Решать комплексно

Оборудование узлов связи (серверы, телекоммуникационная инфраструктура) относится к особой группе первой категории надежности электроснабжения. Именно для этой группы необходимы системы бесперебойного гарантированного энергоснабжения (СБГЭ). Основу СБГЭ составляют специальное электрооборудование, питающие, распределительные и групповые сети. СБГЭ состоит из трех подсистем, обеспечивающих три уровня надежности электроснабжения потребителей (рис. 1).

Подсистема негарантированного электроснабжения (НГЭ) предназначена для подключения энергоемкого электрооборудования, допускающего перерывы в электроснабжении и не требовательного к качеству питания. К нему относятся системы комфортного кондиционирования, наружного освещения, бытовой розеточной сети, лифтов. При наличии на объекте более одного ввода второй категории надежности подсистема НГЭ может включать в себя автомат введения резерва (АВР-ввода), который обеспечивает автоматическое переключение нагрузок между рабочим и аварийным вводами. Таким образом, качество и надежность электроснабжения потребителей, подключенных к НГЭ, ограничены качеством и надежностью местных электрических сетей.

Подсистема гарантированного электроснабжения (ГЭ) предназначена для подключения электрооборудования, не критичного к качеству электроэнергии, в работе которого допускаются кратковременные перерывы. Это системы технологического кондиционирования, вентиляции, внутреннего освещения, аварийные лифты, пожарные насосы и т.п. Подсистема ГЭ основана на независимом источнике электроэнергии (ДГУ, т.е. автоматическая дизель-генераторная установка, либо независимый ввод первой категории надежности) в комплекте с устройством введения автоматического резерва. При исправности городской сети все нагрузки ГЭ питаются от основного ввода. При выходе основного ввода из строя нагрузки ГЭ обесточиваются, АВР ДГУ дает сигнал на запуск генератора и после его выхода на заданный режим подключает к нему нагрузки ГЭ. При наличии второго ввода первой категории АВР переключает нагрузку на резервный ввод. Следовательно, надежность ГЭ обеспечивается на уровне требований к первой категории, а качество электроэнергии в этом случае соответствует качеству местных сетей.

Подсистема бесперебойного электроснабжения (БЭ) предназначена для подключения оборудования связи, ИТ-комплексов и других нагрузок, не допускающих перерывов электроснабжения и требующих высокого качества электроэнергии. Качественное бесперебойное электроснабжение обеспечивают центральные on-line-источники бесперебойного питания (ИБП) с двойным преобразованием энергии. При включении центрального ИБП в состав СБГЭ отпадает надобность в большой емкости аккумуляторов, так как ИБП обеспечивается энергией по требованиям первой категории надежности. Хотя наработка на отказ современных онлайновых ИБП составляет порядка 150 тыс. ч, следует использовать возможности дополнительного повышения уровня надежности электроснабжения с помощью резервирования центрального ИБП по схеме N+1 или 2N. Для особо важных нагрузок можно предусмотреть дополнительную защиту локальными ИБП. Таким образом, центральный on-line-ИБП в составе СБГЭ поддерживает надежную взаимную развязку питающей сети и нагрузок БЭ, обеспечивая очень качественное бесперебойное электроснабжение критически важного ИКТ-оборудования.

Возможны варианты

Для обеспечения высокой степени готовности и отказоустойчивости узлов связи обычно используются централизованные системы бесперебойного электроснабжения, имеющие превосходные эксплуатационные характеристики.

При построении такой системы устанавливается один или несколько центральных трехфазных ИБП для всего оборудования, которое необходимо защитить от сбоев в работе электросети. Достоинствами подхода являются комплексность защиты, высокая надежность и возможность подключения оборудования большой мощности. Централизованная система проще в эксплуатации, чем распределенные элементы. С помощью интеллектуальных блоков управления и специального программного обеспечения ИБП может автоматически сворачивать работу всего подключенного к нему коммутационного и вычислительного оборудования. Для обеспечения длительного времени автономной работы оборудования узла связи в систему БЭ интегрируется автономная генераторная установка.

Возможны разные варианты централизованной системы электроснабжения, наиболее надежные из которых (с резервированием) являются и самыми дорогостоящими. Рассмотрим типы централизованной СБЭ узла связи в порядке усложнения системы и, соответственно, увеличения ее стоимости. Простейший вариант (одиночный трехфазный ИБП, к которому подключена нагрузка для критически важных узлов связи) мы не рассматриваем в силу низкой надежности системы, определяемой степенью надежности одиночного ИБП и распределительной сети.

Наиболее распространенным вариантом является включение в схему нескольких (обычно двух-трех) ИБП в параллельном режиме. Достоинства такой системы — увеличение надежности СБЭ и плановое обслуживание ИБП без риска для подключенного оборудования. Существенный недостаток — невозможность без отключения потребителей обслуживать распределительную кабельную сеть, поскольку она является нерезервированной. Степень резервирования определяется запасом мощности системы. Например, при потребляемой мощности оборудования 120 кВА можно установить два параллельных ИБП по 120 кВА либо три по 60 кВА (рис. 2). В первом случае степень резервирования — 2N (2x1), т.е. резервирование двойное, во втором — N+1 (3+1), т.е. резервирование полуторное. Первый вариант более надежен, но второй обходится дешевле.

Самым предпочтительным с точки зрения построения СБЭ узла связи является случай, когда в наличии имеются два независимых ввода в здание (от разных трансформаторных подстанций). Тогда можно построить двухканальную СБЭ. Каждый из каналов включает в себя ДГУ, параллельную систему ИБП с резервированием 2N или N+1 (рис. 3), собственную распределительную сеть с выходов ИБП до блоков питания нагрузок узлов связи.

Распределительная сеть электроснабжения для узлов связи в таком случае имеет свои особенности. Серверная часть узла, как правило, задействует два блока питания, заменяемых в «горячем» режиме, что позволяет подключать такие блоки к отдельным каналам питания без применения дополнительных устройств. Что же касается коммуникационного оборудования, не имеющего двойных блоков питания, возможен вариант использования автомата включения резерва (АВР). АВР должен обеспечивать минимальную задержку (4–5 мс) при переключении каналов питания. Этого можно добиться за счет синхронизации выходного напряжения каналов питания и статических АВР.

С прицелом на будущее

На этапе проектирования заказчик определяет с подрядчиком задачи будущего развития системы и ее обслуживания при эксплуатации, ну и, конечно, решает стандартные вопросы — какими будут мощность, время автономной работы, схемы резервирования и т.д. Под развитием подразумевается необходимость наращивания мощности СБЭ. Избыток мощности изначально закладывается в распределительной сети, поэтому предусматривается наращивание мощности самой СБЭ. Возможно, заказчик когда-нибудь захочет установить дизель-генераторную установку и АВР для нее, и такая возможность должна быть предусмотрена.

Рекомендуемый интервал обслуживания СБЭ — полгода-год. Сервисные инженеры проверяют ИБП во всех режимах работы, состояние аккумуляторных батарей, контролируют температуру, протягивают клеммные соединения, изучают лог-файлы. Современные ИБП достаточно интеллектуальны, что позволяет минимизировать вмешательство обслуживающего персонала в их работу с целью проверки механических узлов (вентиляторов, контакторов и т.п.) и аккумуляторных батарей.

Увеличивать мощность СБЭ по мере развития узла связи можно при использовании оборудования, допускающего простое добавление силовых модулей, либо ИБП, допускающих параллельную работу. В первом случае достаточно добавить силовой модуль, но диапазон применяемых мощностей и шаг наращивания мощности остаются ограниченными. Во втором случае возможно удвоение или даже утроение первоначальной мощности системы. Однако необходимо заранее предусмотреть соответствующие распределительные устройства и байпас, рассчитанные на полную мощность СБЭ.

Распределительная сеть электроснабжения (клеммные соединения, распределительные щиты и т.д.) также требует обслуживания. Есть только один путь избежать отключения нагрузки при обслуживании — создать дублирующую распределительную сеть, от которой питается оборудование узла связи в период профилактических работ.

Если планируется использовать дизель-генераторную установку, нужно выбирать модели ИБП, требующие минимального запаса по мощности для ДГУ. На современном этапе развития технологий нормальным является запас 1,2–1,4. Этот коэффициент справедлив для ИБП с коррекцией входного коэффициента мощности до единицы, плавным стартом и низкими искажениями синусоиды входного тока.

Есть требования и к ДГУ — электронное регулирование частоты и регулирование напряжения с использованием постоянных магнитов. Более точная цифра коэффициента запаса мощности ДГУ зависит от конкретных моделей источники и генератора. Это означает, что при использовании ИБП 100 кВА и требуемом коэффициенте запаса по мощности 1,3 мощность ДГУ должна составлять не менее 130 кВА. Эта величина рассчитана на основе лишь нормальной, устойчивой работы с ИБП — без учета дополнительных нагрузок от систем второй категории надежности.

Александр Ласый (ALassyi@croc.ru) — директор департамента автоматизации инженерных систем компании «Крок»

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями