Трансформаторный ИБП (ИБП с трансформатором): гальваническая развязка и выбор модели

Что такое трансформаторный ИБП

Терминологическая развилка, из-за которой чаще всего возникает путаница. Трансформаторный ИБП (он же «ИБП с трансформатором», «ИБП с трансформаторным инвертором») — это онлайн-ИБП двойного преобразования, у которого на выходе инвертора стоит силовой изолирующий трансформатор. Он не участвует в преобразовании энергии как таковом и не нужен для работы схемы — его задача одна: физически разорвать электрическую связь между питающей сетью и нагрузкой.

Исторически трансформатор в ИБП стоял всегда: ранние схемы на тиристорах без него не строились. Современная силовая электроника на IGBT в трансформаторе не нуждается, поэтому подавляющее большинство ИБП на рынке сегодня — бестрансформаторные. Трансформаторные версии остались как отдельные исполнения под конкретные требования и обычно маркируются отдельной буквой в названии: Makelsan LevelUPS T3 / T4, Riello Master MPS MPT, Импульс Триатлон Т и Боксер С, у Парус Электро — отдельный артикул с пометкой «с выходным трансформатором».

Важно понимать, что это не «ИБП + внешний разделительный трансформатор в соседнем шкафу». Трансформатор интегрирован в конструктив, работает с выходом инвертора и учтён в общей схеме управления и защит. Внешний трансформатор — это тоже рабочий вариант, но другой: другая площадь, другой монтаж, другая ответственность за согласование.

Как устроена гальваническая развязка: схема сети

Проще один раз посмотреть на схему, чем читать три абзаца описания. Ниже — типовая структура объекта с трансформаторным ИБП.

Что здесь принципиально:

• Между входом и выходом нет общего проводника. Входная сеть питает выпрямитель, тот заряжает шину постоянного тока, инвертор строит из неё новую синусоиду — и уже она проходит через трансформатор на нагрузку. Электрической связи по меди между питающей сетью и нагрузкой не остаётся.
• На выходе формируется собственная нейтраль. Вторичная обмотка (обычно «звезда») создаёт новую нейтральную точку, которая заземляется уже на стороне нагрузки. Это позволяет, например, получить нормальную четырёхпроводную сеть там, где на вводе есть только три фазы без нейтрали — серии LevelUPS T3 и T4 прямо заявлены как адаптированные для работы в трёхпроводной сети.
• Батарейная шина изолирована от нагрузки. В бестрансформаторной схеме шина постоянного тока связана с выходом; здесь — нет. Для объектов, где батарейная часть считается отдельной системой, это отдельный аргумент.

Что развязка даёт — и чего не даёт

Что действительно даёт:

• Разрыв пути для постоянной составляющей. Постоянный ток через трансформатор не проходит. Это ключевой аргумент там, где нагрузка или авария могут вносить в сеть DC-составляющую.
• Снижение токов утечки на стороне нагрузки. В сетях с большим количеством частотных преобразователей и длинными экранированными кабелями суммарные токи утечки на землю легко доходят до значений, при которых УЗО срабатывают без всякой аварии. Развязка ограничивает этот эффект пределами одного участка.
• Ослабление синфазных помех. Трансформатор существенно ослабляет синфазную составляющую — но не убирает её полностью: часть высокочастотной энергии проходит через межобмоточную ёмкость. Экранированные версии обмоток эту ёмкость уменьшают.
• Смена системы заземления на стороне нагрузки. Можно получить «чистую» TN-S на нагрузке, питаясь от TN-C, или наоборот — построить изолированный участок там, где вводная сеть заземлена.
• Локализация аварии. Замыкание фазы на землю в питающей сети не транслируется напрямую на нагрузку.

Чего развязка не даёт — и это важнее списка выше:

1. Трансформаторный ИБП — это не медицинская IT-система. Для помещений группы 2 (операционные, реанимация) нужна изолированная медицинская сеть с устройством контроля сопротивления изоляции и специализированным медицинским разделительным трансформатором, а не просто ИБП с трансформатором на выходе. ИБП может быть частью такой системы, но не заменяет её.
2. Защиты от импульсных перенапряжений не появляется. УЗИП на вводе нужны ровно так же, как и без ИБП.
3. В режиме байпаса развязки нет — см. врезку выше.
4. КПД не растёт. Наоборот, падает: трансформатор добавляет собственные потери.

Где трансформаторный ИБП действительно нужен

По нашей практике подбора запрос сводится к пяти сценариям.

1. Требование прописано в ТЗ или в проекте. Самый частый случай и самый простой: проектировщик заложил гальваническую развязку, спорить не с чем — нужно подобрать модель, которая проходит по мощности, габаритам и срокам.

2. Медицинское и диагностическое оборудование. Томографы, ангиографы, оборудование операционных. Здесь развязка — часть общей схемы электробезопасности объекта, и трансформаторный ИБП обычно идёт в комплексе с медицинскими разделительными трансформаторами и системой контроля изоляции.

3. Промышленные объекты с тяжёлой нелинейной нагрузкой. Мощные приводы, сварочное оборудование, индукционный нагрев, станки с частотным регулированием. Развязка защищает от взаимного влияния участков сети и от постоянной составляющей.

4. Питание от трёхпроводной сети без нейтрали. Ситуация типовая для промплощадок и энергообъектов: на вводе три фазы, а нагрузке нужна нейтраль. Трансформатор во вторичной обмотке формирует её заново — отдельного шкафа с разделительным трансформатором не требуется.

5. Разветвлённая сеть с ложными срабатываниями защит. Когда суммарные токи утечки от частотников и фильтров не дают нормально настроить дифференциальную защиту, развязка отдельного участка часто оказывается самым коротким путём к решению.

Цена решения: вес, площадь, КПД, тепло

Разговор с заказчиком о трансформаторном ИБП стоит начинать не с преимуществ, а с четырёх цифр, которые меняют проект помещения.

Масса. Удельная масса трансформаторных ИБП — от 6,7 до 11,3 кг на киловатт выходной мощности. LevelUPS T3 на 40 кВт весит 452 кг, LevelUPS T4 на 360 кВт — 2450 кг. И это без аккумуляторов, которые в системе на 300+ кВт добавят ещё несколько тонн.

Нагрузка на перекрытие. Считается просто: масса, делённая на площадь основания. У разобранных ниже моделей получается от 725 до 1270 кг/м² в среднем по пятну — а реальная нагрузка под роликами и опорами ещё выше, потому что вес собран в нескольких точках. Для сравнения: типовое административное перекрытие рассчитывается на 200-400 кг/м². Вывод очевидный — по трансформаторным ИБП расчёт перекрытия обязателен, а не «на всякий случай».

КПД. В режиме двойного преобразования трансформаторные модели дают 91-94,5% против 96%+ у современных бестрансформаторных. Разница в 3-5 процентных пунктов на мощности 100 кВт — это 3,4-5,7 кВт постоянных потерь, то есть десятки тысяч киловатт-часов в год.

Тепловыделение. Прямое следствие предыдущего пункта, и его чаще всего забывают заложить в кондиционирование. У Парус Электро на 60 кВА тепловыделение указано прямо: 19 340 BTU/час, то есть около 5,7 кВт тепла в помещении. Это отдельный кондиционер, и его тоже нужно резервировать.

Разбор четырёх моделей 40-400 кВА

Makelsan LevelUPS T3 40 кВА — компактный трансформаторный в среднем классе

Серия T3 в каталоге представлена диапазоном 10-60 кВА и построена на трёхуровневой технологии преобразования выпрямителя и инвертора с встроенным изолирующим трансформатором. Модель на 40 кВА — самая ходовая точка серии.

• Выходной коэффициент мощности 1: 40 кВА — это честные 40 кВт. Для трансформаторного класса это редкость, большинство конкурентов в этом диапазоне дают 0,9.
• КПД 94,5% — высокий показатель для схемы с трансформатором.
• Вход: IGBT-выпрямитель, входной коэффициент мощности > 0,99, THDi < 3%. Не «мусорит» в питающую сеть и не требует установки фильтров гармоник.
• Перегрузка: 125% — 10 минут, 150% — 1 минута. Батарейная линейка: 60 аккумуляторов 12 В, кабинеты в том же конструктиве или внешние.
• Параллельная работа до 8 ИБП с кольцевым соединением: обрыв кабеля связи не разрушает параллельную систему.
• Габариты 517 × 1130 × 1630 мм, масса 452 кг. Пятно 0,58 м² — самое компактное в подборке.
• Опционально: исполнение IP31 / IP41 и антикоррозийное покрытие плат — для цехов с пылью и агрессивной средой.

Когда брать: средний класс мощности, требуется развязка и при этом важны реальные киловатты и минимальная площадь. Оптимальный выбор, если ИБП ставится в цеху, а не в подготовленной серверной.

Парус Электро СИП380Б60БД.9-33 — 60 кВА с выходным трансформатором

Трёхфазный онлайн-ИБП двойного преобразования с трансформаторным инвертором, торговая марка Связь инжиниринг, артикул АПСМ.435341.013-02.

• 60 кВА / 54 кВт, выходной коэффициент мощности 0,9.
• КПД в режиме двойного преобразования 91%, в экономичном режиме — до 98%.
• Вход: широкий диапазон 285-498 В, входной коэффициент мощности > 0,9 при использовании фильтра, THDi < 8% с фильтром. Это шестипульсная схема — по влиянию на питающую сеть она заметно проигрывает IGBT-выпрямителям. Совместимость с генераторными установками производитель заявляет, но мощность ДГУ под такой выпрямитель считают с запасом.
• Перегрузка при работе от электросети: 110% — 30 минут, 125% — 10 минут, 150% — 1 минута, свыше — переход на байпас.
• Только внешние батарейные кабинеты, шина 384 В, ток заряда до 138 А (настраиваемый), трёхступенчатый заряд с температурной компенсацией.
• Параллельная работа до 4 ИБП, кольцевая параллельная шина, общие или раздельные батарейные кабинеты.
• Габариты 880 × 760 × 1600 мм, масса 485 кг. Тепловыделение 19 340 BTU/час, шум менее 67 дБ.
• Сертификация по ТР ТС 004/2011 и ТР ТС 020/2011, гарантия 24 месяца.

Когда брать: объекты, где важны российская сертификация, наличие артикула по ЕСКД и локальный сервис. При требовании национального режима в закупке конкретную позицию нужно проверять по реестру, а не по бренду целиком.

Riello UPS Master MPS MPT 100 — 100 кВА, европейская школа

Серия Master MPS — классика итальянского производителя: онлайн двойного преобразования класса VFI SS 111 по IEC EN 62040-3 с изолирующим трансформатором на выходе инвертора. Индекс MPT — версии с трёхфазным выходом (MPM — с однофазным).

• 100 кВА / 90 кВт, выходной коэффициент мощности 0,9, выход 380/400/415 В три фазы + нейтраль.
• Выпрямитель шестипульсный тиристорный в стандартной комплектации; фильтр подавления гармоник — опция, двенадцатипульсные выпрямители производитель предлагает для версий 60 и 80 кВА (и как стандарт для MPT 800), но не для сотни. Это ключевое отличие от Makelsan: при жёстких требованиях по THDi нужно закладывать опции.
• Перегрузка 110% — 60 минут, 125% — 10 минут, 150% — 1 минута. Часовая перегрузочная способность на 110% — сильная сторона серии для нагрузок с длительными пиками.
• КПД до 98% в режиме Smart Active — это энергосберегающий режим, а не двойное преобразование; при выборе по КПД сравнивать нужно одинаковые режимы.
• Поддержка широкого спектра накопителей: свинцово-кислотные, гелевые, никель-кадмиевые, литий-ионные, суперконденсаторы и маховики (flywheel).
• Параллельная работа до 8 ИБП, «горячее» наращивание системы (HSE) без перевода работающих ИБП на байпас, конфигурации Dual Bus с UGS и PSJ.
• Габариты 800 × 800 × 1900 мм, масса 600 кг без батарей. Обслуживание фронтальное, вентиляция вертикальная — ИБП можно ставить вплотную к стене.

Когда брать: ответственные объекты, где нужна гибкая архитектура резервирования (Dual Bus, параллель разной мощности, наращивание без остановки) и работа с нестандартными накопителями.

Makelsan LevelUPS T4 400 кВА — верх диапазона

Серия T4 — это 80-400 кВА, то есть уровень крупных производств и энергообъектов. Управление выпрямителем и инвертором построено на цифровых сигнальных процессорах с алгоритмами пространственно-векторной модуляции.

• 400 кВА / 360 кВт, выходной коэффициент мощности 0,9. Версии с коэффициентом мощности 1 доступны под заказ — если считаете киловатты впритык, этот вопрос стоит поднять на этапе ТКП.
• КПД 92%. На 360 кВт это около 30 кВт постоянных потерь — цифра, которую обязательно нужно закладывать в систему охлаждения.
• Вход: коэффициент мощности > 0,99, THDi < 3% — как и у младшей серии.
• Перегрузка 125% — 10 минут, 150% — 1 минута. 62 аккумулятора 12 В, внешние кабинеты.
• Параллельная работа до 8 ИБП — то есть система масштабируется до нескольких мегаватт.
• Габариты 2355 × 820 × 1855 мм, масса 2450 кг (брутто 2580 кг). Пятно 1,93 м², средняя нагрузка на перекрытие около 1270 кг/м².
• Шум до 72 дБА — в помещении с постоянным присутствием персонала это уже фактор.

Когда брать: крупные промышленные объекты с требованием развязки, где важнее надёжность и запас, чем доли процента КПД. Обязательно с проверкой пути заноса: 2,4 тонны в одном корпусе шириной 2,35 метра — это отдельная логистическая задача.

Сводная таблица

Из таблицы видно закономерность, полезную при укрупнённой прикидке: чем больше мощность, тем ниже удельная масса — с 11 кг/кВт в среднем классе до 6,7-6,8 кг/кВт в верхнем. А вот нагрузка на перекрытие ведёт себя ровно наоборот и растёт вместе с мощностью.

Чек-лист выбора

1. Проверьте, действительно ли нужна развязка. Если требование не прописано в проекте и не следует из характера нагрузки или системы заземления — бестрансформаторный ИБП будет легче, компактнее, экономичнее и доступнее по срокам.
2. Считайте киловатты, а не киловольт-амперы. При коэффициенте мощности 0,9 модель на 100 кВА даёт 90 кВт. Разница с моделями с коэффициентом 1 — 10% мощности на ровном месте.
3. Определитесь по THDi. Шестипульсный выпрямитель без фильтра — это заметная нагрузка на питающую сеть и особенно на ДГУ. Если генератор в схеме есть, разница между «< 3%» и «< 8%» превращается в разницу в мощности ДГУ.
4. Проверьте режим байпаса. Если развязка нужна во всех режимах — закладывайте трансформатор в цепи байпаса или внешний разделительный.
5. Посчитайте перекрытие и путь заноса. Масса, пятно, ширина дверных проёмов, грузоподъёмность лифта, наличие такелажа. По моделям от 200 кВА это отдельный раздел проекта.
6. Заложите тепло в кондиционирование. Потери в киловаттах = потери в тепле. Считать нужно по КПД в режиме двойного преобразования, а не по экономичному.
7. Уточните сроки поставки до подписания договора — см. следующий раздел.

Важно: это позиция под заказ

И последнее, что стоит проговорить с заказчиком в самом начале, а не в середине проекта.

Трансформаторные ИБП в подавляющем большинстве случаев не являются складской позицией. Причина простая: спрос на них узкий и проектный. Дистрибьютор держит на складе ходовые бестрансформаторные модели, которые уходят десятками, а трансформаторные исполнения заказывает под конкретный проект. У части позиций это зафиксировано прямо в документации производителя — например, версии LevelUPS T4 с выходным коэффициентом мощности 1 идут только под заказ, как и двенадцатипульсные выпрямители в серии Riello Master MPS.

Что из этого следует практически:

• Срок поставки нужно уточнять по конкретной позиции и закладывать в график проекта заранее — он заметно больше, чем у бестрансформаторных моделей.
• Замена «на аналог с полки» в последний момент не сработает. Бестрансформаторная модель той же мощности — это другое решение, а не аналог.
• Опции заказываются вместе с ИБП. Исполнение IP31/IP41, антикоррозийное покрытие, фильтры гармоник, версии с другим коэффициентом мощности — всё это конфигурируется на заводе, а не докупается потом.
• Логистику считайте отдельно. Две с половиной тонны в одном корпусе — это не «привезём завтра газелью».

Поэтому по трансформаторным ИБП мы всегда начинаем с уточнения трёх вещей: подтверждённое требование по развязке, реальная мощность в киловаттах и дата, к которой оборудование должно быть на объекте. От этого зависит и модель, и бюджет.