Силовой модуль для ибп что это
В последнее время заметна тенденция применения в ЦОДах модульных ИБП – аппаратов, в которых требуемая мощность обеспечивается несколькими силовыми модулями относительно малой мощности, включенными параллельно и интегрированными в один конструктив, чаще всего в 19” стойку.
До недавних пор в ЦОДах устанавливали преимущественно ИБП моноблочного исполнения, в которых вся выходная мощность предоставляется одним силовым блоком.
Появление на рынке модульных ИБП сопровождалось и сопровождается мнениями «за» и «против» модульных решений.
Еще лет пять назад в модульных ИБП применялись силовые блоки мощностью 10–30 кВА, и разумное ограничение числа подключаемых силовых модулей (10–20 шт.) не позволяло создавать модульные системы мощнее 200–300 кВА. Поэтому считалось, что модульные ИБП подходят только для малых и средних ЦОДов, для крупных же объектов пригодны исключительно моноблочные решения. При этом эксперты, обсуждая перспективу роста мощности силовых модулей, прогнозировали пропорциональное увеличение их веса, которое исключит возможность оперативной замены вышедшего из строя модуля.
Модульные ИБП MR33, которые выпускает компания Kehua Tech, поначалу действительно имели силовые модули мощностью 25 кВА/25 кВт и весом 32 кг. Затем компания ввела в производство силовые модули 50 кВА/50 кВт весом 33 кг, что позволило наладить выпуск модульных ИБП серии MR33 в диапазоне мощностей от 25 до 600 кВА. В начале текущего года было запущено производство ИБП с модулями 80 кВА/80 кВт с максимальной мощностью в единичном конструктиве до 800 кВА/800 кВт. При этом силовой модуль 80 кВт имеет высокую удельную мощность и весит 41 кг, что еще допускает его замену в экстренной ситуации ручным способом без применения подъемных механизмов.
Следующим аргументом в пользу применения моноблочных решений именно в ЦОДах, по мнению экспертов, был недостаточно высокий КПД модульных ИБП. Это особенно проявлялось при малых нагрузках, имеющих место при изменяющемся суточном графике потребления и реализации различных схем резервирования. Пониженный КПД объясняется большим количеством работающих полупроводниковых элементов и работающих вентиляторов, неидеальной синхронизацией силовых модулей, обуславливающей наличие уравнительных токов между силовыми модулями и, соответственно, дополнительные потери.
Сегодня ситуация изменилась. Например, КПД ИБП Kehua серии MR33 500 кВА достигает 96% уже при 35%-ной нагрузке.
Сегодня ситуация изменилась. Например, КПД ИБП Kehua серии MR33 500 кВА достигает 96% уже при 35%-ной нагрузке. Kehua Tech
Высокий КПД MR33, не опускающийся в режиме двойного преобразования ниже 94% в диапазоне нагрузок от 20 до 100% – очень хороший показатель даже для моноблочных систем.
Повышение КПД модульных ИБП MR33 достигнуто за счет совершенствования схемотехники силовых модулей, алгоритмов их точной синхронизации, применения более эффективных вентиляторов, использования режима «спящих модулей».
В таком режиме ИБП постоянно отслеживает текущий уровень нагрузки относительно суммарной максимальной мощности установленных в ИБП силовых блоков. При уменьшении нагрузки ниже наперед установленного уровня ИБП выводит некоторые модули из работы, сохраняя их синхронизацию. За счет перераспределения нагрузки между оставшимися в работе силовыми модулями происходит повышение их КПД и КПД ИБП в целом.
Вторым положительным эффектом такого режима работы является увеличение срока службы вентиляторов охлаждения – в спящих модулях они не работают. Ротация спящих и работающих модулей позволяет обеспечивать равномерную наработку всех компонентов ИБП на отказ (MTBF – среднее время наработки на отказ, или, в дословном переводе, среднее время между отказами).
А более низкий показатель MTBF, обычно свойственный модульным ИБП, является еще одним фактором, ограничивающим, по мнению экспертов, их применение в ЦОДах.
А более низкий показатель MTBF, обычно свойственный модульным ИБП, является еще одним фактором, ограничивающим, по мнению экспертов, их применение в ЦОДах.
MTBF – величина расчетная и зависит, во-первых, от вероятностей отказов компонентов и разъемных соединений, входящих в электронное устройство, и во-вторых, от количества этих компонентов.
