Системы бесперебойного электроснабжения

Рис. 11. Централизованная СБЭ

 

Преимуществами: централизованной структуры СБЭ являются:

эффективное использование установленной мощности ИБП и емкости батарей;

• устойчивость к локальным перегрузкам;
• возможность увеличения времени автономной работы за счет отключения менее ответственных потребителей в соответствии с так называемым планом: «деградации» системы;
• исключение перегрузки нейтрального проводника на. участке от ввода до ИБП.

Недостатком централизованной системы является вероятность общего отказа из-за неисправности распределительной: сети бесперебойного электроснабжения или самого ИБП.

В чистом: виде каждая из приведенных систем применяется достаточно редко. На практике часто применяют комбинированные или двухуровневые системы. [1]

На рис. 12 представлена структурная схема частного применения комбинированной системы бесперебойного электроснабжения узла связи. [6]

Рис. 12. Комбинированная СБЭ

 

По данной схеме возможна организация канала ~220В повышенной надежности и с максимальным временем работы за счет объединения двух независимых каналов. Этот канал может формироваться непосредственно в потребляющей электроустановке.[6]

Непрерывный характер технологических процессов в инфокоммуникациях и необходимость сохранения и защиты информации обусловливают требования к надежности функционирования технических средств СБЭ. Поскольку надежность работы оборудования компьютерных сетей и комплексов связи неразрывно связана с электроснабжением, требуется принятие специальных мер по обеспечению надежности работы СБЭ.

Надежность системы — совокупное понятие, включающее возможность продолжения работы системы в целом: даже при возникновении неисправностей (отказов) ее элементов, локализацию места отказа элемента системы и восстановление исходной работоспособности путем замены или дублирования отказавшего элемента.

В СБЭ отказоустойчивость достигается за счет применения двухуровневой схемы электроснабжения и избыточности комплекса ИБП (принцип N+1).

Продолжение работы системы в целом, даже при возникновении неисправностей (отказов) ее элементов, достигается резервированием ее важнейших элементов, в нашем случае ИБП. Мощные трехфазные ИБП должны функционировать в параллельном комплексе.

Целью объединения нескольких ИБП в параллельный комплекс является обеспечение работы комплекса в целом при отказе одного из ИБП. Структура параллельного комплекса изображена на рис. 13

Количество ИБП рассчитывается таким образом, чтобы в случае выхода из строя одного из источников (на рис. 13 — ИБП 3) оставшиеся в работе могли обеспечивать питание нагрузки (принцип RPA — Redundant Parallel Architecture — избыточная параллельная архитектура).

Рис. 13. Параллельный комплекс ИБП

 

Возможны два варианта построения параллельного комплекса:

• по централизованной схеме (с выделением статического переключателя обходной цепи байпаса в виде объединительного блока);
• по децентрализованной (модульной) схеме — без объединительного блока.

Централизованная схема требует установки объединительного блока, рассчитанного на суммарную выходную мощность комплекса. Модульная структура (рис. 13) позволяет при необходимости нарастить комплекс, добавляя новые ИБП к уже установленным. В современных параллельных комплексах ИБП применяются модульные схемы.

Управление централизованной и модульной структурой производится по принципу распределенной логики, т.е. без центрального управляющего звена. Таким образом, микропроцессорные блоки синхронизации работы параллельного комплекса в каждом ИБП полностью равноправны, и отключение либо выход из строя одного из ИБП не приводит к потере работоспособности комплекса в целом. Такая схема позволяет также производить техническое обслуживание и ремонт любого ИБП не только без отключения нагрузки, но и с сохранением бесперебойного электроснабжения.

Наряду с параллельной схемой СБЭ существует последовательная схема. В таких системах резервирование ИБП достигается за счет включения на вход байпаса резервного ИБП. Резерв находится во включенном состоянии, но нагрузки не несет и не участвует в работе при переходе основных ИБП в автономный режим. На рис. 14 приведена последовательная схема СБЭ с резервированием по линии байпаса.

Рис.14. Последовательная схема СБЭ с резервированием по линии байпаса.

На рис. 15 изображена традиционная схема последовательного «горячего резервирования». Такие схемы исторически были первыми на пути создания отказоустойчивых систем, но после появления систем RPA отошли на второй план по причине наличия ряда недостатков, которые отсутствуют в параллельных системах.

Рис 15. Схема последовательного «горячего резервирования»

 

Второй уровень СБЭ относится к ответственным рабочим станциям, файл-серверам, активному сетевому и телекоммуникационному оборудованию. При сосредоточенном размещении этого оборудования его электроснабжение обеспечивается с применением выделенного ИБП средней мощности (до 40 кВА) в сочетании с простыми резервными ИБП типа off-line. Такое решение в сочетании с дополнительными техническими средствами, позволяющими осуществлять резервирование ИБП второго уровня, представляет собой отказоустойчивую систему бесперебойного питания. В качестве наиболее прогрессивного решения по созданию отказоустойчивых систем следует рекомендовать СБЭ с применением источников бесперебойного питания класса энергетического массива.

Помимо применения параллельных комплексов ИБП и энергетических массивов в настоящее время начинают применять схемные решения, заимствованные из «большой» энергетики и позволяющие осуществлять электроснабжение нагрузок группы А от двух независимых. ИБП. Устройства, позволяющие реализовать эту схему, получили название «избыточный переключатель» (redundant switch). Устройство имеет сравнительно небольшую мощность и позволяет питать сервер или комплект сетевого оборудования. Рекомендуется подключать ИБП, работающие на избыточный переключатель, к различным групповым линиям, желательно от разных секций главного распределительного щита (ГРЩ).

Разумеется, такое схемное решение применяется для особо критичных нагрузок из группы А. В большинстве случаев эти технические средства информатизации и

телекоммуникаций оборудуются двумя независимыми блоками питания, и необходимость использования избыточного переключателя отпадает. Для питания таких потребителей следует выполнить групповую сеть таким образом, чтобы обеспечить питание от различных секций ГРЩ, причем по крайней мере одна из линий должна иметь питание от СБЭ.

Модульные системы постоянного тока также позволяют создавать отказоустойчивые системы электроснабжения. Применяя инверторы, можно создавать системы бесперебойного электроснабжения средств коммуникаций, использующих питание переменного тока, web-узлов и центров обработки. Существует мнение о целесообразности перевода питания средств информатизации на питание от постоянного тока. Действительно, существует ряд предпосылок для таких преобразований:

• большое время автономной работы систем постоянного тока ( несколько часов);
• необходимость совместной работы потребителей, питающихся переменным и постоянным: током, исходя из условий обработки и передачи информации;
• сложившееся применение инверторов в системах постоянного тока;
• необходимость снижения эксплуатационных затрат.

Отказ питания от инверторов части оборудования в системах постоянного тока потребует перевода вторичных источников питания этого оборудования на электроснабжение от постоянного тока. Это повысит совокупную надежность системы, снизит затраты. Однако сложившийся парк оборудования и технология его производства не могут быть изменены в одночасье. Не является универсальным и сам принцип электроснабжения на постоянном токе. Например, для зданий в целом он вряд ли применим, поскольку требования нормативных документов в строительстве не разработаны для распределенных систем постоянного тока. Не изучены вопросы электромагнитной совместимости, электробезопасности, нет электрооборудования для систем, распределенных в масштабах зданий. В настоящее время область применения систем: постоянного тока остается прежней — средства связи и телекоммуникаций.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 3

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Стремительный рост ИТ и телекоммуникационного бизнеса, функционирующего круглосуточно, повсеместная компьютеризация и автоматизация предъявляют повышенные требования к электропитанию. Современный бизнес зависит не только от качественного электропитания, но, в первую очередь, от доступности электропитания. В таких сферах деятельности, как, например, здравоохранение, банковский и телекоммуникационный бизнес, промышленность, сбои и пропадание напряжения могут стать причиной не только огромных потерь для коммерческой деятельности, но и нанести ущерб здоровью человека, а также стать решающими факторами для человеческой жизни.

Ключевой тенденцией на рынке ИБП можно считать уверенный рост спроса на крупные источники топологии on-line, которые все больше вытесняют источники типа off-line и line-interactive. Источники топологии on-line (девятая серия по классификации компании Eaton's Powerware Division) способны защитить оборудование от всех существующих сбоев электропитания и обеспечить высочайший уровень доступности электропитания — до 99,999%. [4]

Основным требованием при построении эффективной системы электропитания современного предприятия является обязательное включение оборудования защиты электропитания. Построение сложных систем бесперебойного питания требует особой тщательности и профессионализма на этапе проектирования, инсталлирования и ввода в эксплуатацию. Необходимо долгосрочное проектирование комплексной системы бесперебойного электроснабжения квалифицированными специалистами, способными учесть как текущие потребности компании, так и необходимость дальнейшего развития системы, дополнительного резервирования и масштабирования уже установленной системы с учетом роста её потребностей. [4,5]

Надежность систем, наличие резервирования, удобство эксплуатации, простота обслуживания, возможность последующего расширения систем, их совместимость с другим оборудованием, возможность мониторинга, доступность сервиса — основные моменты, которые учитываются предприятиями.

Российский рынок источников и систем бесперебойного питания ещё очень далёк от насыщения. Для систем малой мощности (до 5 кВА) это объясняется «необразованностью» потребителя, не всегда понимающего необходимость установки ИБП для защиты персонального компьютера или локальной сети от потерь информации из-за сбоя электропитания. Соответственно, с ростом общего уровня «грамотности» в этом вопросе, всё большее количество потребителей будет приобретать ИБП для защиты своего оборудования. Кроме того, достаточно перспективным становится сегмент рынка устройств, предназначенных для защиты домашнего дорогостоящего оборудования (домашних кинотеатров, плазменных телевизоров и т.п.). Такие системы, стоимость которых может доходить до десятков тысяч долларов, вполне заслуживают защиты источником бесперебойного питания, стоимость которого составляет 1–2% от стоимости самого оборудования.

Сегмент «средних» (5–30 кВА) и «больших» (>30 кВА) систем не менее перспективен. Учитывая стремительное развитие телекоммуникационной сферы, процесс обновления промышленной инфраструктуры существующих предприятий и растущие иностранные инвестиции в российскую промышленность, эта область рынка будет развиваться даже более быстрыми темпами, чем сегмент «малых» систем. [5]

Безусловно, наиболее перспективными на данный момент являются технологии, позволяющие увеличить надежность систем бесперебойного питания и исключить возможность простоев. Это — системы параллельного резервирования (наше предложение — технология HotSync). Все больше внимания уделяется также уменьшению размеров ИБП, возможности масштабирования систем и упрощению эксплуатации, новые источники становится все легче использовать и обслуживать.[4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате изучения темы «Системы бесперебойного электроснабжения» были рассмотрены материалы по данному вопросу, затрагивающие исторические и теоретические аспекты.

Исходя из цели работы, была выявлена структура системы бесперебойного электроснабжения, основу которой составляют источники бесперебойного питания и аккумуляторные батареи. Так же, в зависимости от предназначения, в состав СБЭ могут входить преобразователи напряжения (инверторы и выпрямители). Кроме того были представлены классификации источников бесперебойного питания по мощности (маломощные, средней и большой мощности) и типу ИБП (off-line, on-line, line-interactive). А также типы on-line ИБП (с одиночным преобразованием; с дельта-преобразованием; феррорезонансные ИБП; с двойным преобразованием). Уделено внимание в работе и конструктивному исполнению ИБП, системам постоянного тока и их компонентам, аккумуляторным батареям и видам построение систем бесперебойного электроснабжения (распределенной, централизованной и комбинированной), их преимуществам и недостаткам.

Изучение темы показало, что СБЭ являются незаменимым элементом в системе современного электроснабжения. Их значимость неоспорима как для промышленных и стратегических объектов, так и для повседневной жизни людей. Кроме того, основываясь на существующих исследования можно сказать, что перспектива наилучшего развития и процветания стоит за источниками топологии on-line, благодаря их надежности и способности защитить оборудование от всех существующих сбоев электропитания и обеспечить высочайший уровень доступности электропитания — до 99,999%.