Надежность, функциональность и эффективность нового поколения ИП MEAN WELL на DIN-рейку: XDR/E, XDR и XTR для жестких условий промышленности

позавчера

Сергей Миронов (КОМПЭЛ)

Компания MEAN WELL представила три новых семейства источников питания на DIN-рейку: однофазные XDR/E и XDR с расширенным температурным диапазоном -40…70°C, категорией перенапряжения OVC III,  пониженным пусковым током 10 А, наличием функции селективной защиты (SFB), ORing FET и поддержкой MODBus (в зависимости от семейства), а также трехфазные XTR для систем с высокими требованиями к отказоустойчивости. В статье рассматриваются критерии выбора ИП, надежности, категория перенапряжения OVC III, и методика подбора автоматических выключателей для функции SFB и различного типа нагрузки.

Однофазные и трехфазные ИП от экономварианта до High End

В 2025 году компания MEAN WELL выпустила линейку источников питания (ИП) нового поколения, монтируемых на DIN-рейку. В номенклатуре производителя появились три новых семейства:

• XDR/E (однофазные);
• XDR (однофазные);
• XTR (трехфазные).

Варианты исполнения включают модели от экономварианта до High End класса. Эти серии призваны закрыть запросы российского рынка на эффективные и компактные источники питания с высокой степенью функциональности, надежности и комплексной защитой, соответствующими требованиям для эксплуатации в экстремальных условиях.

В статье рассматривается техническая специфика новой продукции в сравнении с ИП предыдущего поколения: NDR, SDR, TDR. Также уделено внимание критериям надежности: категории перенапряжения OVC III, пиковой перегрузке, широкому диапазону рабочих температур (включая -40…85°C), снижению пускового тока импульсных источников питания и функции селективной защиты (SFB) с примером выбора автоматических выключателей для разного типа нагрузки.

Источники питания, монтируемые на DIN-рейку, широко используются в современных системах промышленной автоматизации, автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП), телекоммуникационных, инфраструктурных, а также в системах домашней автоматизации. В основном такие ИП изготавливаются в двух конструктивных форм-факторах: для промышленного назначения (Industrial) и автоматизации зданий и сооружений (Home Automation), которые различаются габаритными размерами и функциональностью (рисунок 1). В рамках данной статьи будут рассмотрены только варианты для промышленного назначения (Industrial).

Рис. 1. Внешний вид ИП форм-факторов Industrial (а) и Home Automation (б)

С ростом требований к качественным показателям работы в указанных системах возрастают требования и к компонентной (модульной) базе используемого оборудования.

В частности, рост плотности размещаемого оборудования требует компактности и более высокой эффективности для снижения общего тепловыделения и минимизации занимаемого пространства.

Повышение требований к надежности при экстремальных условиях использования в холодных регионах или снаружи помещений, а также в цехах с повышенной температурой, обязывает использовать продукцию с широким температурным диапазоном с нижним порогом -40°С и верхним – до 70/85°С.

Переход на модульные и распределенные архитектуры питания требует гибкости при подключении, резервировании и возможности увеличения мощности ранее установленных источников питания простым добавлением к ним новых модулей (параллельной работы с увеличением мощности).

Возможность работы в системах бесперебойного питания с постоянным напряжением шины 110 В DC требует возможности функционирования ИП при соответствующем входном напряжении (далеко не все ИП, даже имеющие универсальный диапазон входного переменного напряжения, надежно работают при указанном значении постоянного напряжения).

Ужесточение норм ЭМС и защиты от импульсных помех накладывает соответствующие требования к оборудованию по категории перенапряжения. Категория перенапряжения III (OVC III) де-факто уже становится обязательным условием для ИП промышленного назначения. Объяснение, что значит категория перенапряжения OVCIII, дано в разделе «Что такое категория перенапряжения OVC III».

Рост потребляемой мощности используемых низковольтных устройств с напряжением питания 12 В или увеличение их количества в шкафах управления требует наличия моделей ИП, способных обеспечить необходимую мощность при указанном напряжении, а не использовать несколько AC/DC-преобразователей, ухудшая тем самым общую электромагнитную обстановку. В настоящий момент на рынке крайне мало моделей ИП с выходным напряжением 12 В и выходной мощностью 240 Вт и выше.

В сильно разветвленных цепях питания, когда на один автоматический выключатель по первичной стороне подключается группа источников питания, а также когда рядом проходят чувствительные к электромагнитным наводкам цепи каких-либо датчиков или в шинопроводах малой мощности, питаемых от автоматических выключателей группы “В” и во взрывоопасных зонах востребованы источники с низким или умеренным пусковым током. По этому параметру ИП можно условно разделить на три группы:

• с низким пусковым током (до 15 А);
• с умеренным значением пускового тока (15…30 А);
• с «обычным/типовым» значением пускового тока (40…80 А).

Рекомендации по снижению значения пускового тока источника питания даны в разделе «Как снизить пусковой ток импульсного ИП».

Для питания различных исполнительных механизмов при наличии двигателей постоянного тока (клапанов и задвижек с электроприводом, поворотных устройств, шиберных затворов и других устройств) желательно, чтобы источник питания обладал определенной перегрузочной способностью. Обычно достаточно 200…300% к номинальной мощности длительностью до 3…5 с для надежного запуска электродвигателя с нагрузкой на валу. Если источник питания не обладает перегрузочной способностью, то приходится выбирать модель с избыточностью по мощности и, соответственно, более дорогую, что ухудшает экономические показатели такого проекта.

Например, пусковой ток двигателя составляет 15 А длительностью до 500 мс, а номинальный – 3 А (кратность 1 к 5). Для его питания можно выбрать ИП с пиковой перегрузкой 200% и номинальным током 10 А. В пике этот ИП обеспечит ток до 20 А длительностью несколько секунд, что с запасом хватит для запуска этого двигателя даже с изношенными щетками. Если бы у ИП не было пиковой перегрузки, пришлось бы выбрать ИП с номинальным током 20 А, а это по мощности в два раза больше и, соответственно, дороже.

Цифровизация управления в указанных системах вынуждает использовать источники питания с возможностью диагностики и управления по цифровым протоколам (Modbus, CAN). В некоторых приложениях иметь только сухой контакт реле “DC Ok” бывает уже недостаточно.

В промышленных приложениях всегда является очень важным вопрос надежности компонентов и системы в целом. Косвенно о надежности можно судить по гарантии, предоставляемой производителем на свою продукцию. В настоящий момент типовой срок гарантии на ИП составляет 3 года – это весьма неплохой показатель. Можно ожидать, что устройство надежно отработает минимум 8…10 лет. Для стабильной работы более десятилетия желательно иметь срок гарантии не менее 5 лет.

Итак, если все это резюмировать, то можно сформировать ряд технических и функциональных характеристик, предъявляемых к современным источникам питания для промышленного назначения:

• эффективность более 90%;
• температурный диапазон -40…70°С или шире;
• возможность резервирования без дополнительного модуля (наличие Oring-диодов в ИП);
• параллельное подключение для увеличения общей выходной мощности;
• работа на шинах постоянного напряжения 110 В DC;
• категория перенапряжения не ниже OVC III;
• наличие в линейке моделей с напряжением 12 В и мощностью выше 240 Вт;
• пусковой ток низкого или среднего значения;
• кратковременная перегрузочная способность более 200%;
• цифровой интерфейс управления;
• функция селективной защиты – SFB (для разветвленных цепей на вторичной стороне);
• гарантия не менее 5 лет.

Конечно, указанные характеристики не все вместе и не всегда должны быть в наличии у конкретной модели источника питания, это зависит от применения. Часто достаточно, чтобы ИП имел хотя бы некоторую часть этих характеристик. Наиболее востребованными сейчас являются широкий температурный диапазон, категория перенапряжения OVC III, умеренный или низкий пусковой ток и эффективность.

Учитывая эти современные особенности, компания MEAN WELL разработала и уже серийно выпускает три линейки источников питания нового поколения, монтируемых на DIN-рейку для однофазной (XDR/E, XDR) и трехфазной (XTR) сети.

XDR/E – новое поколение однофазных ИП (экономвариант)

Важная особенность нового семейства XDR/E (рисунок 2, таблица 1) – широкий температурный диапазон -40…70°С, но с некоторой зависимостью мощности при температуре в диапазоне -40…-30°С и выше 50°С. Типовой график зависимости выходной мощности от температуры показан на рисунке 3.

Рис. 2. Внешний вид ИП семейства XDR/E

Рис. 3. Типовой график максимальной выходной мощности XDR/E в зависимости от температуры

Если ранее в линейке MEAN WELL отсутствовали источники питания на DIN-рейку с нижним порогом температуры -40°С, то теперь в ней представлены модели, работающие и при таком ее значении.

Ограничение по мощности при отрицательной температуре на границе диапазона обычно связано с возрастающим сопротивлением термистора во входной цепи, который служит для ограничения пускового тока, и по этому данные источники попадают в группу с умеренным значением этого параметра.

В дополнение к этому у XDR/E уменьшились габаритные размеры примерно на 23…45% по отношению к аналогичным по мощности моделям предыдущего поколения, а их увеличенная эффективность может достигать 96%. Также появились модели на 36 В, а в серии XDR-480E варианты с напряжением 12 В теперь доступны с мощностью до 360 Вт.

И самое главное — это стоимость. Новая компонентная база позволила оптимизировать себестоимость производства, что отразилось на ценообразовании серии XDR/E. По основным техническим параметрам новое семейство превосходит аналогичные показатели предшествующих линеек SDR и NDR.

Таблица 1. Основные параметры ИП семейства XDR/E (экономвариант)

В источниках питания имеется сухой контакт реле “DC Ok” для удаленного контроля работоспособности. В сериях от 240 Вт реализован каскад коррекции мощности, и все модели поддерживают подстройку выходного напряжения вверх от номинального значения до показателей, необходимых при использовании этих ИП в системах низковольтного бесперебойного питания (ИБП, UPS). В линейке продукции MEAN WELL имеются две серии контроллеров бесперебойного питания напряжением 24 В и с выходным током на 20 А и 40 А: DUPS20 и DUPS40.

Вся линейка источников питания обладает потребляемой мощностью менее 1 Вт на холостом ходу для моделей на 75 Вт и не более 3,9 Вт для 960 Вт, а также комплексом защитных мер от короткого замыкания выхода, перегрузки, превышения выходного напряжения и перегрева. Защита от перегрузки работает в режиме ограничения выходного тока (СС) без отключения ИП в диапазоне выходного напряжения не ниже 30%. Такой режим защиты позволяет источнику питания надежно запускать высокоемкостную нагрузку и не отключаться пока идет запитка конденсаторов. Это может быть полезным в случае использования дополнительных конденсаторов на вторичной стороне для исключения просадки напряжения в момент переключения входного напряжения в схемах с АВР. Отметим, что вместо конденсаторов можно использовать специальные буферные модули MEAN WELL: DBUF20 и DBUF40.

Модели двух серий мощностью 480 Вт и 960 Вт можно подключать параллельно по выходу для увеличения выходной мощности по схеме «3 + 1». В итоге можно получить выходную мощность до 3,84 кВт в безвентиляторном режиме работы. Для полноценной параллельной работы в ИП необходимо соединить специальные сигнальные контакты (сигналы обратной связи, P+/P-) разъема, выведенного на переднюю панель.

Для резервирования питания все модели новой линейки без ограничений можно соединять через соответствующие модули резервирования. У производителя имеется ряд этих изделий на 12/24/48 В с токами на 20 А и 40 А: DRDN20 и DRDN40.

В таблице 2 приведено сравнение XDR/E с существующими семействами SDR, NDR и EDR. Параметры показывают, что из существующих ИП по параметрам ближе всего к новому находятся модели SDR, которые до настоящего времени считались передовым. В сравнении с SDR/NDR семейство XDR/E имеет иные значения по температурному диапазону, номенклатуре выходных напряжений, КПД и категории перенапряжения (OVC III). Кроме того, по безопасности новое семейство соответствует трем нормативам:

• IEC 62368-1 (IT- и AV-оборудование);
• IEC 61010-1 (измерительные и автоматизированные системы);
• IEC 61558-1 (силовые трансформаторы и БП общего назначения).

Таблица 2. Сравнение ИП нового поколения с существующими семействами

XDR/E: что изменилось по сравнению с SDR/NDR

При более глубоком анализе параметров новой серии XDR/E можно заметить, что в ней реализованы не все указанные в начале статьи характеристики и возможности. Компания MEAN WELL разбила линейку однофазных источников питания на две подгруппы:

• Первая подгруппа – это так называемый экономвариант с частично урезанными возможностями (бюджетная версия). На это указывает символ “E” в наименовании серии/модели (рисунок 4).
• Вторая – это полноценный вариант с учетом всех перечисленных выше характеристик – семейство XDR (без символа “E”), которое можно условно отнести к High End классу данного оборудования.

Рис. 4. Формирование наименования модели

Имея в линейке два семейства схожей продукции, которые различаются техническими возможностями, производитель тем самым позволяет более точно подобрать нужную модель для конкретного приложения. Таким образом, инженер может выбрать версию ИП в соответствии с техническими требованиями проекта и доступным бюджетом, не приобретая функционал, который не будет использоваться.

XDR – новое поколение High-End ИП

По своей сути семейство XDR – это дальнейшее развитие параметров и функциональных возможностей только что рассмотренного семейства XDR/E. Его основные характеристики приведены в таблице 3, а внешний вид показан на рисунке 5.

Рис. 5. Внешний вид ИП семейства XDR

Таблица 3. Основные параметры ИП семейства XDR (вариант High End)

Из таблицы видно, что эти ИП имеют полноценный промышленный температурный диапазон работы -40…85°С, но с некоторыми ограничениями по мощности на его границах: при -40…-30°С со снижением мощности на 20%, а при температуре выше 60°С – со снижением на 40…30% (в зависимости от модели). Типовой график поведения выходной мощности приведен на рисунке 6. При выборе ИП для работы в широком температурном диапазоне эту особенность необходимо учитывать и выбирать модель соответствующей мощности.

Рис. 6. Типовой график максимальной выходной мощности ИП семейства ИП XDR в зависимости от температуры

Кроме того, эти источники питания работают в диапазоне входного постоянного напряжения от 80 В DC, что с запасом соответствует шине питания постоянного тока 110 В в системах с бесперебойным питанием даже с учетом понижения напряжения из-за разряда аккумуляторов. Правда, при таком низком напряжении эти ИП работают не на полной выходной мощности, а со снижением на 50%.

Это связано с тем, что при таком низком входном напряжении и номинальной/максимальной выходной мощности токи во входной цепи и в соответствующих компонентах, которые там используются, возрастают кратно: фактически до 2…3 крат к значению при номинальном входном напряжении. Использовать диодные мосты, дроссели фильтров и каскада коррекции мощности, а также другие электронные компоненты, которые бы обеспечивали такой запас по току, экономически становится нецелесообразно, поскольку использование ИП при таком низком входном напряжении относится к особенностям применения. Приемлемый вариант именно для таких приложений – это изначально выбрать источник питания с большей выходной мощностью. Тем не менее, если учесть этот нюанс и правильно выбрать модель, проблем с дальнейшей эксплуатацией не возникает.

Источники питания выдерживают импульсную двукратную перегрузку длительностью до 5 с. Если в приложении используется двигатель постоянного тока, то этого хватит с избытком, а если происходит непрерывный периодический процесс потребления импульсного тока указанной кратности, то минимальную длительность периода такого процесса следует определить по формуле, имеющейся в технической документации. При двукратной перегрузке допустимый коэффициент заполнения (Duty) должен быть не более 5% или скважность (S) импульсов – не менее 20. При меньшей кратности перегрузки эти данные меняются в лучшую сторону. Важным является непревышение средней мощности потребления по отношению к номинальной (Pср ≤ Pмакс).

Кроме того, в этих источниках реализован еще один вариант работы с пиковой импульсной перегрузкой до 600% к номинальному току. Он также называется селективной защитой (SFB) и обеспечивает необходимым напряжением часть разветвленной нагрузки при возможном коротком замыкании в другой части нагрузки и при условии, что каждая часть нагрузки питается через собственный автоматический выключатель с правильно подобранным током размыкания. Более наглядно принцип действия селективной защиты разобран в разделе «Что такое селективная защита (SFB)».

А вот по пусковому току это семейство относится к классу источников питания с малым и даже сверхмалым пусковым током – не более 10 А при холодном старте, причем это значение одинаково у всех моделей этой линейки.

Источники питания XDR имеют необходимый комплекс защитных мер от короткого замыкания, перегрузки, превышения выходного напряжения и перегрева. Защита от перегрузки, так же, как и у рассмотренного выше семейства, работает в режиме ограничения тока.

Все модели этого семейства (кроме серии XDR-75) имеют встроенные так называемые ORing-диоды, в данном случае выполненные на полевых транзисторах (ORing FET), что дает возможность осуществлять резервирование питания нагрузки посредством простого параллельного подключения источников без использования дополнительных модулей резервирования. Кроме того, серии XDR-240/480/960 можно подключать параллельно для увеличения выходной мощности по схеме «3 + 1».

Во всех моделях имеется встроенное реле “DC Ok”, а в сериях XDR-240/480/960 есть дополнительная возможность контроля и управления по цифровой шине MODBus.

Конструктивно новое семейство ИП выпускается в трех вариантах подключения проводов с помощью:

• винтового клеммника;
• рычажного клеммника (Lever Actuated);
• зажимного клеммника (Push In).

Тот или иной вариант определяется специальными символами в конце наименования (рисунок 7). На этом же рисунке показано правило формирования наименования модели.

Рис. 7. Формирование наименования модели и варианты клемм для подключения проводов

Новые источники питания относятся к продукции повышенной надежности с гарантийным сроком эксплуатации 5 лет.

Печатная плата с компонентами имеет защитное лаковое покрытие для более надежной защиты от пыли и влажности воздуха. ИП соответствуют требованиям безопасности, предъявляемым к устройствам аудио-, видео- и информационно-коммуникационных технологий (ITE 62368-1), промышленному оборудованию и измерительной технике (Industrial 61558-1/-2-16, 61010).

Если выше мы сравнили семейства XDR/E c существующей линейкой источников питания MEAN WELL, то в данном случае такое сравнение не приводится по причине отсутствия подобной продукции для сравнения. ИП семейства XDR можно сравнить только с XDR/E, используя данные таблиц 1 и 3. Это семейство разрабатывалось с учетом актуальных требований к промышленным источникам питания и анализа существующих на рынке решений, что позволило реализовать ряд параметров (пусковой ток <10 А, OVC III, SFB), которые ранее не были реализованы в сериях MEAN WELL для данного ценового сегмента. Технические параметры новых ИП (КПД, температурный диапазон, OVC) имеют более высокие числовые значения по сравнению с предшествующими сериями. Их ценовые параметры были пересмотрены с учетом применения современных решений.

XDR – флагман по совокупности характеристик среди однофазных ИП

Для приложений, где недопустим большой перекос фаз, имеются ограничения на максимальный ток по фазе или для повышения отказоустойчивости системы питания при пропадании фазы напряжения востребованы трехфазные источники питания. MEAN WELL также разработал и серийно выпускает новое семейство трехфазных источников питания XTR.

XTR – новое поколение ИП для трехфазных систем

MEAN WELL уже имеет в своей линейке трехфазные ИП серии TDR. Но, следуя изменяющимся и возрастающим требованиям к подобному оборудованию, компания разработала серию источников питания нового поколения с параметрами, которые отличаются от предыдущей серии (рисунок 8; таблица 4).

Рис. 8. Внешний вид ИП семейства XTR

Таблица 4. Основные параметры трехфазных ИП семейства XTR

Как видно из таблицы 4, по значению пускового тока (до 10 А) эта продукция также относится к группе с малым пусковым током.

В новом семействе имеются модели с выходным напряжением 36 В во всех сериях, а варианты с напряжением 12 В имеются в сериях до 480 Вт включительно.

Источники питания могут выдерживать кратковременные перегрузки до 150…200% длительностью до 5 с.

Значения рабочей температуры расширены до полноценного промышленного диапазона (-40…85°С), но с теми же самими нюансами, что и у семейства XDR.

Печатная плата с компонентами имеет лаковое покрытие для более надежной защиты от пыли и влажности. Эти источники питания уже относятся к группе повышенной надежности с гарантийным сроком эксплуатации 5 лет.

Новое семейство ИП конструктивно выпускается в трех вариантах подключения проводов посредством винтового, рычажного или зажимного клеммника. Тот или иной вариант определяется специальными символами в конце наименования (рисунок 9).

Рис. 9. Формирование наименования модели семейства XTR

Сравнение источников питания XTR с TDR по основным характеристикам показано в таблице 5.

Таблица 5. Сравнение ИП нового поколения с существующими семействами

Из таблицы 5 видны различия в параметрах продукции нового и существующего поколений. Основные изменения коснулись увеличенной надежности (гарантия 5 лет, категория перенапряжения OVC III), расширения функционала, условий эксплуатации, устойчивости к перегрузкам и выбора моделей по напряжению и способу подключения проводов. В дополнение к этому новое семейство также соответствует нормам безопасности для трех отраслевых применений IEC 62368-1 (IT- и AV-оборудование), IEC 61010-1 (измерительные и автоматизированные системы) и IEC 61558-1 (силовые трансформаторы и БП общего назначения). Кроме того, точно так же, как семейство XDR, эта продукция может использоваться в условиях морского соляного тумана, применяться в полупроводниковой промышленности и во взрывоопасных зонах (Marine DNV, SEMI47, CID2 HazLoc approved).

В совокупности семейства XDR/E, XDR и XTR покрывают широкий спектр задач: от базовых применений до оборудования, работающего в критических условиях и требующего расширенного функционала Дополнительные сертификаты (Marine DNV, SEMI47, CID2 HazLoc) подтверждают пригодность ИП для эксплуатации в условиях морского соляного тумана, чистых помещений полупроводниковой промышленности и взрывоопасных зонах. Таким образом, технические параметры, ранее доступные преимущественно в более дорогих сегментах (категория OVC III, расширенный температурный диапазон), теперь реализованы в семействе XDR/E. Это расширяет возможность выбора ИП в зависимости от бюджета и технических требований проекта без обязательного приобретения избыточного функционала.

В конечном счете современный ИП на DIN-рейку – это уже не просто AC/DC-преобразователь напряжения, а элемент архитектуры безопасности и безотказности. Увеличенный срок гарантии (5 лет) и применение компонентов с повышенным ресурсом свидетельствуют о расчетном сроке службы данных ИП, превышающем 10 лет. Данный параметр влияет на совокупную стоимость готового решения и периодичность сервисного обслуживания. Для инженеров это означает уменьшение рисков, упрощение технического сопровождения и в итоге – более предсказуемую стоимость (Total Cost of Ownership). 

Как снизить пусковой ток импульсного ИП

Из таблицы 1 видно, что пусковой ток источников питания семейства XDR/E имеет умеренное значение и в дополнительном снижении в большинстве случаев не нуждается. Тем не менее, если этот показатель является завышенным в каком-то определенном направлении или при использовании других источников питания из группы с так называемым “типовым” значением пускового тока, то возникает вопрос дополнительного снижения его значения.

Для снижения пускового тока у компании MEAN WELL имеется специальная группа аксессуаров, которая так и называется: ограничители пускового тока. К ним относятся устройства серий ICL-16 и ICL-28. Вся номенклатура состоит из четырех моделей, различающихся значением максимального пускового тока (23 А и 48 А) и способом крепления: на шасси или на DIN-рейку. Эти изделия можно использовать как с одиночным источником питания, так и с группой из нескольких.

Как определить, на какое численное количество ИП в группе можно использовать ту или иную модель ограничителя тока?

При выборе ограничителя пускового тока нужно исходить из двух основных критериев. Рассмотрим их на примере ICL-16R (ICL-16L) и источников питания серии SDR-480.

• Общий ток потребления нагрузки в рабочем режиме суммарно не должен превышать рабочий ток ограничителя, в данном случае это 16 А. Величину тока нагрузки смотрим в технической документации на конкретную модель. Для SDR-480 это 2,5 А при 230 В. При меньшем напряжении в сети этот ток будет выше, что тоже нужно принять во внимание. Получается, что в данном случае мощность по входу составит 575 Вт. Значит, при минимальном допустимом входном напряжении сети 184 В (230 В/-20%) этот ток составит 3,125 А (изменение КПД при снижении входного напряжения условно не учитываем). По этому параметру можно подключить до 5 ИП SDR-480 (16 А/3,125 А =5,12 А).
• Смотрим на значение общей емкости конденсаторов, установленных в этом блоке питания. Здесь нужно воспользоваться специальным документом на сайте производителя (Test-Report). В нем нужно найти параметры электролитического конденсатора, который ставится после выпрямительного моста. Обычно это конденсатор емкостью более сотни микрофарад с напряжением от 400 В. В указанном документе находим этот конденсатор. Его параметры имеют значение: 150 мкФ/420 В (C902 в таблице). Для 5 параллельно подключенных источников питания SDR-480 общая емкость составит 150 × 5 = 750 мкФ.

Максимальная емкость нагрузки для ICL-16 составляет 2500 мкФ. Мы видим, что по этому критерию ограничений в рассматриваемом случае нет.

Общий вывод: основной критерий для данного частного случая — потребляемый ток нагрузки. По этому параметру можно подключить не более 5 ИП SDR-480.

Что такое категория перенапряжения OVC III

В России действует ГОСТ IEC 60664-1-2023 «Координация изоляции для оборудования низковольтных систем питания. Часть 1. Принципы, требования и испытания». Этот документ определяет четыре категории установок, подключаемых к электросетям, обозначаемые как OVC I…IV (рисунок 10):

• OVC I относится к оборудованию, питаемому от хорошо защищенного изолированного источника питания, например, к ноутбукам, питающимся от сетевого адаптера. Здесь самые низкие требования к возникающим перенапряжениям (до 1,5 кВ).
• OVC II охватывает все бытовое, офисное и другое оборудование, оснащенное сетевой вилкой и защищенное предохранителем или автоматическим выключателем. Здесь действуют умеренные требования по допустимому уровню помех (до 2,5 кВ).
• OVC III относится преимущественно к стационарно установленному и жестко подключенному оборудованию в распределительных щитах и шкафах управления, таком как реле, автоматические выключатели, блоки питания стационарной установки и другие устройства. Эта категория относится к оборудованию и частям электропроводки, которые подвергаются воздействию:
  • атмосферных перенапряжений, сниженных ограничителями перенапряжения (тип А), установленными в первой части электропроводки (зона 1);
  • перенапряжений от включения и выключения электрических устройств большой мощности.
• OVC IV относится к оборудованию энергоснабжающих организаций, подключаемому непосредственно к вводу линии электропередачи. В этом случае допустимы помехи с амплитудой импульсов до 6 кВ.

Большинство сетевых устройств внутри зданий попадает в категории OVC II и OVC III.

Источники питания, предназначенные для установки в зоне OVC III, обладают повышенными характеристиками к импульсным помехам до 4 кВ и соответствующими воздушными промежутками на печатной плате по сравнению с другими более распространенными устройствами OVC II. Эти источники питания могут непрерывно и надежно работать в зоне 1 с соответствующей помеховой обстановкой (рисунок 10).

Рис. 10. Зоны подключения оборудования в соответствии с категорией перенапряжения

Что такое селективная защита (SFB)

Селективная защита (функция SFB) в источниках питания позволяет обеспечить значение 600% выходного тока в течение 15 мс при номинальном выходном напряжении, чтобы смог успеть сработать автоматический выключатель в неисправной ветви, в которой произошло короткое замыкание. При этом отключится только та часть, где и произошло КЗ, а остальные нагрузки будут продолжать работать.

Эта функция востребована в приложениях, когда по условиям ЭМС в шкафу нельзя устанавливать несколько AC/DC-преобразователей, а обеспечить низковольтным питанием нужно множество различных модулей. При этом возможные неполадки по цепи питания одного модуля не должны влиять на работу остальных (рисунок 11). 

Рис. 11. Схема подключения оборудования при использовании функции селективной защиты

Как правильно подобрать автоматический выключатель для функции SFB

Для работы функции SFB критично, чтобы автоматический выключатель был электромагнитным (биметаллическая тепловая защита не сработает за 15 мс). Номинальный ток автомата (Iном) должен соответствовать току конкретной защищаемой ветви. Автоматический выключатель должен гарантировано сработать при превышении тока до 6 крат к номинальному значению.

В таблице 6 приведены основные характеристики существующих автоматических выключателей и области их применения.

Таблица 6. Основные время-токовые характеристики автоматических выключателей

Рассмотрим пример, изображенный на рисунке 11, и примем, что:

• нагрузка №1 – это исполнительное устройство, имеющее двигатель постоянного тока с номинальным током (Iном) = 3 А и пусковым током (Iпуск) до = 15 А длительностью до 0,5с;
• нагрузка №2 – это контроллер управления с постоянным током потребления 1,3 А и пусковым током 2,4 А длительностью менее 100 мс;
• нагрузка №3 – обычный теплоэлектронагреватель (ТЭН) с параметрами 200 Вт/48 В DC (рабочий ток 4,2 А).

По указанным номинальным токам потребления выберем параметры ИП. В данном случае токопотребление в номинальном режиме работы (Iпотр) составит 3 + 1,3 + 4,2 = 8,5 А. Импульсный ток (Iимп) = 15 + 2,4 = 17,4 А. Выбираем ИП с параметрами 48 В/20 А. Под эти характеристики подходит модель XDR-960-48, которая может обеспечить выходной ток до 120 А длительностью до 15 мс в режиме SFB. Если в пределе остановить свой выбор на варианте в 10 А, то, судя по значению непрерывного и импульсного токов, он тоже подходит, но тогда не будет запаса при работе на границах температурного диапазона (максимум допустим ток 8 А при -40°С). Поэтому останавливаем выбор на ИП XDR-960-48, при этом система сможет работать в диапазоне температуры от -40°С и фактически до 75…80°С. Если она должна функционировать только при нормальной температуре, то можно остановиться и на варианте в 10 А. Далее выполняем расчеты и примем во внимание наиболее частые ошибки (таблица 7).

1. Исходя из данных таблицы 6, для нагрузки №1 выберем автомат группы К с номинальным током 4 А. По время-токовой характеристике (здесь она не приводится, потому что гостирована) его время срабатывания при токе 15 А составляет порядка 2 с, что существенно выше указанного значения (до 0,5 с). Из этого следует, что данный автомат подходит для питания двигателя. Его ток мгновенного расцепления – не менее 4 х 14 = 64 А, что практически в 2 раза ниже тока источника питания в режиме SFB (120 А). Делаем вывод, что при КЗ в этой цепи выбранный автомат надежно сработает и отключит нагрузку даже с учетом поправочных температурных коэффициентов.

Если бы мы остановились на модели 10 А, то в этом случае пришлось бы выбирать автомат с током, равным номинальному току нагрузки 3 А и с гарантированным током срабатывания 3 × 14 = 42 А (что менее 60 А).

2. Для нагрузки №2 выберем автомат группы Z с номинальным током 2 А. Он имеет ток мгновенного расцепления не менее 2 × 3 = 6 А, что существенно ниже 120 А.

В принципе, в данном случае можно выбрать и более распространенный автомат группы В, например, с номинальным током на те же 2 А. И в этом случае он надежно отключит нашу нагрузку.

3. Для нагрузки №3 выберем автомат группы В с номинальным током 6 А. Ток мгновенного расцепления этого автомата не ниже 6 × 5 = 30 А, что также гарантирует надежное отключение при КЗ в этой ветви.

Таблица 7. Возможные ошибки при использовании функции SFB

В этом примере был показан простой подход к выбору автоматических выключателей на разные типы нагрузок для использования функции селективной защиты источника питания. Более точный выбор автоматических выключателей должен содержать еще как минимум учет поправочных температурных коэффициентов, но это уже является темой отдельной статьи.

Дополнительные материалы

1. Новые трехфазные ИП MEAN WELL XTR: ультратонкие, эффективные, надежные
2. XDR-E – новые компактные высокоэффективные блоки питания MEAN WELL на DIN-рейку
3. Широкий выбор продукции MEAN WELL на DIN-рейку для систем бесперебойного и резервированного питания