На дворе уже осень, и в нашем техническом блоге и редакторам, и читателям наверняка хочется отдохнуть от сложных терминов, схем и диаграмм применения ИБП (источников бесперебойного питания), и поговорить о чем-то более отвлеченном, — пусть не развлекающем, но хотя бы расширяющим кругозор. Этим и займёмся. Всем известно, что основное место жизни ИБП — это под офисным столом или в серверном зале дата-центра. Но встретить ИБП можно и в других местах, где от электропитания зависит работа важных систем или даже жизнь человека. Ниже пара интересных примеров.

В небе

Было бы удивительно, если бы в самолетах не было ИБП, учитывая, насколько современные лайнеры напичканы всевозможной электроникой. Разумеется, к ИБП, устанавливаемым на авиатехнике, предъявляется целый ряд особых требований по сравнению с их офисными собратьями (температурные условия, устойчивость к вибрации и изменениям давления воздуха), да и называются они немного по-другому — «Аварийный ИП», или EPS (Emergency Power Supply). В отличие от наземных ИБП запитываются они постоянным током от бортовой сети 28 В, а вот на выходе выдают целый набор различных напряжений: 24 В и 2,0–6,5 В постоянного тока и 115 В / 400 Гц переменного тока.


EPS-источник 501-1228-04 для самолетов Bombardier и Embraer. Источник: PaulGreasley / Wikimedia Commons

На самолете источники EPS устанавливаются в существующую полку авионики или дополнительную монтажную стойку. Их задача — сохранить электропитание жизненно важной авионики, если произойдёт полный отказ бортовой сети, включая вспомогательную силовую установку (ВСУ) и даже аварийную воздушную турбину (Ram air turbine), — малоизвестного агрегата со столетней историей в авиации. Это небольшая турбинка с пропеллером, которая при отказе всех остальных генераторов автоматически выдвигается наружу и раскручивается потоком набегающего воздуха. Несмотря на малые размеры, мощность генератора составляет порядка 10 кВ·А (зависит от модели самолёта).


Аварийная турбина выдвигается из корпуса при отказе всех остальных генераторов (здесь показана на бизнес-джете Dassault Falcon 7X, но применяется и на пассажирских авиалайнерах, а также на военных самолётах). Источник: YSSYguy / Wikimedia Commons

От EPS запитывается резервный авиагоризонт и другие важнейшие потребители из состава авионики. В силовой цепи для управления рулевым оперением тоже есть резервные аккумуляторы на 28 В — на шины от штатных генераторов авиадвигателей и на шину ВСУ. Но там стоят именно аккумуляторы, а не ИБП или EPS, т.е. они заряжаются постоянным током и отдают тоже постоянный ток.

В EPS ставят батареи ёмкостью 5–10 А·ч, и EPS по массе примерно равны офисным собратьям с аналогичными по ёмкости батареями. Например, EPS с батареей на 5 А·ч весит порядка 6 кг, т.е. как его офисный собрат. Как ни удивительно, но в авиационных EPS до сих пор используются довольно увесистые необслуживаемые кислотно-свинцовые батареи, а не более лёгкие литий-ионные. Объяснение простое — Федеральное управление гражданской авиации США (Federal Aviation Agency — FAA) и другие авиационные регуляторы стараются исключить на борту пожароопасное оборудование. Впрочем, с развитием технологий литиевых батарей и грядущей эрой полностью электрических самолётов этот запрет наверняка будет отменен.

А сколько стоят для авиакомпании полёты аварийного источника бесперебойного питания? Согласно ответам с Quora, стоимость авиатоплива для среднемагистрального самолета равна 1 центу за 1 кг перемещаемого груза в час. За весь срок службы пассажирского самолета источник питания EPS проведет в воздухе порядка 120-150 тыс. часов, и при весе 6 кг потратит авиатоплива на свои путешествия примерно на 7-9 тыс. долларов.

Там, где спасают жизни

Рукам хирурга не нужно электропитание, но важно хорошее освещение операционного блока. Источник: Pixabay

Говоря о следующем случае применения ИБП, продолжаем линию о спасении человеческих жизней. Медицинские учреждения зависят от непрерывного электроснабжения, необходимого для работы оборудования, которое очень чувствительно даже к кратковременным отключениям в силовой цепи. Например, лабораторный анализатор крови выполняет синхронизированные процессы, которые длятся достаточно продолжительное время (иногда несколько часов). Остановка работы анализатора из-за сбоя электропитания может привести к потере исследуемого биоматериала или ошибкам в диагностических данных, что в свою очередь будет иметь решающее значение для жизни пациента или существенно повлияет на рабочий график клиники.

Или оборудование для пересадки клеток в репродуктивной хирургии, в частности, криостат, — ему крайне важна поддержка системой резервного питания от батарей ИБП: если отключится электроэнергия и образцы останутся в обесточенной криокамере, биоматериал может быть разрушен. Это приведёт к необходимости повторения хирургической процедуры или потере донорских клеток, что может стать серьёзной проблемой или даже личной трагедией для пациента.

Правильно организованное бесперебойное питание для медучреждений должно иметь три уровня поддержки энергоснабжения. Первый уровень — резервные дизель-генераторные установки (ДГУ), обслуживающие всю больницу. Второй уровень — комплекты ИБП для критических зон, к которым относятся операционные палаты, палаты интенсивной терапии и диагностические лаборатории. Здесь устанавливают ИБП с блоками дополнительных батарей для местной защиты медицинского оборудования. В США действует правило, что эти комплекты (ИБП + внешние батареи) должны обеспечивать работу медтехники в защищаемом помещении не менее 2 часов. В России по ГОСТ Р 50571.28-2006 нормируется время автономного освещения операционных комнат и питания иного оборудования в них (упоминаются только эндоскопы) на протяжении не менее чем 3 часов. Третий уровень защиты — ИБП, встроенные непосредственно в медицинскую технику, такую как аппараты искусственной вентиляции лёгких (ИВЛ).

Традиционно для медтехники используют ИБП с двойным преобразованием (Online UPS), имеющие нулевое время переключения питания на батарею и чистую синусоиду напряжения на выходе. Достаточно большая номенклатура оборудования (медицинские лазеры, роботизированные системы и т.д.) не может работать при аппроксимированной форме синусоидального напряжения, которую выдают ИБП линейно-интерактивного и резервного классов.

ИБП для бригад телемедицины, может питать целый набор устройств. Источник: Eaton

Помимо стационарных ИБП, для применения в медицинской практике выпускаются переносные источники бесперебойного питания в ударопрочных кейсах. Они могут использовать большой спектр устройств для зарядки батареи — переносные генераторы, солнечные батареи и ветряки, автомобильные АКБ. Применяются переносные ИБП бригадами экстренной медицинской помощи, а в последнее время — даже терапевтами, ведущими прием пациентов в режиме телемедицины (пока это зарубежная практика).