово-кислотных аккумуляторных батарей их жизненный цикл редко превышает 3 года. Уже к исходу этого срока емкость аккумулятора падает настолько сильно, что ИБП уже не может обеспечить работу технических средств оповещения при отсутствии штатного электроснабжения в течение 6 часов в режиме ожидания и 1 часа в режиме оповещения. Аккумуляторные батареи требуют регулярной замены.

Литий-ионные аккумуляторы пока не получили большого распространения ввиду большей нестабильности и необходимости применения электронных схем стабилизации их состояния. Вместе с тем, литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую плотность накопления заряда по сравнению с свинцово-кислотными, что оставляет им весьма неплохой шанс, при соответствующем темпе развития, в будущем заместить свинцово-кислотные. Но на настоящий момент основным типом аккумуляторов, применяемых в системах оповещения населения, остаются свинцово-кислотные.

Продолжая рассмотрение и классификацию интегрированных ИБП со свинцово-кислотными аккумуляторами следует принять во внимание вопрос выходного напряжения, обеспечивающего бесперебойное питание. Крайне редко в составе интегрированных ИБП используется обратное преобразование постоянного напряжения в переменное ~220-230 Вольт. Это скорее частный случай, классификация и учет которого, нецелесообразна. А вот величина выходного постоянного напряжение, как раз, представляет интерес для дальнейшей классификации и выявления преимуществ того или иного схемотехнического решения.

Линейка выходных напряжений представлена номиналами 12, 24, 36, 48, 60 Вольт, реже 72 Вольта. Кратность номиналов напряжения 12 вольтам обусловлена напряжения наиболее типовых моделей свинцово-кислотных аккумуляторов. При использовании одного аккумулятора, ИБП классифицируется как двенадцати вольтовый, двух – 24 вольтовый и так далее. Определение напряжения ИБП определяется, в основном схемотехникой самого ТСО. При большой мощности нагрузки и малом напряжении выхода ИБП, потребляемый ток будет достаточно высок. Наибольшее значение максимальный ток ограничивается характеристиками аккумуляторной батареи и сечением кабеля питания.

Таким образом, при разработке схемотехнических решений оконечных технических средств оповещения принимаются во внимание ограничения аккумуляторных батарей интегрированных ИБП. В большинстве случаев, при разработке схем питания производитель ТСО не принимает в расчет дальнейшие эксплуатационные затраты. Однако, если рассматривать весь цикл службы ТСО, то становится очевидным, что за 12 лет срока службы ТСО как минимум предстоит три (а вероятнее, в два раза больше) замены аккумуляторных батарей по истечению срока их службы. И в этом случае, становится весьма существенным выбранное напряжение ИБП. При использовании 48 и 24 Вольтовой схемы электропитания при выходе из строя из строя одного аккумулятора система становится неработоспособной и замене подлежит весь блок аккумуляторов, при каждой плановой замене аккумуляторных батарей, придется использовать в 4 раза больше аккумуляторов, чем, скажем, при двенадцати вольтовой. Или в 2 раза больше, чем при 24 вольтовой схеме. Если учесть, что при тяжелых условиях эксплуатации, например, повышенная температура, деградация аккумуляторов ускоряется, то затраты на планово-предупредительный ремонт начинают расти кратно. Вместе с тем, частое выполнение планово-предупредительного ремонта снижает готовность системы ввиду ее неспособности выполнять задачи во время проведения ремонта.

Очевидно, что вопрос схемотехнических решений при обеспечении бесперебойного электропитания технических средств оповещения редко принимается во внимание при проведении технико-экономического обоснования проекта. Обусловлено это, в основном, тем, что специалисты, осуществляющие проектирование не всегда осведомлены об особенностях построения оборудования. Тем не менее, при расчете затрат на эксплуатационно-техническое обслуживание крайне важно учитывать зависимость затрат на замену аккумуляторных батарей от количества аккумуляторов, используемых в ИБП ТСО. При наличии в составе ИБП схем оценки состояния аккумуляторных батарей – задача дистанционного контроля их состояния становится весьма несложной, но это тема уже другой статьи.