Специфика телекоммуникационного оборудования требует особого подхода к выбору ИБП.

В последние годы заметно изменилась сфера приоритетного применения систем обеспечения гарантированного электропитания. В начале 90-х гг. они в основном использовались для защиты компьютерных систем. Затем пришла очередь центров хранения и обработки данных, а сейчас акцент сместился в сторону телекоммуникационного рынка. По данным исследовательского агентства Venture Development Research, на сектор телекоммуникационных компаний и Internet приходится примерно 70% всех продаваемых источников бесперебойного питания (ИБП).

С точки зрения аналитиков упомянутого агентства, для обеспечения приемлемого уровня отказоустойчивости к ИБП необходимо подключать около 40% компьютерных систем и 100% телекоммуникационных. Подобное требование не кажется чрезмерным, если проанализировать стоимость минуты простоя такого оборудования. Любопытный расчет произвели специалисты компании АРС: на примере самого крупного российского оператора сотовой связи они показали, к каким убыткам это может привести. В 2000 г. каждый час работы сети МТС приносил доход, оцениваемый примерно в 61 тыс. долларов. Данная цифра была получена с помощью простого арифметического действия на основании опубликованного общего дохода компании за год. Таким образом, при уровне доступности сети 99,5%, неплохом показателе для сотовых операторов, реальные потери превысят 2 млн долларов.

Сбои в системе электропитания стоят первыми в ряду причин, приводящих к отказу оборудования. На их долю приходится около 45%, тогда как ошибки в программном обеспечении и технические погрешности в самом оборудовании составляют лишь 8%. На этом фоне человеческим фактором можно пренебречь, по вине людей происходит только около 3% причин отказов. Мы вправе не соглашаться с названными цифрами или обсуждать их, но недаром третье следствие закона Мерфи гласит: «Из всех неприятностей произойдет именно та, ущерб от которой будет больше».

ОТ ЧЕГО И КАК ЗАЩИЩАТЬСЯ

Подавляющее большинство специалистов, работающих в телекоммуникационной области, относятся к питающему электричеству как к некой данности: неискаженная синусоида с частотой 50 Гц и напряжение 220 В. Так должно быть в идеале, однако даже действующий ГОСТ России предусматривает существенные отклонения от этих параметров. В частности, напряжение может колебаться в пределах 220 В +/-10%, а частота -50 Гц +/-1 Гц; нелинейные искажения не должны превышать 8% при долговременном характере и 12% при краткосрочном.

В действительности, на многих электросетях «продукт им. Чубайса» имеет гораздо худшие показатели. Наиболее часто случаются падения и всплески напряжения, причем они выходят далеко за пределы допустимых значений. Серьезно нарушить работу телекоммуникационного оборудования могут высоковольтные импульсные помехи и высокочастотный шум. Нередки отклонения частоты, а некоторые виды аппаратуры, особенно разработанные за границей, используют это значение для синхронизации в некритичных приложениях. О полном отключении электропитания и говорить нечего: каждому из нас приходилось сталкиваться с этим явлением, причем обычно в самый неподходящий момент.

Выбор решения по организации электропитания, способного противостоять указанным разрушающим воздействиям, во многом зависит от назначения телекоммуникационной системы. В идеале необходимо обеспечить работу в штатном режиме при возникновении любых отказов. Однако решение, отвечающее столь жестким требованиям, довольно дорого, поэтому во многих случаях предпочитают обходиться вариантом, способным поддержать корректное прекращение работы оборудования. Обычно это требуется, когда длительность отключения электроэнергии превышает определенный промежуток времени.

Система обеспечения гарантированного электропитания включает довольно большое число различных компонентов. В ее состав могут входить дизель-генераторные установки, стабилизаторы напряжения, сетевые фильтры, аккумуляторные батареи, источники бесперебойного питания, различные силовые автоматы и система управления. В данной статье мы остановимся только на источниках бесперебойного питания для телекоммуникационного оборудования. Разумеется, они способны работать не только в составе телекоммуникационных систем, точно так же как оборудование бесперебойного питания, созданное для компьютерных систем, с успехом может использоваться в системах связи. Однако специфика телекоммуникационного оборудования требует особого подхода к выбору ИБП.

Во-первых, время автономной работы от батарей должно быть достаточно большим. Конкретная величина зависит от назначений телекоммуникационного комплекса и реальных местных условий по обеспечению электропитанием. Например, при наличии независимых подключений к нескольким энергетическим фидерам, ИБП должны обеспечивать полную работоспособность, пока производится переключение с одного ввода на другой. Если в состав системы энергоснабжения входит дизель-генератор, то времени работы батарей должно хватить на его запуск и выход на рабочий режим. В большинстве современных дизель-генераторов предусматривается автоматический запуск, что позволяет сократить этот период до нескольких десятков секунд.

Как известно, при проектировании любой телекоммуникационной системы определяется время восстановления работоспособности при выходе ее из строя. Для этого рассчитываются не только необходимый запас деталей, но и продолжительность работы от источников резервного электропитания при отказе основного. Очень часто в технических заданиях на телекоммуникационную систему для восстановления отводится не более 30-60 мин, а период работы от аккумуляторных батарей составляет свыше 3 ч.

Во-вторых, в работе ИБП, используемых совместно с телекоммуникационными системами, напряжение не должно пропадать при переключении с основного питания на резервное. Это требование вызвано тем, что большая часть оборудования весьма критично реагирует даже на мгновенное отключение электропитания.

И наконец, последнее — конструктивное исполнение источников бесперебойного питания, применяемых в телекоммуникационных комплексах, должно быть рассчитано для установки в стандартные аппаратные шкафы. Однако следует понимать, что это требование выполнимо лишь в случае устройств невысокой мощности и при малом времени работы в автономном режиме.

Сегодня устойчивым спросом пользуются источники бесперебойного питания трех типов. К простым и поэтому достаточно дешевым относятся резервные ИБП (Standby, или Off-Line), которые при любых неполадках в электросети переходят на питание от батарей. Источники такого типа практически не встречаются в телекоммуникационных системах, так как обладают относительно большим временем переключения.

Аналогичный недостаток характерен для ИБП, созданных по линейно-интерактивной схеме (Line-Interactive). В них инвертор всегда соединен с выходом и работает параллельно со стабилизатором входного напряжения, который построен на основе автотрансформатора. Благодаря этому переключение на питание от батареи не происходит даже при значительных колебаниях входного напряжения. Инвертор обеспечивает «подстройку» выходного напряжения и подзарядку аккумуляторов, включаясь на полную мощность при исчезновении входного напряжения. Именно такой вид взаимодействия дал название этому типу ИБП.

Рисунок. Функциональная схема ИБП с двойным преобразованием.

Наиболее подходят для телекоммуникационных комплексов источники бесперебойного питания с поддержкой двойного преобразования. В англоязычной литературе подобный тип ИБП называется On-Line. На Рисунке 1 показана его функциональная схема. Входное переменное напряжение с помощью выпрямителя преобразуется в постоянное, величина которого гораздо ниже 220 В, что необходимо для зарядки аккумуляторных батарей. Постоянное напряжение подается на инвертор, тот преобразует его в переменное напряжение и вновь доводит до 220 В. Благодаря постоянному подключению батарей к входу инвертора при исчезновении входного напряжения провалов на выходе не будет. Данная схема построения ИБП позволяет компенсировать все основные сбои в системах электропитания посредством формирования местного эталонного напряжения. Часто в схеме двойного преобразования предусматривается путь обхода для питания нагрузки при выходе из строя ИБП или в период профилактических работ.

К сожалению, указанные ИБП отличаются невысоким КПД за счет повышенных энергозатрат и немалой ценой. Однако существуют модели, в которых КПД удается существенно повысить с помощью специальных решений.

НА ЛЮБОЙ ВКУС

На отечественном рынке систем бесперебойного питания присутствуют практически все ведущие производители. Они предлагают широкую гамму продукции, рассчитанную на любую задачу. В данный обзор мы включили только ИБП с выходным однофазным переменным напряжением, построенными по схеме с двойным преобразованием. Это связано с тем, что большая часть современного телекоммуникационного оборудования использует переменное напряжение 220 В. Такая тенденция проявляется чаще всего в оборудовании сетей передачи данных и в аппаратуре для корпоративного применения.

Для питания аппаратуры, использующей постоянное напряжение, большинство производителей предусматривают фирменные системы ИБП или получаемые по OEM-соглашениям. Эти решения по бесперебойному питанию обычно включаются в базовую комплектацию и уже заложены в цену оборудования. Однако в любом случае они подключаются к сети переменного напряжения, и данные подключения необходимо резервировать. В качестве другого довода к выбору ИБП переменного напряжения 220 В наряду со встроенными системами резервирования по постоянному напряжению можно назвать использование стандартных компьютеров для управления телекоммуникационными системами. Стоит отметить, что в ряде связных комплексов, например в крупных учрежденческих АТС, предусматриваются встроенные инверторы для питания напряжением 220 В важных узлов системы при автономной работе.

Для удобства мы разнесли технические характеристики ИБП, предлагаемых на российском рынке в две таблицы: мощностью до 10 кВт и свыше 10 кВт. Однако это деление нельзя считать строгим, очень часто производитель предлагает линейки оборудования, модели которого не укладываются в данные рамки. Общим для всех устройств является поддержка внутренних и внешних аккумуляторных батарей.

Приятно отметить, что хорошие позиции на рынке устройств ИБП смог занять российский производитель, компания NeuHaus Distributor Group. Несмотря на явно немецкие корни в названии этой компании, она была образована в 1993 г. российскими специалистами и с 1997 г. занимается производством источников бесперебойного питания и поставкой их под своей торговой маркой. Кстати, NeuHaus — название небольшого городка в Германии, при посещении которого учредителям и пришла идея создания компании. Кроме своей собственной NeuHaus предлагает заказчикам продукцию американской компании Libert Hiross, подразделения транснационального холдинга Emerson с собственным представительством в Москве.

Весьма прочные позиции занимает в России американская компания American Power Conversion (APC), основанная более 20 лет назад и предлагающая полный спектр устройств для комплексной защиты от сбоев в сетях электропитания. В обзоре представлена и продукция хорошо известной в нашей стране компании Exide Electronics, которая ныне носит название Powerware и является отделением компании Invensys Power Systems. По объему продаж ИБП Invensys занимает второе место в Европе. Ранее бывшая частью Merlin Gerin, французская компания MGE UPS Systems поставляет теперь на отечественный рынок продукцию под собственной маркой.

Компания Chloride Power Protection, часть международного концерна Chloride, проводит активную политику по завоеванию большой доли рынка бесперебойного питания. Недавно она приобрела у компании Siemens подразделение Masterguard. Продукция Masterguard также представлена в этой публикации, так как компания начинает активную деятельность на российском рынке.

Представленный обзор затрагивает только небольшую часть устройств обеспечения гарантированного электропитания, но даже из него видно, насколько широк их выбор. Такая ситуация позволяет найти оптимальное решение для самых разных задач.

Алексей Полунин — обозреватель журнала «Сети». С ним можно связаться по адресу: polunin@networld.ru.

Глоссарий терминов

(по материалам компаний APC и NeuHaus Distributor Group)

dBA — единица измерения уровня звука. Это отношение (в дБ) уровня звукового сигнала, снимаемого с микрофона, к эталонному уровню звука (0 дБ), который приближенно равен порогу человеческого слуха. 45 dBA — это очень тихий шепот, 75 dBA — обычный разговор, 120 dBA — звук взлета реактивного лайнера в 6 м от его сопел. Буква «А» указывает на специальный фильтр, который используется в связи с тем, что люди менее восприимчивы к очень низким и очень высоким частотам. Система единиц dBA применяется при измерении фоновых звуков, таких, как звук компьютерного вентилятора или шум в офисе.

Полная мощность — суммарная мощность, потребляемая нагрузкой с учетом активной и реактивной составляющей. Измеряется в ВА (вольт х ампер).

Активная мощность — полезная мощность, отбираемая нагрузкой. Измеряется в Вт (ватт). 1Вт ~ 0,7 ВА

Инвертор — устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное.

КПД — коэффициент полезного действия, отношение выходной мощности ИБП к потребляемой им от сети.

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) — показатель, характеризующий степень отклонения формы напряжения от синусоидальной. 3% — искажения не заметны визуально, 5% — искажения становятся заметны.

Ресурсы Internet

Более подробную информацию о конкретном оборудовании можно найти на сайтах производителей.

APC — http://www.apc.ru

Chloride Power protection — http://www.chloridepower.com

Liebert Hiross — http://www.liebert-hiross.ru

Masterguard — http://www.masterguard.de

MGE UPS Systems — http://www.mgeups.ru

NeuHaus Distributor Group — http://www.neuhaus.ru

Powerware — http://www.emea.powerware.com