Современные ИБП с двойным преобразованием не используют трансформаторы, а работают при помощи выпрямителей на биполярных транзисторах с изолированным затвором (Insulated-Gate Bipolar Transistor, IGBT). В результате не только удается достичь более высокого КПД (см. Рисунок 1), но требуется меньше железа и меди. Так, КПД систем Multi Plus от Riello доходит до 96% даже при половинной загрузке устройств. Кроме того, такие решения функционируют без обратного воздействия на сеть с коррекцией коэффициента мощности.
Критически важное сырье, а следовательно, и денежные средства, можно экономить не только на трансформаторах. По словам Штефана Воса, руководителя компании Riello USV, разработчики все чаще отказываются от свинца в пользу литий-никелевых батарей. В настоящее время такие батареи проходят испытания в автомобильной отрасли. Причина кроется не только в стремлении защитить окружающую среду, но и в колебаниях цен на свинец, не поддающихся прогнозированию.
Особым путем в деле экономии энергии, а значит, и денежных средств, пошла компания AEG Power Supply Systems. Для своих трехфазовых ИБП с двойным преобразованием Protect 3, 4 и 5 (до 1000 кВА) она разработала эксплуатационный режим Ecomode+. Такие ИБП предназначены, прежде всего, для применения в промышленной среде, где на выходе ИБП возникают перенапряжения и токи короткого замыкания. Преобразователи на IGBT чувствительны к ним и могут оказаться пробиты; если постоянное напряжение промежуточного контура дойдет до потребителей, то промышленные ПК или управляющие системы могут выйти из строя. По этой причине у ИБП на выходе по-прежнему стоят трансформаторы, обеспечивающие гальваническое разделение промежуточного контура и выхода.
Чтобы все-таки достичь максимально высокого КПД, AEG разработала режим Ecomode+, в котором преобразователь активизируется только при отклонении от заранее определенного диапазона напряжения или частот. В остальных случаях потребители снабжаются напрямую из электросети через интегрированное параллельное электронное переключающее устройство (ЭПУ). Согласно данным производителя, переключение в режим Ecomode+ осуществляется автоматически и бесперебойно, а КПД системы достигает, как утверждается, рекордных параметров — 98%. По словам Хорста Мюнниха, менеджера канала компании AEG Power Supply Systems, благодаря этому режиму затраты пользователя на обеспечение электроэнергией одного ИБП мощностью 220 кВА могут снизиться на 8500 евро ежегодно. Кроме того, владельцы более старых систем AEG, где Ecomode+ не поддерживается, могут установить его дополнительно.
МАСШТАБИРУЕМЫЕ СИСТЕМЫ
КПД любого ИБП повышается с увеличением загрузки. Поэтому производители рекомендуют использование масштабируемых систем, благодаря которым пользователи могут наращивать ИБП в соответствии с текущими потребностями в электроснабжении.
В области масштабируемых систем сформировались два лагеря: к примеру, Emerson/Liebert и Riello делают ставку на параллельное подключение систем (до шести устройств), в то время как APC, Newave и Effekta отдают предпочтение модульным системам (см. Рисунок 2). Штефан Фосс, руководитель Riello, поясняет: «Параллельно подключенные системы обеспечивают избыточность всех компонентов. По сравнению с модульными системами, пользователь приобретает устройство по более выгодной цене, к тому же места для установки оборудования требуется меньше».
Сторонники модульных систем ссылаются на более простую реализацию избыточности n+2 посредством двух дополнительных модулей ИБП в устройстве. Кроме того, отдельные модули легко заменить в процессе эксплуатации. Так, Newave интегрировала функцию «горячей замены» (Hot Swap) без байпаса (Bypass). Стэффен Ривмэн, руководитель Newave, объясняет принцип: «Если один из модулей выходит из строя, то система автоматически, без обходных путей, переключается на избыточный модуль. Затем пользователь отключает неисправный компонент и заменяет его на новый, который настраивается так же, как предыдущий. После включения система автоматически его задействует». По словам Ривмэна, замена батарей и установка расширений происходят аналогичным образом.
Следуя принципу модульности, можно пойти еще дальше: Rittal интегрировала такие модульные ИБП в блочную систему своих ИТ-шкафов. Как сообщил Йорг Крайлинг, руководитель отдела решений для центров обработки данных компании Rittal, они не только легко устанавливаются, но их можно разделять, оснащать различными видами защиты IP, а также охлаждать с помощью соответствующей системы шкафа.
ЛИШНИЕ ПРОБЛЕМЫ С БАТАРЕЯМИ
Как Ривмэн, так и Крайлинг подчеркивают, что для высокой доступности ИБП важно использование однородных батарей с одинаковой степенью заряженности, чтобы система имела однородное внутреннее сопротивление. Герд Зимзак, инженер отдела сбыта компании Emerson Network Power, заметил, что повышение спроса на средства контроля батарей связано с неполадками в их работе. По его оценке, около 80% всех сервисных случаев в отношении ИБП возникали по этой причине. Системы контроля батарей призваны решить данную проблему. Однако для полноценной проверки батарей контролирующему устройству необходимо регулярно проверять каждый элемент в холостом режиме и при различных нагрузках. Подобная тестирующая система стоит около 5000-6000 евро. В таком случае выгоднее не приобретать безымянные продукты неизвестных производителей, а изначально вложить деньги в высококачественные батареи со встроенным тестированием и следить за одинаковым уровнем заряда.
Помимо экономии энергии и масштабируемости ИБП, Стэффен Ривмэн указал на еще одну общую тенденцию: отказ от многочисленных небольших разрозненных аппаратных и серверных комнат в пользу масштабных консолидированных центров. Причина кроется, среди прочего, в том, что крупные предприятия начинают все активнее использовать «тонких» клиентов (Thin Client). В отношении рынка ИБП это означает, что все реже требуются небольшие ИБП для защиты отдельных рабочих мест, а спрос на централизованные ИБП увеличивается. По словам Ривмэна, ИБП малой мощности оснащаются более дешевыми технологиями и батареями, поэтому более половины подобных систем в серьезной ситуации не справятся со своей задачей. Централизованные системы гораздо надежнее и проще в обслуживании. На эту же тенденцию ориентируется и APC/MGE в своих решениях InfraStruXure, причем модули ИБП интегрируются в систему шкафов с избыточным питанием по 500 кВт в каждом (разница в мощности устройств модельного ряда — 25 кВт), а четыре таких шкафа можно объединить в одну конструкцию с общим «горячим» коридором.
БЕЗ ОБРАТНОГО ВЛИЯНИЯ НА ЭЛЕКТРОСЕТЬ
Функционирование ИБП без обратного влияния на электросеть остается актуальной темой для разработчиков отрасли. Герд Зимзак разъясняет суть проблемы: «Как правило, блоки питания серверов и конечных устройств потребляют электроэнергию и в емкостной области. В результате оптимальная синусоидальная волна на выходе ИБП с идеальным сos j, равным единице, трансформируется в волну с сos j, равным 0,8. Соответственно, мощность на выходе сокращается. Если этот эффект учитывается в конструкции ИБП и вводится коэффициент снижения номинальной мощности, а пользователь применяет ИБП более высокого класса, то при использовании ИБП с номинальной мощностью в 100 кВА даже при сos j, равном 0,8 (вследствие емкостных и индуктивных нагрузок), итоговая мощность составит 80 кВт».
По его мнению, пользователь должен учитывать, что при переключении в режим работы от генератора системы должны запускаться с задержкой, чтобы пусковые токи лифтов и других потребителей не перегрузили генератор. Как правило, тестовые сценарии не учитывают эту особенность, и в случае действительной необходимос-ти возможны сбои.
ОСОБЫЕ РЕШЕНИЯ
Райнер Шмей, руководитель компании Effekta, видит на примере своей компании не только сокращение потребления энергии, но и повышенный спрос на особые решения: внешние системы, нестандартные размеры устройств или модели с небольшими изменениями сигнализации. По словам Шмея, такие решения оправдывают себя уже при количествах от 20 штук, а в специальных корпусах — от 50. Кроме того, Effekta предлагает подключение к водородно-кислородным топливным элементам (см. Рисунок 3). Это решение относительно дорого, однако обеспечивает неограниченный срок службы батареи и требует меньше места, чем генератор. Для автономных соединений возможно питание от солнечной энергии.
Дорис Пипенбринк – редактор LANline.
© AWi Verlag