Сегодня, как и сотню лет назад, работа телефонных систем целиком зависит от наличия постоянного тока. Его основными потребителями в телекоммуникационной среде являются офисные АТС, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры, модемы и другое каналообразующее оборудование

В 70% случаев мощность нагрузок в системах связи составляет от 0,1 до 4—5 кВт. При низких показателях потребляемой мощности можно использовать для бесперебойного электроснабжения обычные аккумуляторные батареи. Время автономной работы этих незамысловатых источников питания при подключенной нагрузке составляет от нескольких часов до нескольких суток, поэтому для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования операторы, как правило, выбирают системы электропитания постоянного тока (DC-системы). К ним относятся электропитающие установки (ЭПУ), выпрямительно-зарядные устройства (ВЗУ) и аккумуляторные батареи (АКБ).

Интеграция телекоммуникационных и вычислительных сетей наряду с широким использованием компьютерной и серверной техники на предприятиях связи стали поводом для активной дискуссии о преимуществах и недостатках оборудования, предназначенного для защиты питания переменного и постоянного тока.

Принципиальный спор

Ведущий специалист компании «Инэлт» Сергей Ермаков приводит ряд убедительных аргументов в пользу применения ИБП переменного тока (AC-систем). Логика его рассуждений такова.

Мировая энергосистема вырабатывает и подает в электросети общего пользования переменный ток, но для работы связной техники требуется постоянный ток. Его можно получить либо от выпрямителей, либо от АКБ, для заряда которых также необходимы выпрямительно-зарядные устройства. В то же время для работы компьютерной техники нужен переменный ток высокого качества.

Казалось бы, наиболее рациональным решением проблемы электропитания компьютерной техники на предприятиях связи должно быть применение преобразователей постоянного тока в переменный, т. е. инверторов. Но на практике нередко наблюдается парадоксальная картина: высоконадежные ИБП, использующие технологию двойного преобразования (в них встроены и выпрямитель, и инвертор, и АКБ), обходятся дешевле, чем отдельный инвертор.

Причина состоит в том, что операторы эксплуатируют множество разнородных элементов, потребляющих постоянный ток, каждый из которых должен получать электроэнергию со специфическими характеристиками. Данное обстоятельство обязательно учитывается в схемных решениях при проектировании ВЗУ. Кроме того, инверторы, используемые для снабжения электроэнергией компьютерной техники, не должны вносить искажений в работу сети постоянного тока, что также необходимо учитывать. Обеспечение указанных условий приводит к изрядному повышению стоимости ВЗУ и инверторов.

Рис. 1. Схема бесперебойного питания нагрузки постоянным током

Теперь рассмотрим работу высоконадежного ИБП. Сначала он преобразует переменный ток в постоянный, а затем снова в переменный, притом работает на единственного потребителя. По этой причине и ВЗУ, и инвертор, встроенные в ИБП, проще в изготовлении (а значит, дешевле). В них не соблюдаются строгие требования к качеству постоянного тока. Помимо этого ИБП традиционно считаются одним из видов компьютерной техники, которая в последнее время отличается стабильной тенденцией к удешевлению. ВЗУ и инверторы, по утверждению Ермакова, дешевеют гораздо медленнее, чем ИБП.

Аргументы в пользу систем постоянного тока не менее убедительны. Как считает руководитель проектов компании NeuHaus Дмитрий Тихомиров, системы бесперебойного питания на базе ИБП переменного тока имеют ряд очевидных недостатков. Во-первых, при использовании ИБП время работы от аккумуляторных батарей ограничивается мощностью зарядного устройства, и для увеличения времени автономной работы до нескольких часов заказчику приходится покупать ИБП существенно большей номинальной мощности, чем того требует нагрузка. Во-вторых, решения, связанные с построением параллельных систем, в которых используются ИБП и ЭПУ, нередко сложны в эксплуатации и являются достаточно дорогими. В-третьих, наличие между нагрузкой и аккумуляторными батареями дополнительного звена (инвертора) отнюдь не прибавляет системе надежности.

По мнению Тихомирова, DC-системы имеют неоспоримые преимущества. Начнем с того, что на базе ЭПУ обеспечивается возможность построения избыточной системы путем резервирования активных компонентов (в данном случае — выпрямительных модулей). В DC-системах питание нагрузки осуществляется непосредственно с выхода ЭПУ, в буфере которой установлены аккумуляторные батареи. При выходе из строя источника питания (что само по себе маловероятно) или сбое в работе основной системы электроснабжения нагрузка в течение длительного времени будет получать подпитку от аккумуляторных батарей (до исчерпания их емкости). В большинстве случаев этого достаточно для своевременного устранения неисправности ЭПУ или восстановления основной системы электроснабжения без остановки телекоммуникационного оборудования.

ЭПУ характеризуются простотой конструкции и высоким КПД, поскольку преобразование электрической энергии производится только один раз — из переменного тока в постоянный. Системы гарантированного электропитания на базе постоянного тока легко масштабируемы: на первом этапе развертывания решения рассчитывается количество требуемых свободных слотов в шасси, а затем, при необходимости увеличения мощности, в них просто устанавливаются дополнительные выпрямляющие модули.

Немаловажно, что ЭПУ одновременно является зарядным устройством для аккумуляторных батарей, поэтому при правильном расчете ЭПУ поддерживается возможность регулирования времени заряда аккумуляторов. По сравнению с ИБП переменного тока ЭПУ значительно более компактны, так как в их конструкции отсутствуют некоторые функциональные блоки, присущие ИБП переменного тока. Наконец, ЭПУ используют значительно более широкий диапазон допустимых входных напряжений — от 80 до 300 В в расчете на одну фазу.

Очевидно, универсального ответа на вопрос о том, какие системы (переменного или постоянного тока) предпочтительнее для телекоммуникационных компаний, попросту не существует. В сложившейся ситуации на предприятиях связи используются как DC, так и AC-системы. При этом парк оборудования, требующего электропитания переменным током, стабильно растет, поэтому операторы заинтересованы в реализации надежных, но прагматичных схем обеспечения бесперебойного электропитания.

Нужно сказать, что производители телекоммуникационного оборудования не оставляют без внимания проблемы связистов. В последнее время все больше телекоммуникационных устройств оборудуются двумя входами для подключения питания от сетей переменного и постоянного тока. Одновременно производители ЭПУ и ИБП стали проектировать DC-системы так, чтобы максимально облегчить их интеграцию в комбинированные схемы защиты электроснабжения.

APC

Набор продуктов электропитания постоянного тока компании APC органично дополняет ее решения в области переменного тока. Последние хорошо известны отечественным потребителям: это Smart-UPS, Symmetra, Matrix-UPS, Silcon. Для рынка телекоммуникаций вендор производит устройства резервного электропитания в настенном исполнении, а также системы, устанавливаемые в стойки размером 19 и 23 дюйма, и в формфакторе ETSI. Линейка выпрямителей APC включает в себя модульные устройства, в том числе оборудование для индивидуального использования и создания резервных систем с возможностью горячей замены отдельных блоков.

Система электропитания постоянного тока малой мощности APC WS-200 представляет собой компактное настенное устройство, обеспечивающее питание постоянным током силой 7,5 А при напряжении 48 В. Решение включает два избыточных выпрямителя, блок распределения электропитания, резервную батарею и блок сигнализации. В корпус вмонтирована установка конвекционного охлаждения. При необходимости можно приобрести кронштейны для установки системы в 19- или 23-дюймовую стойку. WS-200 предназначен для питания мини-АТС и систем ISDN, точек присутствия (PoP) провайдеров Internet, характеризующихся низкими требованиями к мощности, и оборудования оптоволоконных сетей.

Более мощные модульные подсистемы семейства MX06, оснащенные выпрямителями APC TWF0500В с вентиляционным охлаждением, применяются для электропитания оборудования сотовой связи, небольших АТС, операторских систем широкополосной беспроводной связи и магистрального оптоволоконного оборудования. В комплект MX06 входят несколько продуктов. Источник питания MY06 приспособлен к монтажу в 19-дюймовую стойку и поддерживает питание нагрузки током до 42 А при постоянном напряжении 48 В (54 В). Кроме того, изделие оснащено простым контроллером и допускает установку до четырех выпрямителей с максимальным током 10,5 А. Подсистема MX06 имеет распределительную панель со встроенным реле отключения батареи при пониженном напряжении. В стандартный комплект поставки входят индикаторы неполадок.

Подсистема MS06 обеспечивает питание нагрузки постоянным током до 63 А при напряжении -48 В (54 В). В изделие можно установить до шести выпрямителей, рассчитанных на генерацию тока силой 10,5 А. Базовая карта сигнализации обеспечивает вывод информации о неполадках и может активировать режим термокомпенсации.

Интегрированная резервная система постоянного тока PC300 обеспечивает выработку постоянного тока силой до 300 А при напряжении 54 В. На случай сбоя в электросети она комплектуется резервными батареями емкостью до 400 А/ч. Система позволяет устанавливать до шести выпрямителей MRF2800, включает в себя контроллер DM2000, четыре батарейных лотка высотой 6U и блок распределения постоянного тока. PC300 применяется в системах сотовой связи и телефонных сетях общего пользования. На базе данного решения можно строить системы электропитания с избыточностью N+1 и распределенные системы электроснабжения.

Устройство PC1200 представляет собой шкаф, который позволяет устанавливать до 12 выпрямителей с возможностью «горячего» подключения TRF5600K54, вырабатывающих ток до 1200 А при напряжении 54 В. В комплект поставки входит системный контроллер DM2000. Допускается параллельное подключение нескольких шкафов. PC1200 также ориентирован на беспроводные телекоммуникации, сети передачи данных и распределенные системы операторского класса.

Chloride

Компания Chloride поставляет системы электропитания постоянного тока различной мощности — от 100 до 16,8 кВт. К маломощным относится решение EDC-EDR. Оно обеспечивает питание нагрузки с потребляемой мощностью от 100 Вт до 2,7 кВт и монтируется в стандартную стойку шириной 19 дюймов (опция EDR) или в настенный кабинет (опция EDC). Система оснащается комплектом, в который входят от одного до пяти выпрямительных устройств (5 А с напряжением 24 В) или одно-два ВЗУ с рабочими параметрами 10 А/48 В, средства мониторинга и устройства защиты на выходе и входе батарей (плавкие предохранители).

Электроэнергетическая система постоянного тока Chloride EDB 9000 мощностью 9 кВт с напряжением 48 В объединяет в себе от одного до пяти выпрямительных устройств и одну батарейную линейку. Выпрямительные модули на 1,8 кВт являются вспомогательными устройствами, позволяющими осуществлять модернизацию и обслуживание без выключения электропитания. В зависимости от назначения одно из выпрямительных устройств может обеспечивать резервирование по схеме N+1.

Герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные батареи с прямым подключением обеспечивают легкий ввод в эксплуатацию. Выходные разъемы для пользователей защищены плавкими предохранителями или автоматическими выключателями. Решение EDB 9000 контролируется системой локального мониторинга Micro-Pegase, которая отслеживает параметры заряда батарей, их отключение, а также характеристики и циклы выходных сигналов. Увеличенный батарейный кабинет вмещает от одной до трех батарейных секций емкостью 10 А/ч.

Следующая по уровню мощности система EDC 13500 объединяет в себе от одного до пяти выпрямительных устройств, комбинированных с системой батарейных линеек (от одной до четырех). Еще более мощная платформа EDB 16800 (мощность 16,8 кВт, напряжение 48 В) — это группа из соединенных между собой шести выпрямительных устройств и четырех или пяти батарейных линеек, устанавливаемых в шкаф высотой 1700/2000 мм. Для увеличения мощности и времени автономной работы шкаф системы EDB 16800 может соединяться с одним или несколькими шкафами того же типа.

Компания Chloride также производит различные выпрямители серии EDV и инверторы RDI 1000 и RDI 3000.

Eltek

Компания Eltek разработала для индустрии телекоммуникаций полную линейку систем электропитания постоянного тока. Малые системы обеспечивают выходной ток силой не более 100 А и могут применяться для электроснабжения сетевых узлов электронной почты, шкафов цифровых абонентских линий (DLC), беспроводных базовых станций 3G, волоконных повторителей и малых микроволновых сетей. Средние системы с выходными токами 100—1000 А используются для электроснабжения оборудования сотовой связи стандартов ТDМА/CDMA и GSM, больших сетевых узлов электронной почты и хостинга, волоконно-оптических повторителей и телефонных коммутаторов малой емкости. Наконец, большие системы с выходными токами свыше 1000 А обычно применяются для питания центральных коммутирующих станций, Internet-узлов и магистральных оптических коммутаторов.

ЭПУ Eltek MPSU 200 малой мощности разработаны для выполнения как автономных, так и комплексных задач. Все оборудование данной категории оснащено средствами конвекционного и воздушного охлаждения и устанавливается во внутренних или внешних шкафах. MPSU 200 имеет специальную конструкцию для размещения в аппаратуре базовых станций сотовой связи, в уличных аппаратных шкафах и на сетевых узлах электронной почты. Система базируется на модулях выпрямителей SMPS 200 и использует блок контроля и управления AL 175 NT.

Соотношение выходной мощности к весу устройства обеспечивают эффективное использование MPSU 200 пространства аппаратной стойки. В одну секцию системы электропитания можно устанавливать до восьми сменных блоков выпрямителей наряду с блоком управления и съемной распределительной панелью. В зависимости от потребностей заказчика система может комплектоваться различными вариантами распределительных панелей.

Серия систем электропитания средней мощности состоит из модульных источников питания и автономных интегрированных стоек мощностью до 21 кВт. Все системы данного класса построены на основе выпрямителей SMPS 1000 SI, которые являются сменными импульсными блоками питания, и модулей AL 175 NT, представляющих собой блоки контроля и управления с расширенными коммуникационными возможностями. В блоке контроля и управления с микропроцессорным управлением AL 175 NT реализована функция дистанционного контроля и управления. Для локального управления системой используется интерфейс RS232, а для удаленного доступа служат коммутируемые телефонные линии (PTSN) или протокол TCP/IP.

К системам Eltek средней мощности относятся модели ЭПУ MPSU 4000, MPSU 5000, MPSU 6000, а также система электропитания постоянного тока PRS 700. Последняя выполнена в виде интегрированной стойки, в которую устанавливается до 21 выпрямителя в различных конфигурациях, блок контроля и распределительные панели.

ЭПУ Eltek с выходными токами силой свыше 1000 А разработаны для поддержки автономных узлов связи с большой потребляемой мощностью. Они обычно применяются для электропитания крупных офисных коммутаторов, узлов Internet-хостинга и оптических коммутаторов.

Флагманский продукт Eltek в данной категории — ЭПУ AEON 4000. Он представляет собой готовые системы в 21-дюймовых стойках, рассчитанные на ток до 1000 А. Более мощные системы требуют отдельных стоек с выпрямителем и распределительной панелью. Система AEON 4000 состоит из набора выпрямителей SMPS 4000 SI (от 6 до 24), которые обеспечивают выходную мощность 24—96 кВт. Каждый из выпрямителей может управляться дистанционно при помощи микропроцессорного блока контроля и управления AEON Gold, призванного достичь высокого уровня КПД питающего оборудования с эффективностью до 91%.

Для контроля DC-систем Eltek разработала программное приложение WinPower. Оно поставляется на рынок в двух версиях: WinPower 4000 (для работы с устройствами контроля и управления AEON Gold) и WinPower 700 (для взаимодействия с устройствами контроля и управления AL 175). WinPower 4000 функционирует в среде ОС Windows. В главном окне программы отображаются большинство критичных параметров системы питания. Поддерживается возможность непосредственного доступа к системным установкам и прямого опроса блока контроля через систему меню. Для разделения прав доступа предусмотрена авторизация пользователей. Способ связи зависит от способа подключения компьютера к системе. Допускаются как локальное подключение (с помощью интерфейса RS232), так и удаленный доступ через модем (используются коммутируемые телефонные сети или протокол TCP/IP).

Вторая версия — WinPower 700 — также является, по сути, Windows-приложением и может служить для контроля и управления ЭПУ MPSU 200, MPSU 4000, MPSU 5000, MPSU 6000 и PRS 700. В 2004 году продуктовая линейка Eltek пополнилась компактными DC-системами Flatpack.

Emerson Energy Systems

Год назад компания Emerson Energy Systems практически полностью обновила линейку систем постоянного тока, одновременно переименовав ее в ACTURA. Согласно принятой в Emerson классификации, DC-системы условно делятся на четыре группы: микросистемы (мощностью 0—3 кВт), системы малой мощности (3—7 кВт), средней (6—15 кВт) и большой (15—60 и более кВт).

Кроме того, Emerson производит блоки распределения постоянного тока, выполняющие разнообразные функции. Среди них — функция двухцепной нагрузки с различными дополнительными параметрами выходной цепи (например, ограничением импульсов переходных токов). Буферная система постоянного тока BZY 201 11 представляет собой дополнительное распределительное устройство с напряжением 48 В и поддержкой функции ограничения импульсных помех. Она применяется, когда источник с низкоомным распределением тока питает оборудование с повышенными требованиями к надежности (например, электронный коммутатор). Основными элементами BZY 201 11 являются конденсаторные и диодные модули, блоки распределения с автоматами защиты и шкафы. В каждом шкафу размещается центральный блок управления, контролирующий остальные функциональные компоненты системы.

Системы питания Emerson комплектуются аккумуляторными батареями ведущих мировых производителей емкостью 13,5—1000 А/ч. Кроме того, в содружестве с партнерами по рынку этот производитель разработал новую аккумуляторную батарею EB4, соответствующую габаритам современных телекоммуникационных стоек.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями