Источники бесперебойного электропитания для узлов связи


Алексей Полунин

Hits: 21523

Трудно даже себе представить какие последствия может вызвать глобальное исчезновение электричества: человечество разом откатиться на пару веков назад и вновь главным средством коммуникаций станут ямщики и почтовые дилижансы. Такой пессимистический сценарий, к счастью, вряд ли возможен в планетарном масштабе, но многие жители Москвы до сих пор вспоминают последствия частичного отключения электроэнергии в мае 2005 года.

Критерии выбора источников бесперебойного питания

Технические средства коммуникаций немыслимы без электричества, недаром телефонистов и компьютерщиков во многих организациях до сих пор называют "слаботочники", подчеркивая эту родовую близость. Современное телекоммуникационное оборудование предъявляет довольно жесткие требования системам электроснабжения, и выполнение этих требований всегда являлось одним из основных пунктов при проектировании и строительстве объектов связи.
Как результат требований к надежности и качеству электроснабжения на рынке предлагается широкий выбор систем обеспечения надежности электропитания. Они могут обеспечивать устойчивое снабжение электроэнергий начиная от домашнего компьютера и заканчивая огромным телекоммуникационным комплексом, потребляющий десятки мегаватт. В данном обзоре было решено остановится на трехфазных источниках бесперебойного электроснабжения мощностью от 8-10 до 30 кВт (или от 10 до 40 кВА).
Можно использовать грубую оценку необходимой мощности, которая в большинстве случаев соответствует практике. Это от 2,5 до 5 кВт на стандартную аппаратную стойку с серверным и телекоммуникационным оборудованием, и 2 Вт на абонентский порт для телефонных станций. Таким образом, выбранный диапазон мощности источников бесперебойного питания (ИБП) вполне вписывается в энергопотребности значительной части современных узлов связи.
Несмотря на то, что на рынке представлены однофазные ИБП, попадающие в выбранный нами диапазон мощности, решено было остановиться именно на трехфазных источниках. Основным преимуществом трехфазного питания является более эффективная загрузка выделенных электрических мощностей. Как следствие, ощутимая экономия средств при оплате электроэнергии. У энергетиков существует правило, в соответствии с которым подключение объектов с разрешенной мощностью 10 кВт и выше осуществляется только по трехфазной схеме. Ранее на энергоемких производствах требовалось, чтобы любое устройство, потребляющее более 500 Вт, имело трехфазное питание. Нынешнее предпочтение однофазному оборудованию в первую очередь связано с его более низкой ценой по сравнению с трехфазным вариантом. Однако в условиях быстрого роста тарифов на электроэнергию экономическая целесообразность начинает выходить на первый план и неизбежно отразится на предпочтениях при выборе ИБП.
Помимо финансового аспекта выбор трехфазных ИБП позволяет решить некоторые технические задачи, связанные с обеспечением качественных показателей электропитания. Они позволяют исключить появление гармоник тока на нейтральном проводе. Данное явление часто возникает при так называемом "перекосе фаз" и нелинейной нагрузке, становясь причиной многих сбоев телекоммуникационного оборудования и перегрузки сети электроснабжения.
Стоит отметить, что трехфазные ИБП часто оснащаются однофазным выходом. Этот вариант имеет свои преимущества. Не надо планировать распределение по фазам внутренней нагрузки и можно использовать оборудование с однофазным питанием, к которому относится телекоммуникационные устройства. Такое решение может оказаться удачным выбором при модернизации узла связи, связанной с увеличением количества установленного оборудования.

 

Технологические основы ИБП

Для создания ИБП рассматриваемого диапазона используется технология двойного преобразования электроэнергии, которая часто называется технология On-line. На рисунке показана функциональная схема ИБП, где применяется данная технология.

 

Функциональная схема ИБП с технологией On-line

 

Отличительной особенностью таких источников питания является выпрямление первичного переменного напряжения и его вновь преобразование в переменное. Подобная схема позволяет гарантировать качественные показатели электропитания, обеспечивая защиту нагрузки от всех видов помех в сети энергоснабжения. В этом типе ИБП отсутствует как таковое время переключения на питание от аккумуляторных батарей: они подключены постоянно. К другим преимуществам технологии On-line можно отнести возможность обеспечить гальваническую развязку нагрузки от первичной сети.
В схемах ИБП с двойным преобразованием предусматривается возможность непосредственной подачи электроэнергии на нагрузку, минуя выпрямитель и инвертор. Этот вариант, называемый байпасом, необходим при техническом обслуживании ИБП и устранении неполадок в нем.
К сожалению, преимущества не даются даром, в данном случае расплачиваться приходится более низким КПД по сравнению с другими технологиями ИБП и более высокой стоимостью.
Кроме того ахиллесовой пятой данного класса ИБП является аккумуляторный буфер. Именно от выбора емкости аккумуляторных батарей (АКБ) и их надежной работы во многом зависит выполнение источником бесперебойного питания своих функций. Хотя во многих моделях мощных ИБП уже предусмотрены встроенные АКБ, но все же при создании системы электропитания одной из задач проектировщика становится определение необходимого числа внешних батарей для обеспечения работы в течение заданного времени.
Выбор времени работы от аккумуляторного буфера зависит от многих факторов. Часто крупные узлы связи имеют собственный дизель-генератор, поэтому запаса буфера должно хватать на время запуска такого генератора. Считается, что для этого достаточно 5-10 минут, но обычно инженеры, ответственные за электрохозяйство, стремятся подстраховаться и настаивают, по меньшей мере, на двукратном увеличении этого времени.
Так же на выбор емкости аккумуляторного буфера влияют нормативно-законодательные требования. В соответствии с действующим приказом № 32 от 13 марта 2007, выпущенным тогда еще Мининформсвязью, в котором были утверждены требования по надежности электроснабжения узлов телефонной связи, время работы от АКБ было многократно увеличено. В зависимости от категории узла связи, оснащенности его дизель-генератором с автоматическим запуском и вариантам подключения к внешним сетям электроснабжения время работы от батарей составляет от 2 до 24 часов при полной нагрузке.
Эти требования повергли многих связистов в шок, ведь для их выполнение необходимо значительно увеличить число АКБ и, возможно, реконструировать систему электропитания узла связи. Впрочем, не стоит искать в этом приказе чей-то злой умысел, вероятно, эта была попытка упредить возможные аварийные ситуации. Как известно летом нынешнего года прекратило существование ОАО РАО "ЕЭС России" как единая система, и пока можно только догадываться какими окажутся взаимоотношения между самостоятельными компаниями, занимающимися поставкой электроэнергии. В этот переходный период нельзя исключать увеличения числа аварийных отключений.
В настоящее время в составе ИБП применяются аккумуляторные батареи закрытого типа, которые не требуют обслуживания за все время эксплуатации. Эта особенность подействовала успокаивающе на специалистов, которые стали считать такие АКБ гарантированно работоспособными в любое время. На практике дело обстоит несколько иначе. Данные батареи все равно требуют если не обслуживания, то постоянного мониторинга своего состояния. Существует высокая вероятность ускоренного выхода из строя одного или нескольких элементов в аккумуляторном буфере. При этом соседние АКБ начинают работать на подзаряд неисправных, и суммарное напряжение аккумуляторного буфера остается в норме. Но рабочая емкость буфера оказывается существенно ниже. Если случится авария и ИБП перейдет на работу от аккумуляторных батарей, то времени, например, на запуск дизеля может просто не хватить и узел связи обесточится.
Так же необслуживаемым АКБ свойственно явление терморазгона, чья физико-химическая причина до сих пор точно не установлена. Терморазгон возникает внезапно и за короткое время способен превратить аккумулятор в бесформенную груду из пластика и свинца, источающую дымящийся кислотный гель. Если начало этого процесса вовремя не отследить, то последствиями будет повреждение оборудования, а зачастую и пожар. В нашей стране АКБ герметичного типа широко применяются с 1995 года, и по накопленной статистике такие батареи работают всего лишь 50-70% времени службы, заявленном производителем. Причина не в исходном качестве батарей, а в отсутствии контроля за их состоянием при эксплуатации. Учитывая немалую стоимость герметичных АКБ и новые нормативные требования, расходы на аккумуляторный буфер становятся весьма заметными в бюджете оператора связи.