Моноблочные ИБП имеют более высокий MTBF, чем модульные. Причина проста: в модульных ИБП больше электронных компонентов и разъемных соединений, каждый из которых рассматривается как потенциальная точка отказа. Соответственно, теоретически возможность отказа здесь выше. Но модульные ИБП практически не применяются без резервирования силовых блоков. Резервные силовые блоки повышают MTBF. Кроме того, для ИБП в ЦОДе критичен не столько сам отказ, сколько то, как долго ИБП будет оставаться в нерабочем состоянии.
И здесь преимущество уже на стороне модульных ИБП: они отличаются низким значением MTTR (среднее время на замену), потому что и силовые модули, и байпас можно оперативно заменить без перерыва в электроснабжении нагрузки («горячая» замена модулей).
Подводя итог сказанному, можно сделать вывод: сегодня при построении систем электроснабжения ЦОДов, в том числе мощных, не существует принципиальных ограничений для использования ИБП модульной архитектуры. Выбор между блочным и модульным решениями стал менее очевидным, однако эксперты Kehua Tech отмечают несколько сценариев, когда применение модульных ИБП выглядит наиболее целесообразным:
Сам термин «модульный» может означать разные вещи для разных людей, поэтому важно тщательно проанализировать характер того, что описывается как «модульная система» при покупке ИБП, чтобы обеспечить постоянную защиту ЦОД.
При выборе системы ИБП, первоначальная стоимость обязательно подвергается сомнению, и это может привести к тому, что организации иногда будут покупать меньший продукт за меньшую цену. Однако важно проверить мелкий шрифт, чтобы убедиться, что вы выбрали модульную систему, которая действительно будет выполнять поставленную задачу: защитить критически важные возможности вашего центра обработки данных с высочайшим уровнем доступности. Интересно, что с некоторыми из систем ИБП более высокого качества, экономия затрат часто достигается в долгосрочной перспективе за счет повышения эффективности, что приводит к снижению эксплуатационных расходов и снижению общей совокупной стоимости владения (TCO), поэтому полный анализ затрат обычно стоит расчет.
Итак, в качестве своей основной цели, как центры обработки данных могут выбрать ИБП с максимальной доступностью? По сути, не должно быть никаких потенциальных точек отказа. Тщательное понимание конфигурации и определения модульной системы до заключения Контракта имеет решающее значение.
На самом базовом уровне один автономный ИБП, который защищает критическую нагрузку, называется конфигурацией N системы. Однако автономный ИБП не обладает какой-либо сопротивляемостью в случае неисправности устройства или его отключения для профилактического обслуживания. Параллельное подключение второго автономного ИБП такого же класса обеспечивает устойчивость и называется конфигурацией N + 1. Было бы возможно параллельное использование нескольких автономных блоков с отдельным наименьшим номинальным значением по мощности, например, если бы мы взяли предельно возможный вариант, у нас могло бы быть параллельно 101 x 1 кВА ИБП, который все еще предлагал бы конфигурацию N + 1 100 кВА. Очевидно, это не будет практичным, но вы получите общее представление. Используя эту концепцию, она может быть описана на самом простом уровне как модульная система ИБП. Однако для добавления большего количества автономных устройств необходима соответствующая электрическая инфраструктура – распределительное устройство и т.д.
Другим определением модульности является автономный ИБП, разработанный и изготовленный в модульном формате. Основные компоненты выпрямителя, инвертора и статического выключателя являются модульными. Если есть проблема, например, с выпрямителем, его можно легко заменить. Сложность этой конфигурации заключается в том, что если один из компонентов выходит из строя, вся функциональность ИБП снижается. Это может быть модульная система, но уровень ее доступности не будет большим.
Лучшее решение – это то, что мы называем: настоящий модульный ИБП. Это где несколько индивидуальных силовых модулей ИБП размещаются в одной стойке. Все отдельные силовые модули являются ИБП сами по себе, и все они содержат выпрямитель, инвертор и статический переключатель и работают в режиме онлайн параллельно друг с другом. Например, пять модулей ИБП 60 кВт обычно могут стоять в одной стойке, предлагая мощность системы240 кВт в конфигурацию N + 1. При необходимости «горячая замена» модуля занимает около 30 секунд, в то время как остальные модули продолжают защищать критическую нагрузку. Ни в коем случае систему не нужно переводить в сервисный байпас и, следовательно, на незащищённую сеть.
Некоторые другие модульные системы включают выпрямитель и инвертор в свои модули, но статический переключатель является централизованным и отдельным. Это приводит к потенциальной единственной точке отказа. Замена отдельного статического переключателя может занять всего несколько минут, но в зависимости от местоположения на его замену может уйти несколько часов. В течение этого времени система не сможет перейти в режим статического байпаса. В настоящей модульной системе, в которой статический переключатель включен в каждый модуль, остальные модули в корпусе ИБП продолжают защищать нагрузку до тех пор, пока она не будет заменена. Это значительно повышает уровень доступности. В Centiel мы разработали нашу передовую модульную систему бесперебойного питания 4-го поколения CumulusPower, которая обеспечивает лучшую в отрасли доступность 99,999999% (девять девяток), с низкой совокупной стоимостью владения (TCO) благодаря управлению максимальной эффективностью (MEM) и низкими потерями энергии. Наша команда разработчиков уже много лет работает с центрами обработки данных, находясь на переднем крае технологического развития, и мы являемся надежными консультантами некоторых ведущих мировых организаций в этой области.
Источники бесперебойного питания для центров обработки данных по архитектуре построения делятся на две большие группы: моноблочные и модульные. Первые относятся к традиционному типу ИБП, вторые являются сравнительно новыми и более продвинутыми.
ИБП по роду тока
По роду тока источники бесперебойного питания делятся на предназначенные для потребителей постоянного тока (DС) и переменного тока (AC).
ГК «Штиль», ведущий отечественный производитель систем электропитания, предлагает широкий выбор высококачественных источников бесперебойного питания постоянного и переменного тока, рассчитанных на напряжение:
- 12, 24, 48, 60 В − для ИБП DC;
- 220/380 − для ИБП AC.
Кроме того, в линейке ИБП переменного тока «Штиль» представлены устройства топологии «3 в 1» (трехфазный вход − однофазный выход), позволяющие подключать любое однофазное оборудование с равномерной загрузкой трех питающих фаз.
Специально для электроснабжения крупных объектов разработаны устройства бесперебойного питания (УБП) серии PS220, допускающие одновременное подключение потребителей с напряжением 220 В и потребителей с напряжением = 48 В.
Возможности плавного наращивания мощности
Плавное наращивание мощности важно на начальном этапе работы ЦОД. Вполне логично, что в первые месяцы он будет загружен на 30–40 %. Практичней и экономичней использовать источники бесперебойного питания, рассчитанные именно на эту мощность. По мере пополнения клиентской базы загрузка ЦОД увеличится, а с ней вырастет потребность в дополнительном электропитании.
Мощность ИБП удобно наращивать поэтапно вместе с технической инфраструктурой. При использовании моноблочных источников бесперебойного питания плавное наращивание мощности невозможно в принципе. С модульными ИБП оно легко реализуется.
Основные критерии выбора ИБП переменного тока
Перед тем как выбрать ИБП переменного тока рекомендуется обратить внимание на следующие параметры устройства:
- количество фаз;
- схема построения и, как следствие, форма выходного сигнала и время переключения на аккумуляторы;
- мощность;
- длительность автономной работы и возможность подключения внешних батарей;
- конструктив корпуса и габаритные размеры;
- наличие мониторинга и поддерживаемые протоколы связи.
Чтобы определиться с требуемым значением первого параметра, необходимо уточнить количество фаз питающей сети. В бытовом секторе преимущественно однофазные сети (220 В), в промышленном – трехфазные (380 В). Остальные параметры рассмотрим более подробно.
Возможности масштабирования
При использовании моноблочных ИБП с увеличением потребности в электропитании необходимо параллельно к существующему подключить еще один полноценный блок такой же мощности. Это достаточно сложный процесс.
Модульные решения отличаются большей конструктивной гибкостью. В данном случае к уже функционирующему блоку можно подключить один или несколько модулей. Это достаточно простая процедура, которую можно выполнить за короткое время.
Схема построения
Существуют три основные схемы построения источников бесперебойного питания переменного тока:
- резервные (off-line),
- линейно-интерактивные (line-interactive),
- ИБП с двойным преобразованием (on-line).
Они различаются принципом функционирования, формой выходного напряжения (возможностью его стабилизации), а также временем перехода на работу от батарей.
ИБП, представленные в ассортименте ГК «Штиль», выполнены по современной технологии «on-line», принцип которой заключается в преобразовании переменного тока в постоянный и его последующей регенерации обратно в переменный. При таком режиме аккумуляторные батареи включены в работу постоянно, следовательно, переход нагрузки на питание от аккумуляторов происходит мгновенно, что недоступно для резервных и линейно-интерактивных ИБП, имеющих время переключения до 20 мс (для первых) и до 8 мс (для вторых).
Другие преимущества, характерные для ИБП с двойным преобразованием энергии производства ГК «Штиль»:
Вышеуказанные плюсы делают онлайн ИБП «Штиль» оптимальным выбором для защиты любого, в особенности чувствительного, оборудования от максимального количества сетевых перепадов и помех.
Онлайн ИБП (on-line, ИБП с двойным преобразованием энергии)
Принцип действия
Устройство выполняет двойное преобразование поступающего из сети напряжения. Сначала из переменного в постоянное, а затем обратно – из постоянного в переменное. В силовой цепи on-line ИБП аккумуляторы занимают промежуточное положение между непрерывно функционирующими выпрямителем и инвертором (батареи соединены с выходом первого и входом второго). Такая схема позволяет избежать задержек при переходе в автономный режим, так как инвертор подключен к АБ постоянно и каких-либо дополнительных коммутаций, в случае проблем с внешней электросетью, не требуется.
Преимущества и недостатки
Преимущества онлайн ИБП:
- мгновенный переключение на питание от батарей (без перерыва электроснабжении нагрузки);
- синусоидальная форма и максимально точное значение выходного напряжения (обеспечиваются как при работе от сети, так и от батарей);
- широкая амплитуда сетевых колебаний, нейтрализуемых без перехода в автономный режим;
- максимальная защита нагрузки (двойное преобразование энергии гасит все негативные входные воздействия и гарантирует полную независимость выходных характеристик ИБП от состояния внешней электросети);
- отсутствие влияние подключенного оборудования на основную электросеть.
Недостатки онлайн ИБП:
- более высокая, по сравнению с приборами других категорий, стоимость;
- низкий КПД (80-90%) у некоторых устаревших устройств (стоит отметить, что современные алгоритмы управления двойным преобразованием энергии, применяемые ведущими производителями on-line ИБП, позволяют значительно повысить КПД и довести его в ряде рабочих режимов до 99%).
Применение
Онлайн ИБП используются во всех сферах жизнедеятельности современного человека и являются лучшим решением для обеспечения бесперебойного электропитания. Только on-line ИБП могут эффективно работать с техникой, предъявляющей повышенные требования к качеству питающей электроэнергии: от оборудования домашних систем отопления и водоочистки до контрольно-измерительной аппаратуры и инфраструктуры ЦОДов.
Отечественный рынок ИБП предлагает широкий выбор приборов – от недорогих и низкофункциональных устройств в основном китайского изготовления до суперсовременных ИБП, поддерживающих автономное энергоснабжение любого подключаемого оборудования.
Цель данной статьи – помочь покупателям сориентироваться в многообразии моделей и рассмотреть главные аспекты подбора источника бесперебойного питания.
- ИБП по роду тока
- Основные критерии выбора ИБП переменного тока
- Схема построения
- Мощность
- Время автономной работы ИБП
- Способ установки (форм-фактор)
- Средства мониторинга
Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive)
Принцип действия
Аналогичен предыдущему варианту, за исключением того, что схема устройства дополнена входным регулятором напряжения. ИБП данного типа подразделяются на устройства с аппроксимированной синусоидой и полностью синусоидальным выходным напряжением.
Преимущества и недостатки
Преимущества линейно-интерактивных ИБП перед резервными:
- возможность нейтрализации сетевых колебаний (но не максимальной амплитуды!) без задействия АБ;
- сокращенное время переключения в автономный режим (за счёт синхронизации инвертора и входной сети).
Недостатками линейно-интерактивных ИБП являются:
- ступенчатое регулирование напряжения, приводящее к сильным искажениям выходного сигнала;
- перерыв в электропитании нагрузки при переходе на аккумуляторы (длительность переключения короче, чем у резервного ИБП, но ненулевая!);
- отсутствие коррекции формы входного напряжения и входной частоты в режиме работы от электросети, неполная фильтрация сетевых помех;
- большинство моделей не формируют идеальную синусоиду выходного напряжения в автономном режиме работы.
Применение
Далеко не всё электрооборудование будет успешно работать с линейно-интерактивными ИБП. Качество их выходного напряжения может просто не удовлетворить строгим требованиям современных потребителей электроэнергии как в бытовом, так и в промышленном секторе. В частности, линейно-интерактивный ИБП является не лучшим вариантом для котла отопительной системы, IT-аппаратуры и тем более для помеховосприимчивой научной, лабораторной и медицинской техники.
Кроме того, линейно-интерактивные ИБП не обеспечивают электропитание, полностью независимое от состояния внешней энергосистемы, что сохраняет риск повреждения нагрузки в результате, например, резкого сетевого перепада.
Резервные ИБП (off-line, standby, back ups)
Принцип действия
Если внешняя сеть работает в штатном режиме, то ИБП питает нагрузку напрямую от входа и работает аналогично сетевому фильтру. В случае отклонения напряжения от допустимых пределов или при его полном отключении, резервный ИБП автоматически переключает нагрузку на аккумуляторные батареи (питание в таком режиме осуществляется через инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный). Обратное переключение выполняется также автоматически и производится после возвращения сетевого напряжения к норме.
Преимущества и недостатки
В настоящее время к весомым преимуществам off-line ИБП можно отнести только невысокую стоимость.
Недостатками резервных ИБП являются:
- перерыв в электропитании, возникающий при переключении нагрузки на АБ и обратно (составляет минимум 5 мс);
- отсутствие стабилизации напряжения и коррекции частоты при работе от электросети;
- переход на АБ даже при небольших сетевых скачках, приводящий, в условиях отечественной энергосистемы, к быстрому износу аккумуляторов;
- несинусоидальность выходного напряжения при работе в автономном режиме (аппроксимированная синусоида, иногда называемая производителями «модифицированной синусоидой» или «квази-синусоидой»);
- низкий уровень защиты от высоковольтных вбросов и электромагнитных помех.
Применение
Вышеназванные недостатки сужают область применения резервных ИБП. Данные приборы подходят для эксплуатации только в условиях стабильной электросети и только с оборудованием, способным функционировать при низком качестве питающего напряжения. Оff-line ИБП не стоит применять для защиты современной микропроцессорной техники или устройств, содержащих асинхронные и инверторные двигатели – насосы, холодильники, стиральные машины, кондиционеры, котлы систем отопления и т.д.
Способ установки (форм-фактор)
По форм-фактору источники бесперебойного питания можно разделить на:
- ИБП с корпусами для навесного размещения;
- ИБП с корпусами для напольного размещения (tower);
- ИБП для монтажа в стойку (rackmount).
Корпуса первого типа не являются распространенным решением и характерны для маломощных, компактных ИБП.
Корпуса напольного исполнения предполагают расположение устройства на горизонтальной поверхности и представляют собой:
- единый блок с силовой частью и аккумуляторными батареями (для ИБП малых и средних мощностей);
- шкаф, в котором находятся силовые преобразовательные модули и аппаратура управления, коммутации и защиты (для мощных промышленных ИБП). Обычно концепция данного оборудования позволяет производить замену силовых модулей без отключения устройства от сети!
Корпуса типа Rackmount предназначены для стандартных 19-дюймовых шкафов или стоек. Они удобны тем, что позволяют устанавливать ИБП в одной металлической конструкции с защищаемой техникой.
При выборе конкретной модели ИБП необходимо удостовериться, что габаритные размеры устройства соответствуют площади помещения, где планируется его установка (минимум между верхней частью ИБП и потолком – 50 см).
ИБП нежелательно устанавливать во влажных, пыльных и плохо проветриваемых помещениях. Температурный диапазон, обеспечивающий оптимальный режим работы аккумуляторных батарей: от +15 °C до +25 °C.
При работе мощных ИБП выделяется большое количество тепла, и во избежание перегрева место инсталляции рекомендуется оснащать системами охлаждения воздуха.
Корпуса источников бесперебойного питания «Штиль» постоянного тока (серия PS) представляют собой либо отсеки для навесного вертикального размещения, либо моноблоки для установки на плоской поверхности – у более мощных моделей. Разработаны корпуса и в 19-дюймовом исполнении.
Однофазные ИБП «Штиль» переменного тока имеют три исполнения:
- для напольной установки (серия ST);
- для монтажа в стойку (серия SR);
- универсальный корпус (серия STR), допускающий как напольное, так и стоечное размещение.
Трехфазные ИБП «Штиль» мощностью от 10 до 40 кВА представлены моделями с корпусами напольного исполнения. Более мощные трехфазные ИБП «Штиль» (до 500 кВА) выпускаются в вертикальных шкафах.
При использовании совместно с ИБП внешних аккумуляторных батарей ГК «Штиль» предлагает следующие аксессуары:
- батарейные модули (серия BMT – напольное исполнение, серия BMR – стоечное исполнение);
- батарейные стеллажи (серии BS и MBS);
- внешние зарядные устройства (серия BCT– напольное исполнение, серия BCR – стоечное исполнение).
- модульные батарейные стеллажи (серии MBS и MBS-H);
- батарейные шкафы (серия BC).
Экономика
Если взять два источника бесперебойного питания одинаковой мощности, то моноблочный стоит дешевле модульного. По этой причине моноблочные ИБП остаются популярными. Однако увеличение выходной мощности повысит стоимость системы в два раза, потому что к существующему придется добавить еще один такой же блок. Помимо этого появится необходимость установки коммутационных панелей и распределительных щитов, а также прокладки новых кабельных линий.
При использовании модульных источников бесперебойного питания мощность системы можно наращивать плавно. А значит потратиться придется на приобретение такого количества модулей, которых достаточно для удовлетворения существующей потребности в электропитании. Без ненужного запаса.
Энергопотребление
Моноблочная система требует значительно бо́льших энергозатрат, потому что она избыточна. Поясним это на примере для схемы резервирования N+1. N – это величина нагрузки, необходимой для работы оборудования ЦОД. В нашем случае мы возьмем ее равной 90 кВА. Схема N+1 означает, что в системе до сбоя остается незадействованным 1 резервный элемент.
При использовании моноблочного источника бесперебойного питания мощностью 90 кВА для реализации схемы N+1 потребуется использовать еще один такой же блок. В итоге общая избыточность системы составит 90 кВА.
При использовании модульных ИБП мощностью 30 кВА ситуация другая. При той же нагрузке для реализации схемы N+1 понадобится еще один такой же модуль. В итоге общая избыточность системы будет уже не 90 кВА, а только 30 кВА.
Отсюда вывод: использование модульных источников питания позволяет снизить энергопотребление ЦОД в целом.
Заключение
Моноблочные источники бесперебойного питания отличаются невысокой ценой, просты в настройке и эксплуатации. При этом они увеличивают энергозатратность ЦОД и сложно масштабируются. Такие системы удобны и эффективны там, где требуются небольшие мощности и не предполагается их расширения.
Модульные ИБП характеризуются легкой масштабируемостью, минимальным временем восстановления, высокой надежностью и работоспособностью. Такие системы оптимальны для наращивания мощности ЦОД до любых пределов с минимальными затратами.
В настоящее время на рынке систем электропитания представлены ИБП трех типов: резервные, линейно-интерактивные и онлайн (с двойным преобразованием). Они различаются по внутреннему строению, принципу действия и техническим характеристикам.
В данной статье мы разберём все виды источников бесперебойного питания, определим в чём их особенности, достоинства и недостатки, а также рассмотрим, для какой нагрузки каждый тип устройств подходит больше всего.
- Резервные ИБП (off-line, standby, back ups)
- Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive)
- Онлайн ИБП (on-line, ИБП с двойным преобразованием энергии)
- Модельный ряд онлайн ИБП «Штиль»
- Классификация ИБП по мощности
- Классификация ИБП по типу корпуса
Мощность
Мощность потребителей электроэнергии − один из главных параметров при выборе источника бесперебойного питания. Подключение нагрузки c мощностью, превышающей номинал ИБП, может привести как к отключению электропитания, так и к выходу из строя дорогостоящей аппаратуры.
Верно рассчитанная мощность – залог стабильной и долговечной работы ИБП!
Необходимо учитывать, что в технической документации обычно указывается активная мощность оборудования в ваттах (Вт или W), кроме которой существует полная мощность, измеряемая в вольт-амперах (ВА или VA) и рассчитываемая по формуле: VA = W / P, где:
VA − полная мощность, в ВА;
W − активная мощность, в Вт;
P − коэффициент мощности, зависящий от вида нагрузки − в руководстве по эксплуатации может обозначаться как cosφ или PF (Power Factor).
Для правильного подбора ИБП необходимо учитывать мощность электроприемников в ваттах и вольт-амперах, что особенно актуально при подключении устройств с наличием индуктивности: в таких установках полная и активная мощность существенно различаются!
Внимание!
Выбирать ИБП по предельному значению мощности не рекомендуется! Запас, равный 20-30 %, гарантирует корректное функционирование устройства и возможность дозагрузки в процессе эксплуатации. Для трехфазного ИБП максимальная нагрузка на каждую фазу должна составлять не более 1/3 от номинальной!
Если к источнику бесперебойного питания планируется подключение оборудования, имеющего в своем составе электродвигатель (насос, компрессор), то необходимо учесть наличие пусковых токов, превышающих в момент пуска номинальные значения в 3-8 раз:
Кроме устройств с электромоторами, пусковые токи присутствуют и у аппаратов, содержащих инерционные элементы или индуктивности. Обычные лампы освещения при включении имеют пиковые токи, значительно превышающие рабочие. Поэтому в случаях использования ИБП для защиты крупных светотехнических объектов необходимо учесть, что скачки мощности при запуске системы достаточно велики.
ИБП производства ГК «Штиль» имеют широкий мощностной ряд, позволяющий подобрать актуальную модель для решения большинства электрических задач:
- однофазные on-line ИБП – от 1 до 20 кВА (серии ST, SR, STR);
- трехфазные on-line ИБП – от 10 до 500 кВА (серии ST, SM);
- ИБП постоянного тока – от 60 до 480 Вт (серия PS).
Надежность ИБП
Говоря о надежности, мы будем оперировать двумя понятиями: средним временем наработки на отказ (MTBF) и средним временем восстановления системы (MTTR).
MTBF – величина вероятностная. Значение среднего времени наработки на отказ базируется на следующем постулате: надежность системы уменьшается с увеличением числа ее компонентов.
По этому параметру преимущество у моноблочных ИБП. Причина проста: в модульных источниках бесперебойного питания больше конструктивных элементов и разъемных соединений, каждый из которых рассматривается как потенциальная точка отказа. Соответственно, теоретически возможность отказа здесь выше.
Однако для источников бесперебойного питания, используемых в ЦОД, важен не сам отказ, а то, как долго ИБП будет оставаться в нерабочем состоянии. Этот параметр определяется средним временем восстановления системы (MTTR).
Здесь преимущество уже на стороне модульных блоков. Они отличаются низким значением MTTR, потому что любой модуль можно быстро заменить без перерыва в электроснабжении. Для этого нужно, чтобы этот модуль был в запасе, а его демонтаж и установку способен выполнить один специалист. Фактически на это требуется не более 30 минут.
С моноблочными источниками бесперебойного питания ситуация значительно сложнее. Их ремонт выполнить настолько быстро не получится. На это может уйти от нескольких часов до нескольких дней.
Для определения отказоустойчивости системы можно использовать еще один параметр – доступность или по-другому работоспособность. Этот показатель тем выше, чем больше среднее время наработки на отказ (MTBF) и чем меньше среднее время восстановления системы (MTTR). Соответствующая формула выглядит следующим образом:
средняя доступность (работоспособность) =
Применительно к модульным ИБП ситуация получается такая: их значение MTBF меньше, чем у моноблочных, но одновременно у них значительно ниже показатель MTTR. В результате работоспособность модульных источников бесперебойного питания оказывается выше.
Время автономной работы ИБП
Продолжительность резервирования электроэнергии зависит от двух основных факторов:
- мощности нагрузки;
- емкости аккумуляторных батарей (АКБ).
Обратите внимание!
Один и тот же ИБП при разных нагрузках имеет различную продолжительность автономной работы!
Правильное определение длительности автономной работы позволяет подключенному к ИБП оборудованию стабильно функционировать на промежутке времени, необходимом либо для безопасного завершения рабочих процессов, либо для устранения неисправности питающей сети. Ошибки при выборе влекут за собой преждевременный разряд батарей и отключение защищаемой техники.
Обычно производители ИБП указывают период автономной работы в технической документации. Рассчитать его можно самостоятельно, уточнив следующие параметры:
V – номинальное напряжение батарей, в В;
C – емкость одной батареи, в А*ч;
P – мощность подключенной нагрузки, в Вт;
КПД – коэффициент полезного действия ИБП, при работе в автономном режиме;
КДЕ – коэффициент доступной емкости, зависит от температуры и режима разряда;
КГР – коэффициент глубины разряда.
КПД, КДЕ и КГР прописываются в технических характеристиках ИБП и аккумуляторных батарей.
Допускается использование усредненных значений КГР для большинства АКБ, равных 0,8–0,9, и КДЕ:
- при одночасовом режиме разряда и 20 °С – 0,7;
- при двухчасовом режиме разряда и 20 °С – 0,85;
- при десятичасовом режиме разряда и 20 °С – 1.
Время автономной работы = (V х C х КПД х КДЕ х КГР х n) / P, где n – количество АКБ.
Внимание!
Из формулы видно, что на автономную работу ИБП не оказывает влияние мощность самого устройства, следовательно, для повышения времени резервирования необходимо подбирать модель не с большим количеством Вт мощности, а обладающую большой суммарной емкостью АКБ!
При выборе и эксплуатации ИБП нужно учитывать два важных аспекта, связанных со временем работы в автономном режиме:
- при разряде батареи большим током за малый промежуток времени отдается только определенная часть емкости (точные значения данной величины отображают разрядные кривые аккумуляторов);
- емкость АКБ снижается в течение всего срока службы, следовательно, падает и длительность резервирования электропитания, поэтому важна своевременная замена батарей!
Конструктивно АКБ могут располагаться как в корпусе ИБП, так и за его пределами. Источники бесперебойного питания, оснащенные встроенными аккумуляторами, не предназначены для длительной работы в условиях отсутствия электроэнергии. Их основное назначение – обеспечение корректного выключения аппаратуры, например, персональных компьютеров или небольших серверов. Устройства, рассчитанные на работу с внешними батареями, более универсальны и имеют широкую сферу применения: от защиты газовых котлов и IT-оборудования до построения промышленных систем бесперебойного питания. Их автономность можно наращивать, подключая дополнительные аккумуляторные блоки.
В номенклатуре ГК «Штиль» представлены источники бесперебойного питания как со встроенными АКБ, так и не оснащенные батареями, но поддерживающие внешнее подключение широкого модельного ряда аккумуляторов.
Время автономной работы для ИБП «Штиль» со встроенными АКБ:
Серия ИБП «Штиль» | Фазность | Мощность, Вт | Время автономной работы (при 100 % нагрузке) |
SR-SL | 1 Ф | 900 | 6 мин |
ST-SL, STR-SL | 1 Ф | 900 | 6 мин |
1800 | 6 мин | ||
2700 | 5 мин | ||
ST-SL | 1 Ф | 5400 | 7 мин |
8000 | 3 мин | ||
ST-SL * | 3:1 Ф | 8000 | 3 мин |
ST-S | 3 Ф | 9000 | 13 мин |
13500 | 7 мин | ||
18000 | 6 мин (при 80 % от номинальной мощности) | ||
27000 | 6 мин (при 60 % от номинальной мощности) |
ST-SL* (3:1 Ф) – поддерживает подключение внешних АБ небольшой емкости.
Чем отличаются моноблочные и модульные ИБП
В моноблочных источниках бесперебойного питания выходная мощность обеспечивается одним силовым блоком. В модульных ИБП основные компоненты выполнены в виде отдельных модулей, которые размещаются в унифицированных шкафах и работают сообща. Каждый из этих модулей оснащается управляющим процессором, зарядным устройством, инвертором, выпрямителем и представляет собой полноценную силовую часть ИБП.
Поясним это на простом примере. Если взять два источника бесперебойного питания – моноблочный и модульный – мощностью 40 кВА, то первый будет иметь один силовой модуль мощностью 40 кВА, а второй – состоять, например, из четырех силовых модулей мощностью 10 кВА каждый.
Средства мониторинга
При выборе источника бесперебойного питания, помимо вышеуказанных аспектов (мощность, топология, время резервирования), стоит обратить вынимание на оснащенность конкретного устройства программным обеспечением и прочими средствами организации удаленного управления и мониторинга (USB-разъемы, «сухие» контакты, Ethernet).
Для самого простого решения – прямого соединение ИБП с ПК, на котором установлено необходимое для синхронизации ПО, – достаточно коммуникационных портов USB/RS-232 и соединительного кабеля (в случае несовпадения интерфейсов для ПК потребуется соответствующий переходник).
Недостаток вышеуказанного варианта – низкая скорость обмена информацией. В первую очередь он подходит для бытового использования, а также для применения в офисах и на небольших предприятиях для информационного обмена с одиночным ИБП.
Для более сложных схем мониторинга с применением SMS-серверов и специализированных адаптеров наличие ПК обязательно!
Специалистами ГК «Штиль» разработаны платы расширения интерфейсов (серия IC), предназначенные для организации удаленного и локального мониторинга источников бесперебойного питания. Они устанавливаются во внутренние слоты, предусмотренные во всех моделях ИБП «Штиль» переменного тока.
Карты IC (от англ. Interface Card) поддерживают все современные интерфейсы (USB, «сухие» контакты, Ethernet, RS-485) и протоколы мониторинга (SNMP, Modbus), благодаря чему ИБП, оснащенный данной картой, легко интегрируется в любую систему сбора и обработки информации.
Для одновременного контроля множества территориально разнесенных ИБП ГК «Штиль» предлагает программное решение собственной разработки – систему дистанционного контроля и управления, предоставляющую много возможностей по управлению бесперебойным питанием:
Данный продукт объединяет в общую информационную среду до 500 объектов (в том числе ИБП сторонних производителей) и позволяет работать с собранными данными нескольким операторам одновременно!
Ознакомиться с полным модельным рядом ИБП «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Онлайн ИБП переменного тока «Штиль». Модельный ряд.
Читайте также: