Сфера применения

Список приложений для таких систем довольно велик. Они используются для защиты электропитания крупных узлов связи и больших центров обработки данных, административных зданий и банков, медицинских учреждений, комплексов контроля и автоматики производственных линий, оборудования нефтеперекачивающих и газокомпрессорных станций, важных систем военного назначения и другой нагрузки, требующей бесперебойного и высококачественного электрического питания. Другими словами, ИБП-гиганты находят применение там, где перебои электроснабжения могут привести к серьезным материальным и человеческим потерям, а порой и вызвать катастрофические последствия. Отметим также, что промышленные ИБП нередко эксплуатируются в сложных условиях окружающей среды, например при повышенной влажности, высокой вибрации или воздействии сильных электромагнитных полей.

Перечисленные условия определили основные характеристики индустриальных ИБП — модульность, масштабируемость и высокая мощность в сочетании с экономичностью. Кроме того, в отличие от своих офисных аналогов, они надежнее и рассчитаны на больший срок эксплуатации. Еще одна черта источников большой мощности заключается в том, что на их основе, благодаря широкому выбору аксессуаров и опций, возможно построение сложных архитектур и конфигураций для обеспечения наилучших условий подачи электропитания на критичные нагрузки.

В категории индустриальных ИБП имеются свои рекордсмены: имея мощность до 1600 кВА, они достигают двухметровой высоты, ширины 5,5 м и массы 6,5 т. Мы предлагаем обзор флагманских продуктов поставщиков ИБП, чьи официальные представительства открыты в России. Их список, составленный в алфавитном порядке, включает в себя APC, Chloride, Eaton и Emerson. Правда, в нашей стране присутствуют и другие рыночные игроки, но они либо не имеют в своем ассортименте систем бесперебойного питания сопоставимой мощности (например, Powercom или Tripp Lite), либо имеют, но не проявляют достаточных усилий для их продвижения на российском рынке (General Electric, GM и др.).

Symmetra MW

Начнем с флагманского продукта Symmetra MW компании APC by Schneider Electric. Он представляет собой модульную масштабируемую трехфазную систему защиты электропитания с высокой энергетической эффективностью и повышенной отказоустойчивостью. Продукт ориентирован на применение в крупных центрах обработки данных и на производственных объектах.

Объединяя в себе мощный ИБП и внешнюю батарейную систему, одиночный комплект Symmetra MW способен запитывать нагрузку от 400 до 1600 кВА. За счет модульности системы ее мощность можно увеличить в несколько раз путем параллельного включения самих ИБП и дополнительных батарей. Важно, что при этом поддерживается расширение системы с множеством конфигурационных возможностей. Модули легко устанавливаются и заменяются, что повышает общий уровень готовности решения.

ИБП Symmetra MW оснащен встроенными средствами повышения отказоустойчивости, позволяющими сохранять работоспособность даже в аварийных ситуациях. Прежде всего, отказоустойчивость достигается за счет резервирования по схеме N+1 (путем добавления в конфигурацию еще одного силового модуля сверх необходимого для поддержки полезной нагрузки) и распределения нагрузки между модулями. В случае отказа одного из модулей остальные автоматически компенсируют потерю мощности, обеспечивая бесперебойное электропитание. Легко заменяемые модули способствуют уменьшению среднего времени ремонта, которое составляет примерно 30 мин для любого режима отказа.

Несмотря на внушительные габариты ИБП Symmetra MW, для его обслуживания требуется не так много пространства. Благо, инженеры APC предусмотрели фронтальный доступ ко всем шкафам, что облегчает замену ключевых компонентов. А множество кабельных вводов в разных местах конструкции обеспечивают свободу выбора места для установки ИБП в помещении и удобство доступа к контактным колодкам для подключения кабелей.

Интеллектуальные функции самодиагностики ИБП призваны автоматически генерировать своевременные уведомления о возможных проблемах. К примеру, регулярная самодиагностика аккумуляторов позволяет вовремя обнаружить батарею, которую необходимо заменить. Мониторинг рабочих систем ИБП Symmetra MW может осуществляться из компьютерных центров или удаленных пунктов управления. Программные средства APC для управления Symmetra обеспечивают полную «прозрачность» функционирования системы и легкий доступ к нужным данным с помощью большого сенсорного дисплея. ИБП поддерживает функции расширенного батарейного мониторинга и компенсации влияния температуры на процесс зарядки. Сведения о состоянии батареи регулярно обновляются и сравниваются с эталонными значениями. При снижении значения емкости батареи формируется предупреждающее уведомление.

Современная энергосберегающая топология обеспечивает высокую экономичность ИБП Symmetra MW. При полной нагрузке эффективность системы достигает 97% эффективности, а при снижении нагрузки наполовину — почти столько же, 96%. Равенство номиналов активной (кВт) и полной (кВА) мощности обеспечивает сокращение издержек, поскольку устраняется необходимость в приобретении ИБП повышенного номинала для поддержки нагрузок с скорректированным коэффициентом мощности. Корректировка коэффициента мощности на входе минимизирует затраты на инсталляцию за счет применения генераторов и кабелей, рассчитанных на меньший уровень мощности.

Trinergy

Презентация этой модели в России состоялась совсем недавно — 11 марта 2010 года. Речь идет о флагманском продукте Trinergy компании Chloride, который еще не поставлялся в Россию (пока принимаются лишь предварительные заказы на такое оборудование). Trinergy представляет собой модульный масштабируемый ИБП высокой мощности с тремя динамическими режимами работы.

Интеллектуальные свойства Trinergy проявляются в том, что этот ИБП умеет анализировать качество питающей сети и получать идеальную синусоиду на выходе, затрачивая только необходимое количество энергии. В зависимости от параметров сети Trinergy выбирает самый эффективный режим работы из трех возможных:

  • когда производственная электрическая среда требует стабилизации, задействуется режим максимального контроля над качеством электропитания VFI на основе технологии двойного преобразования с КПД 96%;
  • в случае идеального электропитания включается режим максимальной экономии энергии с использованием байпаса, причем КПД устройства достигает 98%;
  • при необходимости оптимизации подающегося электропитания активируется режим высокой эффективности наряду со стабилизацией характеристик электропитания VFD, и тогда устройство работает как активный фильтр, компенсируя помехи на линии, а его КПД варьируется между 96 и 99% (в зависимости от помех).

При проектировании Trinergy инженеры Chloride использовали оригинальную концепцию трехмерной модульности — горизонтальной, вертикальной и ортогональной. Трехмерность позволяет заказчикам увеличивать ресурсы ИБП по мере роста энергетической нагрузки, просто добавляя дополнительные силовые модули.

Вертикальная модульность, фактически, означает наличие блоков, расположенных друг над другом в каждом шкафу, что позволяет оперативно извлекать или добавлять отдельные компоненты системы. Например, из шкафа можно извлечь такие стандартные узлы, как выпрямитель, инвертор и статический байпас. Это позволяет повысить гибкость, упростить обслуживание всей системы и уменьшить время ремонта.

Горизонтальная модульность Trinergy позволяет добавлять новые модули ИБП в имеющуюся платформу для увеличения мощности и избыточности. Trinergy имеет диапазон изменения мощности одного ИБП 200—1200 кВт. Горизонтальная модульность дает возможность ограничить начальные инвестиции заказчиков суммой, необходимой для обеспечения бесперебойного питания текущей нагрузки, а затем наращивать мощность системы поэтапно, по мере роста потребностей.

Ортогональная мощность Trinergy подразумевает параллельное соединение до восьми ИБП с наращиванием суммарной мощности системы до рекордных 9600 КВт.

Трехмерная модульность ИБП архитектурно замыкается на блоке ввода-вывода, который является основным интерфейсом передачи информации и подключения силовых кабелей. Этот блок оснащен сенсорным ЖК-дисплеем с диагональю 12,1 дюйма, при помощи которого можно вести наблюдение за всей системой и ее отдельными модулями. Выпускаются три модификации центрального блока ввода-вывода — мощностью 400, 800 и 1200 кВт. К самому мощному блоку можно подключить до шести модулей питания мощностью 200 кВт каждый.

Примечательно, что для увеличения КПД Trinergy умеет автоматически отключать неиспользуемые модули, в том числе с учетом нужд резервирования. Это весьма актуально для новых дата-центров, в которых нагрузка вводится постепенно. Система Trinergy может питать нагрузки любого характера — активного, емкостного или индуктивного. Выходной коэффициент мощности флагманского ИБП Chloride равен единице, то есть для Trinergy размерность «кВА» или «кВт» не принципиальна.

Eaton 9395

В линейке индустриальных систем бесперебойного питания компании Eaton флагманской моделью сейчас является ИБП 9395, которая может быть представлена в разных конфигурациях мощностью от 225 до 1100 кВА. Однако поддерживается и возможность параллельной работы нескольких систем на базе «фирменной» технологии HotSync, позволяющей достичь максимальной суммарной мощности 4400 кВА.

Основой ИБП 9395 являются силовые модули (UPM), максимальная мощность которых составляет 275 кВА. Каждый из этих ИБП (за исключением системы мощностью 1100 кВА) при необходимости может быть дооснащен дополнительным модулем UPM, который служит для обеспечения резервирования питания в рамках одного источника по схеме N+1.

Источник Eaton 9395, в котором реализована бестрансформаторная технология, весит на 50% меньше и занимает на 60% меньше места, чем аналогичные трансформаторные ИБП, что упрощает его транспортировку и инсталляцию. Помимо оптимальных массогабаритных показателей (самая мощная модель весит 3120 кг при ширине 4,4 м) решение имеет выдающиеся энергетические характеристики — высокие входной и выходной коэффициенты мощности, низкий коэффициент нелинейных искажений (КНИ) и высокий КПД в широком диапазоне нагрузок. Кроме того, в ИБП Eaton 9395 используются передовые технологии, которые позволяют увеличить срок службы батарей (технология Advanced Battery Management, ABM) и эффективность работы всей системы (технологии Energy Saver System, ESS и Virtual Module Management System, VMMS).

Технология ESS, нацеленная на экономию энергии, позволяет повысить КПД системы ИБП до 99% за счет работы нагрузки через статический байпас, а также отключения силовых модулей и их перевода в режим «горячего» резерва. Но даже в таком режиме работы ИБП остается системой класса VFI (Voltage Frequency Independent), так как в случае проблем во внешней электросети ИБП переводит нагрузку на работу от инвертора менее чем за 2 мс, что полностью соответствует требованиям стандарта VFI. Как показывает практика, ранее пользователи не особенно доверяли подобным «экономичным» режимам работы ИБП из-за низкого качества электричества в отечественных электросетях. Но качество электроэнергии в сетях растет, как и уровень алгоритмов слежения за параметрами входящей сети со стороны самих ИБП, поэтому использование таких режимов становится все более актуальным.

В случае использования мультимодульного ИБП 9395 мощностью от 450 кВА заказчик может активировать систему адаптивного управления модулями VMMS. Она отслеживает уровень нагрузки ИБП и, при необходимости, отключает и переводит недогруженные модули в «горячий» резерв. В результате повышается КПД всей системы за счет ее оптимальной загрузки. Если нагрузка возрастает или возникает иная необходимость в подключении модуля (например, требуется работа ИБП от батарей), то модули переходят из режима «горячего» резерва в онлайн менее чем за 2 мс.

Отметим, что интеллектуальные технологии ESS и VMMS применимы не только к одиночным ИБП, но и к параллельным системам. Благодаря им в разы повышается эффективность всей системы бесперебойного питания.

ИБП 9395 оснащен и уникальной технологией самотестирования под нагрузкой Easy Capacity Test (ECT). Она позволяет тестировать столь мощный ИБП и его батареи при отсутствии какой-либо физически подключенной нагрузки. В этом режиме система задействует специальный алгоритм работы, при котором ИБП в качестве нагрузки использует внешнюю электрическую сеть.

В России уже установлены порядка 60 флагманских устройств Eaton в разных конфигурациях. Примером могут служить кабельные заводы Москвы, на которых устройства Eaton 9395 применяются для защиты прокатных линий и другого промышленного оборудования.

HipulseE

Флагманской моделью в линейке тяжелых продуктов компании Emerson Network Power является Liebert HipulseE 800 с максимальной мощностью 800 кВА. Этот ИБП, выполненный на основе трансформаторной технологии, характеризуется высокими надежностью и уровнем масштабирования: суммарная мощность системы может достигать 4800 кВА. Система работает с современными промышленными и ИТ-нагрузками любого типа.

При параллельном подключении устройства могут соединяться в двух конфигурациях. В первой схеме используются распределенные статические переключатели. Для удовлетворения дополнительных требований к мощности при наращивании нагрузки или для повышения избыточности в единую систему можно объединять до шести модулей ИБП. Кроме того, несколько модулей подключаются к главному ИБП по схеме «главный — подчиненный».

Вторая схема реализуется с помощью центрального статического переключателя. Если к ИБП изначально предъявляются высокие требования к мощности и предусмотрено несколько уровней избыточности, то можно объединять до шести модулей с центральным статическим переключателем и системным байпасом для проведения обслуживания. При этом программное обеспечение ИБП непрерывно контролирует подключенную нагрузку, которая безопасно переключается на питание от сети, только когда потребляемая мощность превышает мощность ИБП.

КПД решений на основе HipulseE 800 достигает 94%. «Фирменный» режим i-Eco Mode (интеллектуальный Eco Mode), при котором нагрузка подключается через статический переключатель байпаса, позволяет довести КПД данного ИБП до 98%. Технология Eco Mode может активироваться автоматически в зависимости от уровня нагрузки, а также по внутреннему таймеру. Особо отметим, что применение режима Eco Mode возможно и при параллельном включении нескольких ИБП.

Решение HipulseE оснащено интеллектуальной системой тестирования батарей. Для продления их срока службы применяется специальный термокомпенсированный режим заряда, а режим защиты от глубокого разряда предотвращает повреждение батареи при низком уровне заряда в случае продолжительного отсутствия питания. Инвертор ИБП выдерживает перегрузку 150% по всем трем фазам и имеет исключительную стойкость при возникновении короткого замыкания в нагрузке — 290% по току в любой из фаз.

HipulseE можно интегрировать с системами управления и мониторинга через интерфейс Ethernet/SNMP, а также подключать к системам Building Management System (BMS). При локальном или удаленном подключении поставляемое Emerson программное обеспечение позволяет проводить полный мониторинг системы ИБП, просматривать журналы событий и активировать ответные реакции на эти события.

На российский рынок уже поставлены несколько систем HipulseE. Последний проект, в котором фигурировали флагманские ИБП Emerson, реализован компанией Data Dome при строительстве собственного дата-центра.

Эксперты APC рекомендуют

Все чаще при построении системы электроснабжения используются модульные масштабируемые источники бесперебойного питания большой мощности. Однако необходимо иметь в виду, что при инсталляции этих систем должен быть соблюден ряд важных условий.

Охлаждение — гарантия работоспособности

Чаще всего ИБП высокой мощности устанавливают в отдельную комнату. Эти устройства достаточно лояльны к перепаду температур: в общем случае они способны сохранять работоспособность при температурах от 5 до 40°C. Однако граничные значения этого диапазона негативно сказываются на состоянии аккумуляторных батарей, очень чувствительных к температуре в помещении. Так, если допустить функционирование батарей при 30°C на протяжении нескольких дней, то срок их эксплуатации может сократиться вдвое, а при 40°C — вчетверо. При этом стоимость батарей в типовых конфигурациях составляет до 30% цены всего ИБП, и быстрый выход из строя таких элементов может привести к серьезным дополнительным затратам.

Для того чтобы этого не произошло, необходимо создать условия для охлаждения батарей. Как правило, при составлении проектной документации рассчитывают общее количество тепла, которое будет выделяться в помещении, и требуемую влажность воздуха. В соответствии с данными параметрами и особенностями помещения рассчитываются система кондиционирования, ее мощность, тип и место установки. Оптимальной для полноценной работы аккумуляторных батарей является температура от 17 до 23°C. Относительная влажность в помещении может варьироваться в очень широких пределах (в общем случае составлять от 0 до 90%) при условии отсутствия конденсата.

Внимание, нагрузки!

При построении системы энергоснабжения важно определить, какое оборудование придется защищать. ИБП должен быть правильно подобран, в том числе с ориентацией на характер нагрузки. Очень важно выбрать ИБП, способный работать как при номинальных, так и в предельных режимах работы питаемых систем, когда задействуются все ресурсы ИБП, включая перегрузочную способность. В противном случае, если ИБП не готов к проектным перегрузкам, работа объекта энергопотребления будет приостановлена.

Кроме того, для успешной инсталляции систем большой мощности следует предусмотреть другой вид нагрузок — допустимые нагрузки на пол в месте установки ИБП. Например, для установки одного типового батарейного шкафа необходимы площади, способные выдержать до 2—2,5 т на 1 кв. м. Однако большинство современных бизнес-центров, построенных за последние годы, рассчитаны на нагрузку 300—400 кг на 1 кв. м пола, причем нагрузочная способность первого этажа, как правило, составляет от 2,5 т. Если пол помещения, где планируется разместить модульные масштабируемые ИБП, выдерживает вес батарейных шкафов, то это помещение может стать аккумуляторной комнатой или помещением для ИБП.