ИБП в промышленном исполнении

Офисное оборудование — наиболее массовая область применения источников бесперебойного питания. Эксплуатация ИБП в специфических промышленных условиях требует нестандартного подхода к проектированию таких решений.

Прекращение подачи воды, неработающие кондиционеры, остановка поездов метро и пригородных электричек, погасшие светофоры и гигантские автомобильные пробки. Тысячи людей, заблокированных в тоннелях под землей и лифтах зданий... Описываемая картина стала если не обыденной, то весьма распространенной составляющей нашей жизни. В конце августа 2003 г. в системе энергоснабжения США и Канады произошла масштабная авария. Без света остались около 50 млн человек. Электричества не было в Торонто, Оттаве, Нью-Йорке, Детройте. Спустя две недели подобная ситуация повторилась в столице Великобритании. Чуть позже аналогичные аварии прокатились по островам Дании и западному побережью Швеции. На сутки прекратилась подача энергии на значительной территории Италии. Центральная часть Чили протяженностью около 1000 км к северу и югу от столицы надолго погрузилась во мрак.

Только в шт. Нью-Йорк в результате упомянутой аварии были остановлены девять ядерных реакторов и по одному — в Мичигане, Нью-Джерси и Огайо. В центре Нью-Йорка на Манхеттене без электричества осталась штаб-квартира ООН. Во многих типографиях вышли из строя печатные прессы. Газете The New York Times пришлось сократить количество полос и свести в один номер все свои региональные издания. Все вылеты из аэропортов Нью-Йорка были временно прекращены, а самолеты, находившиеся на подлете к ним, перенаправлялись в другие города. Практически заблокированной оказалась мобильная и обычная телефонная связь. В качестве одной из возможных причин произошедшего в Канаде и Америке фигурировала версия попадания молнии в здание электростанции Ниагарского энергоузла, которое привело к необратимым нарушениям в работе автоматики, и далее события развивались по сценарию «эффекта домино».

Количество факторов, влияющих на функционирование современных энергетических систем, увеличивается. Глобальные энергосистемы становятся сложнее, аварии на них — масштабнее и неотвратимее, а последствия все более грандиозными. К сожалению, приходится признать, что энергетический фундамент современных информационных технологий, проникающих во все сферы жизнедеятельности общества, не столь уж прочен. Опыт упомянутых происшествий в очередной раз напоминает о необходимости надежной и автономной защиты отраслевых объектов и средств управления ими.

Для того чтобы перебои в энергоснабжении не изменяли нормального течения жизни, разработано множество продуктов и технологических решений. Системы бесперебойного питания давно уже стали неотъемлемым компонентом средств защиты компьютерного оборудования — от настольных систем до мэйнфреймов. Внедрение электронных систем управления в промышленности и приложений для контроля за протекающими процессами открыло новые области их применения. Спектр таких приложений довольно широк — от распределенного управления на базе логических программируемых контроллеров до полностью распределенных систем управления, предназначенных в первую очередь для повышения эффективности процессов обработки информации. Часто они оказываются более требовательными к обеспечению параметров надежности, нежели системы обработки данных для офисных нужд. В отличие от ИБП массового спроса, используемых в коммерческих приложениях, системы индустриального класса остаются проектируемыми решениями ограниченного применения. В данной статье рассматривается специфика защиты промышленного оборудования с помощью систем бесперебойного питания, причем в силу данной специализации они даже выделены в отдельный класс — «промышленные ИБП». По причине нестандартных условий эксплуатации их чаще всего изготавливают на заказ, в виде комплексного решения, в целях соблюдения целого ряда предъявляемых требований. В соответствующей профессиональной литературе эта категория оборудования именуется каждым производителем по-своему: Industrial Products (термин, используемый компанией Poweware), Custom Made Systems (терминология Liebert-Hiross), Engeneer-to-Order (терминология Gutor, подразделения APC), Industrial UPS (Chloride), Industrial Solutions (MDE UPS Systems).

КАТЕГОРИИ ОБЪЕКТОВ ЗАЩИТЫ

По данным агентства Frost&Sullivan, объем продаж источников бесперебойного питания c двойным преобразованием растет ежегодно в среднем на 12%, при этом восемь из 10 производимых систем бесперебойного питания спроектированы для массового использования в сфере информационных технологий. Чем же отличаются системы промышленного назначения от ИБП офисного типа? В целом можно выделить три области применения тех и других.

Защита электронной обработки данных. Информационные технологии породили массовый рынок ИБП, с которыми стал ассоциироваться термин «коммерческие ИБП», поскольку вместе с компьютерным оборудованием, как правило, приобретаются и источники бесперебойного питания. Типичные области применения таких систем в сфере информационных технологий — центры обработки данных, банки, страховые компании. Нарушения в системе подачи переменного тока могут негативным образом повлиять на процесс обработки данных и работу систем связи. Однако они не создают существенных рисков для жизни людей или их собственности.

Защита общих производственных процессов. Используемые в данном сегменте источники бесперебойного питания относят к промежуточному классу «легких промышленных систем». Они предназначены для защиты процессов, не приводящих к необратимым тяжелым последствиям даже в случае длительного пропадания входного тока. Нарушения в работе электроснабжения этих объектов способны привести к потере не только выпускаемой продукции, но и времени для повторного пуска производственной линии. Типичные примеры областей применения — фармакологическая и пищевая отрасли.

Защита критических процессов. ИБП, предназначенные для этой цели, традиционно называются промышленными ИБП, при этом сфера их применения не ограничивается защитой систем автоматического управления на промышленных предприятиях. Наглядный пример критических приложений — нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие комплексы, электростанции и транспорт, где последствия нарушения в системе электроснабжения настолько велики, что к оборудованию, предназначенному для защиты многочисленных узлов, предъявляются гораздо более строгие требования, нежели к коммерческим ИБП.

ОТРАСЛЕВАЯ СПЕЦИФИКА

В силу существенных различий в условиях эксплуатации и требованиях к ИБП на транспорте, в нефтехимической отрасли, на энергетических объектах (атомных станциях, гидроэлектростанциях, тепловых электростанциях) каждый проект, в котором задействуются подобные системы, уникален. Оборудование должно работать в агрессивных индустриальных средах с повышенным уровнем вибрации и запыленности, в расширенном диапазоне температуры и влажности, в окружении сильных электромагнитных полей. Так, например, системы бесперебойного питания, установленные на ректификационных колоннах, где осуществляется процесс сепарации нефти на более легкие фракции, должны иметь довольно высокую мощность, поскольку, как правило, защищают не только системы контроля и автоматики, но также осуществляют автономное питание различных исполнительных механизмов (старт работы какого-либо двигателя при закрытии определенного клапана). На нефтедобывающих платформах, функционирующих в открытом море, присутствуют сразу несколько неблагоприятных факторов: влага, соль, расширенный температурный диапазон, неустойчивость самой платформы. Мощность промышленной критической нагрузки, которую защищает система бесперебойного питания, иногда не столь велика, но вот риск, связанный с ее потерей, может оказаться огромным. Любой сбой автоматики на нефтезаводе в пределах города способен привести к катастрофе национального масштаба.

На предприятиях энергетического комплекса довольно часто встречается нестандартное напряжение 220 В постоянного тока. С учетом такой практики было построено большинство электростанций и все понижающие подстанции в Советском Союзе. Автоматика и технологический цикл любой электростанции должны работать независимо от станции в целом. На данных объектах, как правило, предусмотрены цеха аккумуляторных батарей, где устанавливаются линейки по 110 ячеек с напряжением 2 В. Для их профилактики и обслуживания создают специальные подразделения. К оборудованию электростанций предъявляются достаточно высокие требования по виброустойчивости, предписывающие тщательное закрепление всех внутренних деталей ИБП (особенно трансформатора). На таких объектах ИБП функционируют в условиях повышенных температур.

Особенность железнодорожного транспорта и метрополитена — высокая степень вибраций и большое разнообразие специфических видов напряжения. Например, тяговое напряжение может достигать 650 В. Известны случаи применения однофазных систем с напряжением более 5 кВ. С помощью ИБП защищаются различные сигнальные огни, электрические стрелки и т. д. Еще одна отличительная особенность условий эксплуатации оборудования в этой отрасли — нестандартные частоты. К вращающему двигателю локомотива подключается генератор, который вырабатывает электроэнергию с частотой до 400 Гц.

ПО ФАБРИКАМ ДЫМНЫМ

К сроку службы промышленных ИБП предъявляются повышенные требования — 15—25 лет, в то время как офисные ИБП работают без замены запчастей от пяти до семи лет. Кроме того, промышленные системы должны быть оснащены средствами предупреждения о необходимости замены компонентов, чтобы гарантированное время наработки на отказ превышало срок службы этих систем. К температурным условиям наиболее чувствительны батареи, но продолжительность работы других составных частей ИБП может оказаться короче предусмотренной из-за эксплуатации в неподходящих условиях. Это касается, в частности, конденсаторов, применяемых в пассивных LC-фильтрах. Поэтому в промышленных ИБП используются специальные высокотемпературные конденсаторы. Коммерческие ИБП устанавливаются в помещения с температурой 25—350C, где должны соблюдаться строгие требования к содержанию пыли в воздухе. Столь же жесткие условия предъявляются и к влажности.