 

Производители ИБП и их оборудование

На рынке представлено немало моделей трехфазных ИБП, работающих в диапазоне от 10 до 40 кВА, которые выпускаются всеми ведущими производителями. Поэтому оператору связи не составит труда выбрать оборудование, наиболее полно отвечающее его требованиям.

Американская компания Alpha Technologies весьма активно работает на рынке операторов связи и предлагает две серии оборудования, отвечающего критериям нашего обзора. Серия ИБП TRI-Power X31T включает три модели, мощностью 10, 15 и 20 кВА. Оборудование данной серии может работать по входу и выходу в режиме однофазной и трехфазной сети. Это позволяет достаточно гибко адаптировать его к существующей сети электропитания. Стоит отметить, что в однофазном режиме выходная мощность будет ниже примерно на 20 – 40%. В данном оборудовании предусмотрена работа с 32 или 48 АКБ герметичного типа, которые способны обеспечить время автономной работы от 6 до 50 мин., в зависимости от мощности ИБП и емкости самих батарей. При необходимости дополнительные АКБ устанавливаются в соответствующие батарейные шкафы и увеличивают временя резервирования до 152 мин.
Схожие параметры имеет оборудование другой линейки TRI-Power X33T, которая представлена четырьмя моделями, мощностью 10, 15, 20 и 30 кВА. В них используется только трехфазный вариант работы. Обе этих серии поддерживают функцию повышения КПД за счет переключения в режим Line interactive при хороших параметрах первичного электропитания. В случае изменения напряжения или частоты сети оборудование моментально переходит в режим On line. По заверениям производителя такая возможность позволяет достичь КПД 98%.

Компания APC, ныне принадлежащая Schneider Electric, является известным производителем ИБП различного класса. Для обзора мы отобрали модели оборудования серии Symmetra LX, мощностью 12 и 16 кВА, которые ориентированы на работу с однофазной нагрузкой. Эти модели обладают модульной конструкцией, облегчающей модернизацию и ремонт. Для повышения надежности по схеме N+1 допускается установка дополнительного силового модуля. Отличительной чертой этой серии является контроль работоспособности и остаточной емкости внешних аккумуляторных батарей.
Другая серия Symmetra PX отличается использованием трехфазного входа и выхода. Она включает в себя широкий выбор моделей, в том числе с мощностями от 10 до 30 кВт. Расчетное время работы от встроенных АКБ составляет от 3 до 14 мин. В данной серии предусмотрено резервирование батарейных модулей.
Под критерии обзора подходит еще одна линейка оборудования компании – APC Smart-UPS VT. В нее входит пять моделей с мощностью от 10 до 50 кВА, имеющие трехфазный вход и выход. В качестве достоинства этой серии производитель отмечает очень широкий диапазон входного напряжения и частоты, при котором ИБП работает без перехода на АКБ. Так же в них используются модульные аккумуляторные блоки, позволяющие упростить их обслуживание и замену. В зависимости от мощности и выбранного числа таких блоков ИБП могут автономно работать от 7 минут до почти 22 часов.

Из оборудования компании MGE, входящей в концерн APC, были выбраны трехфазные модели серии Galaxy 3000, которые ориентированы на использование в составе узлов связи и имеют мощность 10, 15, 20 и 30 кВА. Для повышения надежности или увеличения выходной мощности, данные модели могут включаться параллельно до четырех устройств, а так же они поддерживают подключение к двум независимым сетям первичного электропитания. Встроенные АКБ обеспечивают работу от 10 до 23 мин. в зависимости от мощности модели. Есть возможность подключения внешних батарей. В данной серии предусмотрена защита от глубокого разряда АКБ и контроль их температуры, так же есть функция циклического заряда батарей, которая способствует увеличению их срока службы.

Из продукции компании Chloride Group, которая недавно открыла свое представительство в нашей стране, в обзор были включены модели двух линеек оборудования. Это четыре модели ИБП из серии 70-NET, работающие только в трехфазном режиме и способные выдать 10, 15, 20 и 30 кВт. В них используется усовершенствованная технология двойного преобразования, которая заключается в адаптивной коррекции коэффициента мощности и интерактивного режима преобразования переменного тока.
Так же в рассматриваемом диапазоне мощности компания Chloride предлагает ряд моделей из серии Excor Apodys, которые могут работать в режиме однофазного и трехфазного выходов. Оборудование этой серии достаточно основательно напичкано цифровыми технологиями, позволяющими эффективно управлять работой выпрямителей и инверторов. Данные модели способны работать с различными типами аккумуляторов, включая АКБ открытого типа. При этом их мониторинг осуществляется не только на уровне аккумуляторного буфера, но и каждого АКБ в отдельности.

Компания Eaton поставляет решения ИБП под торговой маркой Powerware. Критериям обзора соответствует оборудование линеек Powerware 9155 и Powerware 9355, входящее в Серию 9 этого вендора. Оборудование первой линейки представлено моделями с мощностью от 8 до 30 кВА, которые имеют однофазный выход. Это оборудование может поставляться в вариантах с однофазным и трехфазным входом. Данные модели могут быть оборудованы выходным трансформатором для гальванической развязки. Время автономной работы от встроенных батарей составляет от 5 до 25 мин. в зависимости от типа аккумуляторов и мощности ИБП. Есть возможность подключения внешних батарей.
Вторая линейка оборудования включает в себя модели мощностью от 8 до 40 кВА, с трехфазным входом и выходом. По основным характеристикам эта линейка аналогично оборудованию Powerware 9155. Время автономной работы на встроенных батареях составляет от 5 до 33 мин. Так же есть возможность подключения внешних АКБ. В качестве достоинства обеих линеек ИБП производитель указывает применение фирменного способа управления зарядом батарей, который продлевает их срок службы в полтора раза.

Словацкая компания Elteco работает в России с 1996 года и среди ее заказчиков есть немало операторов связи. Для обзора было выбрано оборудование серии PL, которая включает четыре модели с мощностью от 10 до 30 кВА. Источники этой серии предназначены для питания трехфазной нагрузки. Управление процессов двойного преобразования осуществляется с помощью специализированного модуля, построенного на цифровом сигнальном процессоре (DSP). Так же эти модели оснащены встроенными аккумуляторами, позволяющими работать от 6 до 158 мин. в зависимости от емкости батарей, мощности ИБП и величины нагрузки. Возможно подключение внешних АКБ.

Компания GE Consumer & Industrial, производящая ИБП под торговой маркой Digital Energy, представлена в нашем обзоре двумя линейками оборудования LP и SitePro. Это оборудование построено на основе фирменной разработки компании, получившей название резервируемая параллельная архитектура. По заявлениям вендора эта архитектура исключает нерезервируемые точки отказа, чем обеспечивает высокую степень надежности. Линейка LP включает в себя две группы моделей – LP31, имеющие трехфазный вход и однофазный выход, и LP33, где вход и выход выполнены по трехфазной схеме. Есть три модели с однофазным выходом, мощностью 10, 15 и 20 кВА и четыре трехфазных модели с мощносью от 10 до 40 кВА. Во всех моделях используется система, позволяющая продлевать ресурс аккумуляторов.
Критериям обзора соответствуют пять младших моделей серии SitePro, которые укладываются в диапазон мощности 10 – 40 кВА. Это оборудование выполнено по трехфазной схеме и имеет возможность объединения по выходу до восьми устройств. Особо производитель отмечает эту серию ИБП при работе с переменными нагрузками.

Компания Liebert-Hiross S.p.A, входящая в состав подразделения Emerson Network Power корпорации Emerson, производит ИБП, покрывающие широкий диапазон мощностей. В том числе предлагается серия Hinet, включающая в себя четыре модели с выходной мощностью от 10 до 30 кВА. В них предусмотрен трехфазный вход и однофазный или трехфазный выход. При использовании трехфазного выхода предусматривается масштабирование выходной мощности. Производитель особо подчеркивает широкие возможности цифрового управления этих моделей при работе на несбалансированные нагрузки. Данные ИБП имеют встроенные батареи, обеспечивающие до 7 мин. автономной работы.
Младшие модели линейки Liebert NX, имеющие мощность от 10 до 40 кВА так же вполне удовлетворяют критериям нашего обзора. Это оборудование обладает достаточно широкими возможностями, в том числе возможностью работы на единую нагрузку шести ИБП.

Российский производитель NeuHaus так же имеет в своем портфеле две серии ИБП, которые попали в наш обзора. Это модели PowerSystem, обладающие мощностью от 10 до 40 кВА и модели PowerSystem Multi с мощностью от 10 до 30 кВА. Обе серии варианты исполнения с однофазным и трехфазным выходом. Модели этих серий допускают параллельное объединение по выходу до шести устройств при подключении к общей нагрузке. Встроенные батареи обеспечивают от 8 мин. до одного часа автономной работы. ИБП серии PowerSystem поддерживает взаимодействие с резервным дизель-генератором.

Российско-итальянская компания N-Power предлагает ИБП серии Safe-Power Evo UY с мощностью от 10 до 30 кВА. В качестве технических особенностей своего оборудования производитель заявляет наличие выходного автотрансформатора. Такой вариант построения ИБП по технологии On-line позволяет уменьшить габариты и стоимость по сравнению с обычным трансформаторным решение. Так же этот вариант менее критичен к типам нагрузки и более устойчив в работе, нежели бестрансформаторные ИБП. Дополнительно в моделях данной серии предусматривается компенсация реактивной составляющей по входу, что обеспечивает более высокий КПД.

Итальянский производитель Riello предлагает серию Multi Dialog, в которой присутствуют модели, отвечающие критериям обзора. Три модели с индексом MDM этой серии и мощностью 10, 15 и 20 кВт могут работать с одно или трехфазным входом и однофазным выходом. Модели с индексом MDT мощностью 10, 15, 20 и 30 кВт подключаются к трехфазной сети и имеют такой же выход. К преимуществам своей серии производитель относит увеличение входного коэффициента мощности до 0,99 и повышение КПД до 98% за счет перехода в режим Line interactive при хороших параметрах первичного электропитания.
Особенностью моделей Multi Dialog является возможность работы в качестве элемента структурированных параллельных систем бесперебойного питания, как по схеме 1+1, так и по схеме N+1. Так же возможно поэтапного увеличение мощности системы электропитания. Всего допускается параллельное включение до восьми устройств.
Другая серия компании Riello под названием Multi Plus включает в себя трехфазные по входу и выходу модели мощностью от 10 до 40 кВА. Эту линейку оборудования производитель специально рекомендует для электропитания компьютерных и телекоммуникационных устройств. К отличительным особенностям этой серии стоит отнести низкий уровень искажений входного тока, высокий КПД до 94%, и возможность подключения внешних АКБ.

Список оборудования компании Socomec содержит несколько категорий ИБП Masterys, большая часть моделей которых так же вполне отвечает критериям данного обзора. В категории Masterys BC есть по две модели с однофазным и трехфазным выходом, мощностью 10 и 12 кВт. Встроенные батареи обеспечивают время автономной работы 12 мин. при 75% нагрузке. Из категории Masterys MC можно выделить пять моделей, мощностью 15 до 30 кВт, имеющие однофазные или трехфазные выходу. В них так же есть встроенные АКБ, поддерживающие до 11 мин. автономной работы. Оборудование категории Masterys IP аналогично предыдущей, но имеет изолирующий трансформатор, обеспечивающий гальваническую развязку между первичной сетью и нагрузкой.

Как видно из обзора, охватившего лишь небольшой сегмент оборудования, на отечественном рынке представлен огромный выбор ИБП, которые ориентированы на использование в составе узлов связи. Такое многообразие предложений должно заставить покупателя более придирчиво относится к выбору, так как в условиях жесткой конкуренции зачастую выигрывает тот продавец, кто громче кричит.

 

 


Комментарии (0):

Добавить комментарий

 
Ваше имя:
Ваш комментарий:
Решите задачку (ответ напишите цифрами):
Один + Один =

 
 
 
Наверх