Главная страница  |  Публикации

24.04.2009

ИБП большой мощности: что есть и что возможно

Connect. Апрель 2009

Антон Кондратов, компания Радиус-ВИП

Источники бесперебойного питания (ИБП) переменного тока на протяжении нескольких десятилетий остаются самым надежным способом обеспечения гарантированного и бесперебойного электроснабжения потребителей. За это время происходила смена технологий, вырабатывались нормы и стандарты, выявлялись сегменты использования различных технологических схем и решений, формулировались цели и задачи на будущее. И чем выше технологическая сложность нашей жизненной среды, тем выше степень нашей зависимости от качественного электропитания. ИБП, особенно большой мощности, становятся все более важными для жизни мегаполисов, промышленных предприятий и организаций, поскольку нарушения в работе критических систем и потеря данных из-за перебоев в электропитании чреваты техническими катастрофами на производстве и транспорте, миллионными убытками в сфере торговли и услуг.

Если мы говорим о каком-либо оборудовании необходимо его как-то классифицировать. В отношении ИБП можно рассмотреть следующие, устоявшиеся в профессиональной среде, критерии:

• по мощности: малой, средней, большой мощности;

• по топологии (схема внутреннего строения): резервные (off-line), линейно-интерактивные (line-interactive), двойного преобразования (on-line);

• по характеристике выходного напряжения: однофазные и трехфазные;

• по масштабируемости: одиночные, с возможностью параллельной работы по схеме «n+1», модульные.

Кроме того, существует и активно используется международный стандарт IEC 62040−3, утвержденный в 2003 г. Он определяет трехшаговую систему классификации ИБП в зависимости от характеристик выходного напряжения на ИБП:

1. степени зависимости характеристик выходного напряжения ИБП от напряжения на входе;

2. формы выходного напряжения;

3. динамические характеристики выходного напряжения.

В данной статье, рассматривая ИБП большой мощности различных производителей, примем следующую градацию:

• до 3−5кВА – ИБП малой мощности;

• от 3−5кВА до 30−50кВА – ИБП средней мощности;

• более 30−50кВА – ИБП большой мощности.

Общие особенности

Общая особенность ИБП большой мощности использование их в трехфазных сетях переменного тока. Кроме того, все они построены по технологии «двойного преобразования» VFI SS (Voltage & Frequency Independent) в терминах стандарта IEC 62040−3. Данная технология подразумевает преобразование входного переменного напряжения в постоянное, с последующим восстановлением выходного синусоидального переменного напряжения с определенными характеристиками. В большинстве случаев это реализуется с применением в схемах выпрямителя и инвертора на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT-транзисторов).

Автономная работа при отсутствии входного напряжения обеспечивается при помощи внешних комплектов аккумуляторных батарей. Большинство производителей позволяют подключать к своим ИБП АКБ разных вендоров, используя для обеспечения долгосрочной и гарантированной работоспособности батарей различные схемы мониторинга состояния и заряда аккумуляторов. Широкое распространение при создании систем бесперебойного электроснабжения получили герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы с внутренней рекомбинацией газов (AGM) и гелевые аккумуляторы. На многих промышленных предприятиях, где с каждым годом растет спрос на решения с использованием ИБП большой мощности, находят широкое применение малообслуживаемые аккумуляторные батареи с жидким электролитом. Все это требует от производителей встраивания в ИБП современных алгоритмов динамического заряда АКБ разных типов, а также тесного взаимодействия с компаниями-производителями батарей для оперативной модернизации таких алгоритмов.

Поскольку система бесперебойного электроснабжения большой мощности обеспечивает функционирование оборудования на значимых объектах, таких как центр обработки данных, узел связи, цех, здание, больница, предприятие, необходим постоянный мониторинг ее состояния. Большинство ИБП большой мощности имеют широкие возможности по интеграции в информационные системы с использованием основных протоколов: SNMP, AS400, ModBus/JBus, ProfiBus, GSM, WWW. Поддержка функции сигнального обмена одновременно в нескольких стандартах зачастую является определяющим параметром при выборе оборудования.

Надо также отметить, что системы гарантированного электроснабжения (СГЭ) очень большой мощности (от 500–600 кВт до 2–3 МВт) в 100% случаев организуются по принципу параллельной работы нескольких систем ИБП меньшей мощности. Такое техническое решение позволяет проводить работы по обслуживанию, модернизации, замене и ремонту СГЭ без прерывания электропитания объекта и существенно увеличивает надежность системы. Что касается возможностей продлить срок подачи питания на объект больше чем на 15–30 минут, вплоть до 24 часов, то обычный способ – использование ИБП и ДГУ (дизель-генераторной установки). Когда нужно обеспечить более 1–2 часов автономной работы, лучше использовать схему «ИБП + АКБ малой емкости + ДГУ», чем «ИБП + АКБ большой емкости», хотя в реализации данной схемы есть некоторые сложности из-за того, что ДГУ и ИБП рассчитаны на работу в разных эксплуатационных режимах: ИБП – в постоянном, ДГУ – в периодическом. ДГУ вырабатывает синусоидальный ток для линейной нагрузки, а ИБП подключается к ДГУ как не вполне линейная нагрузка. Отметим и такую проблему, как эффект «качелей» при старте ДГУ, когда происходит постоянное переключение нагрузки с ДГУ на ИБП и обратно. Здесь можно рекомендовать, во-первых, плавный пуск, во-вторых – соблюдение разницы мощностей ИБП и ДГУ (ДГУ должен иметь больший запас мощности).

Сфера применения

ИБП мощностью до 120−150кВА очень широко используется в телекоммуникационной отрасли, небольших ЦОД-ах, крупных офисах, промышленных системах автоматического контроля, для медицинского оборудования. ИБП мощностью до 400−500кВА способны поддерживать непрерывную работу стандартных информационных систем банковского или медицинского секторов, ЦОД-ов масштаба предприятия, крупных офисных центров, крупных телекоммуникационных узлов.

СГЭ мощностью 1−2МВт характерны для крупных специализированных ЦОД-ов, центральных офисов крупных компаний и корпораций, больниц, банков, государственных и правительственных учреждений. Отдельно надо отметить использование ИБП в промышленности. ИБП, устанавливаемые на объектах промышленности, эксплуатируются в условиях принципиально отличных от условий инсталляций в офисах и дата-центрах. Размещение в специфичных условиях производства предъявляет следующие требования к оборудованию бесперебойного электропитания:

• повышенный уровень IP (IP43 и выше),

• наличие изолирующих трансформаторов повышающих помехозащищенность,

• локальный и удаленный мониторинг с использованием промышленных стандартов,

• возможность изготовления решений на заказ,

• интеграция с промышленными системами аккумуляторных батарей,

• соответствие более строгим стандартам для оборудования, эксплуатируемого в промышленных средах (IEC/EN 61000−6−2:2001 и другие),

• увеличенный срок службы.

Для нашей страны, где в последние годы все активнее происходит модернизация производственных мощностей, и не до конца ясна ситуация с гарантированностью и качеством электроснабжения на объекте, использование ИБП в промышленном исполнении очень актуально.

Тенденции

Рынок ИБП быстро растет: в 2007 г. объем мирового рынка ИБП составил 6 млрд долл., по оценкам аналитиков агентства Frost & Sullivan, темпы роста вплоть до 2010 г. составят 10–12% в год. Возможно, глобальный экономический кризис внесет в этот прогноз коррективы, но тенденцию, скорее всего, вспять не повернет. Быстрый рост рынка ИБП во многом связан с ростом ИТ- и телекоммуникаций, ведь, как известно, примерно 40% ИБП-систем используются для защиты серверов, систем хранения данных и сетевого оборудования.

Среди тенденций рынка следует отметить реагирование на «прожорливость» информационных систем. Все производители ИБП уделяют все больше внимания экономичности моделей: улучшению использования входной мощности, снижению тепловыделения благодаря использованию современных электронных компонентов и схем, следствием чего является увеличение КПД источников бесперебойного питания.

Компания Liebert (подразделение Emerson Network Power корпорации Emerson) успешно занимается внедрением технологий, отлаженных на ИБП серии NX мощностью до 200кВА в более мощные ИБП. В частности объявлено о скором появлении на рынке модели NXL, которая постепенно придет на смену модели HiPulseE.

Компания AEG Power Supply Systems (входящая в группу SAFT POWER SYSTEMS) вывела на международный и российский рынок модульный ИБП Protect 3.M. Так же известно, что готовится смена для модели Protect 4.33, что позволит предложить заказчикам самые современные решения большой мощности.

Большое влияние на рынок оказало слияние двух гигантов — APC и MGE UPS Systems в составе Schneider Electric. При этом, продолжая активно развивать направление InfraStruXure, на основе модульной технологии, APC получило доступ к технологиям Galaxy, что в дальнейшем может повлиять на спектр предлагаемых компанией решений.

Компания Eaton (торговая марка Powerware) продолжает наращивать мощность ИБП линейки 9395. В настоящий момент заявлено о возможности заказа модели Powerware 9395 мощность 825кВА, как без резервирования, так и с резервированием по схеме «n+1», благодаря модульному дизайну ИБП.

В качестве общих тенденций развития можно отметить:

• увеличение плотности мощности;

• создание мощных централизованных систем;

• использование различных вариантов модульных решений.

Нельзя однозначно утверждать, что модульные решения превосходят моноблочные по каким-то параметрам или, наоборот, уступают им. В зависимости от ситуации, может быть, подойдут либо те, либо другие. Однако в целом использование модульных решений становится все шире, поскольку они легко масштабируются, что очень важно для растущего бизнеса. Например, в ситуации, когда необходимо обеспечить резервирование питания для маленького, но развивающегося ЦОД, где сегодня потребность в мощности составляет 30 кВа, а через некоторое время может увеличиться до 100 кВа и более, уместнее модульное решение. А при потребности объекта в мощности более 200 кВа, скорее всего, подходящим решением будет крупная система, поскольку на рынке для этого имеются достойные моноблочные модели.

Краткий обзор продуктов

У компании Liebert в рассматриваемом сегменте представлены ИБП серии NX и HiPulseE. Являясь в настоящий момент одним из самых лучших решений, по оценке многих специалистов, ИБП NXA, мощностью от 40 до 200 кВА, могут обеспечить бесперебойное питание объектов до 1МВт, благодаря возможности параллельной работы до шести ИБП. Они обладают высокой адаптивностью, поскольку в конфигурации «двойная шина» ИБП марки NX в результате несложной перестройки могут работать с любым другим источником бесперебойного питания, даже стороннего производителя. Важно также отметить, что все модели NX чрезвычайно дружественны в работе с дизель-генератором. Более того, NX может работать с ДГУ, выходная мощность которого меньше чем мощность, потребляемая ИБП («совмещенный режим»).

ИБП HiPulseE, мощностью от 300 до 800 кВА – высокоэффективный источник, способный решить все проблемы с питанием: отсутствием напряжения, выбросами, переходными процессами, искажениями формы сигнала, колебаниями частоты, шумами, затуханием и всплесками напряжения. Компактная конструкция ИБП позволяет устанавливать их практически в любом помещении, при этом они отвечают требованиям к допустимому уровню создаваемого шума. Возможность параллельной работы до шести ИБП дает возможность создавать СГЭ мощностью до 4 МВт.

Компания AEG предлагает в сегменте ИБП большой мощности несколько моделей. Protect 3.M является модульным ИБП с функцией мультипараллельного резервирования «n+x», возможностью «горячей замены» силовых модулей и широким диапазоном входного напряжения (277−520В, 3ф.) при штатной работе (от сети). Модульная конструкция обеспечивает возможность приобретать систему, начиная с относительно небольших вложений, с последующей докупкой модулей по мере необходимости. ИБП AEG Protect 3.M имеет высокую степень надежности (она превышает 99,999% при работе с двумя и более избыточными модулями), показатель MTBF (наработки на отказ) приближается к 15 миллионам часов. С другой стороны, Protect 3.М отличается широким диапазоном мощности от 15 до 120 кВА (мощность одного модуля составляет 15 кВА), в пределах которого её можно варьировать.

ИБП Protect 3.33, мощностью до 120кВА на единичный модуль – базовое решение для небольших ответственных нагрузок. Возможность параллельной работы позволяет создавать системы «n+1».

Модель Protect 4.33, мощностью от 160 до 800 кВА на единичный модуль, полностью соответствует классификации VFI SS 111, и служит для создания мощных СГЭ крупных объектов. Высокую надежность системе обеспечит применение схемы «n+1». Широкий спектр коммуникационных опций позволяет интегрировать данные ИБП во все промышленные системы мониторинга и управления.

Особо надо отметить модель Protect 5.33, мощностью до 120кВА, специально созданную для промышленного применения. Данные ИБП отличаются чрезвычайно высокой надежностью в отношении как электрических, так и механических свойств и изготавливаются по техническим условиям заказчика для использования в жестких условиях промышленной среды.

Компания APC, один из главных идеологов модульной технологии, реализует свои наработки в линейке Symmetra. В частности, Symmetra PX мощностью до 160кВт представляет собой модульный 3−фазный ИБП высокой эффективности, масштабируемый по мере роста дата-центра по мощности вплоть до уровня 160кВт/160кВА. Он может использоваться не только в качестве основного элемента защиты электропитания в системах APC InfraStruXure для малых и средних центров обработки данных, но и для обслуживания отдельных зон крупных центров обработки данных.

В сегменте более мощных ИБП представлена модель Symmetra MW. Являясь модульной масштабируемой трехфазной системой, она покрывает диапазон мощности от 400 до 1600 кВт. Кроме того, возможно параллельное включение таких ИБП для дальнейшего увеличения мощности. Эти ИБП позиционируются для применения в крупных центрах обработки данных и на производственных объектах.

После слияния с MGE под совместной маркой предлагаются и ИБП серии Galaxy. Построенные по классической технологии одиночных модулей, мощностью до 120кВА в серии Galaxy 5000 и до 500кВА в серии Galaxy 7000 с возможностью параллельной работы, эти ИБП обеспечивают надежное решение как для малых узлов локальной сети, так и для крупных центров обработки данных.

Компания Eaton предлагает две модели в рассматриваемом сегменте: Powerware 9390 мощностью 40−160кВА на единичный ИБП, и Powerware 9395 мощностью от 225 до 825 кВА.

Модель 9390 отличают: высокий КПД (94%), низкий уровень нелинейных искажений потребляемого тока (КНИ < 5%), входной коэффициент мощности – 0,9. Для обеспечения параллельной работы нескольких ИБП (увеличение мощности или резервирование) используется запатентованная технология Powerware Hot Sync.

Модель 9395 – это объединенная в едином корпусе интегрированная многомодульная система защиты электропитания с резервированием (включающая в себя модуль внешнего байпаса), обеспечивающая максимальный уровень защиты электропитания критически важного оборудования. За счет использования единичных модулей мощность 225 и 275 кВА в рамках этой модели можно получить готовое решение мощностью 875кВА с резервированием по схеме «n+1».

Компания Tripp Lite предлагает на российском рынке свою линейку трехфазных модульных систем SmartOnline серии NH мощностью от 20 до 80 кВА. Модель SU80KX (80 кВА) компании Tripp Lite является 3−фазной интерактивной интеллектуальной системой ИБП линейки SmartOnline с модульной конструкцией. В системе используется модульная архитектура «n+1» с возможностью параллельного включения по схеме «1+1». Система имеет высокий КПД (до 97%), а большой коэффициент мощности, улучшенная технология преобразования IGBT и технология цифровой обработки сигналов обеспечивают суммарный коэффициент нелинейных искажений (THDi) менее 3% .

Таким образом, производители предлагает широкий спектр оборудования для решения задач бесперебойного электроснабжения растущего и модернизируемого бизнеса.

Источник: Connect