Подобный апокалиптический сценарий вряд ли возможен в планетарном масштабе, но, например, жители Москвы до сих пор вспоминают последствия отключения электроэнергии из-за аварии на одной из подстанций в мае 2005 года.

Критерии выбора

Во многих организациях телефонистов и компьютерщиков до сих пор называют «слаботочниками», подчеркивая близость этих специальностей. Современное телекоммуникационное оборудование предъявляет к системам электроснабжения довольно жесткие требования, выполнение которых всегда было весьма важным условием при проектировании и строительстве объектов связи.

На рынке предлагается множество систем электропитания, обеспечивающих устойчивое снабжение электроэнергией как домашних компьютеров, так и огромных телекоммуникационных комплексов, потребляющих десятки мегаватт. Мы рассмотрим трехфазные источники бесперебойного электроснабжения мощностью от 8–10 до 30 кВт (или от 10 до 40 кВА).

Обоснуем свой выбор. При расчете потребления электрической мощности можно использовать довольно грубую методику, которая в большинстве случаев себя оправдывает. Она позволяет определить, что стандартная аппаратная стойка с серверным и телеком-оборудованием требует 2,5–5 кВт энергии, а один абонентский порт АТС — примерно 2 Вт. Следовательно, выбранный нами диапазон мощности ИБП вполне «вписывается» в энергопотребности значительной части современных узлов связи.

На рынке представлены и однофазные ИБП, попадающие в выбранный нами диапазон, но мы решили остановиться именно на трехфазных источниках. Основное преимущество трехфазного питания — более высокий КПД, следствием чего становится ощутимая экономия при оплате электроэнергии. У энергетиков есть общее правило, в соответствии с которым подключение объектов с разрешенной мощностью от 10 кВт осуществляется лишь по трехфазной схеме. Ранее на энергоемких производствах любое устройство, потребляющее более 500 Вт, должно было иметь трехфазное питание. Нынешнее предпочтение однофазного оборудования связано, в первую очередь, с его меньшей ценой. Однако в условиях быстрого роста тарифов на электричество экономическая целесообразность начинает выходить на первый план и сказываться на выборе моделей ИБП.

Кроме того, трехфазные ИБП позволяют решать некоторые технические задачи, связанные с обеспечением качественных показателей электропитания. При их использовании исключено появление гармоник тока на нейтральном проводе, которые часто возникают при «перекосе» фаз и нелинейной нагрузке, становясь причиной сбоев телекоммуникационного оборудования и перегрузки сети электроснабжения.

Отметим, что трехфазные ИБП часто оснащаются однофазным выходом. Такая схема имеет свои преимущества: не надо планировать распределение внутренней нагрузки по фазам и можно напрямую подключать нагрузку с однофазным питанием, в том числе телекоммуникационные устройства. Это решение может оказаться удачным при модернизации узла связи, вызванной увеличением количества применяемого оборудования.

Технологические основы ИБП

Для создания ИБП диапазона 10–40 кВА используется двойное преобразование электрического тока, которое часто называют «технологией on-line-преобразования». Особенностью онлайновых источников питания является выпрямление входящего переменного напряжения с его последующим преобразованием в переменное на выходе ИБП. Это гарантирует качественные показатели электропитания, обеспечивает защиту нагрузки от всех видов помех во внешних электросетях. Для онлайновых ИБП не применим такой показатель, как время переключения на питание от аккумуляторных батарей: они постоянно включены в схему питания. К другим преимуществам данной технологии относится возможность гальванической развязки нагрузки от первичной сети.

В схемах ИБП с двойным преобразованием предусмотрена и непосредственная (минуя выпрямитель и инвертор) подача электроэнергии на нагрузку — байпас. Этот вариант необходим при техническом обслуживании ИБП и устранении неполадок. К сожалению, преимущества не даются даром: расплачиваться приходится меньшим КПД и более высокой стоимостью решений.

Ахиллесовой пятой применения ИБП данного класса является аккумуляторный буфер. Именно от выбора емкости аккумуляторных батарей (АКБ) и их надежной работы во многом зависит выполнение источником бесперебойного питания его функций. Хотя во многих моделях мощных ИБП уже предусмотрены встроенные АКБ, при создании системы электропитания одной из задач проектировщика остается определение необходимого числа внешних батарей для обеспечения непрерывной работы в течение заданного времени.

Продолжительность работы от аккумуляторного буфера зависит от многих факторов. Часто крупные узлы связи имеют собственный дизель-генератор, и емкости буфера должно хватать на время его запуска. Считается, что для этого достаточно 5–10 мин, но инженеры-электрики обычно подстраховываются и настаивают, по меньшей мере, на двукратном увеличении времени.

На выбор емкости аккумуляторного буфера влияют и нормативно-законодательные требования. В соответствии с приказом Мининформсвязи № 32 от 13 марта 2007, в котором утверждены требования к надежности электроснабжения узлов телефонной связи, время их работы от АКБ многократно увеличилось. В зависимости от категории узла связи, наличия дизель-генератора с автоматическим запуском и вариантов подключения к внешним сетям электроснабжения продолжительность работы от батарей при полной нагрузке должна составлять 2–24 ч.

Требования регулятора повергли многих связистов в шок, ведь для их выполнения необходимо значительно увеличить число АКБ, а возможно, и реконструировать всю систему электропитания узла связи. Впрочем, не стоит искать в этом приказе чей-то злой умысел. Как известно, минувшим летом РАО «ЕЭС России» прекратило свое существование как единая организация, и пока можно лишь догадываться, какими окажутся взаимоотношения независимых генерирующих и сетевых компаний, занимающихся поставками электроэнергии. В переходный период нельзя исключать увеличения числа аварийных отключений.

Сейчас в ИБП применяются аккумуляторные батареи закрытого типа, которые не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации. В результате специалисты стали считать их гарантированно работоспособными, но на практике дело обстоит иначе. Такие батареи все равно нуждаются если не в обслуживании, то в постоянном мониторинге их состояния. Высока вероятность ускоренного выхода из строя одного или нескольких элементов в аккумуляторном буфере. При этом соседние АКБ начинают использоваться для подзаряда неисправных, и суммарное напряжение аккумуляторного буфера остается неизменным, но рабочая емкость буфера оказывается существенно меньшей. Если случится авария и ИБП перейдет на работу от аккумуляторных батарей с неисправными элементами, то времени на запуск дизеля может просто не хватить, и узел связи обесточится.

Необслуживаемым АКБ свойственно явление терморазгона, чья физико-химическая природа до сих пор окончательно не изучена. Терморазгон возникает внезапно и за короткое время способен превратить аккумулятор в бесформенную груду пластика и свинца, источающую кислотный гель. Если начало этого процесса вовремя не отследить, он может привести к порче оборудования и даже пожару.

В нашей стране АКБ герметичного типа активно применяются с 1995 года. По статистике, такие батареи сохраняют работоспособность в течение лишь 50–70% срока службы, заявленного производителем. Причина состоит не в низком качестве батарей, а в отсутствии контроля над их состоянием при эксплуатации. С учетом немалой стоимости герметичных АКБ и новых нормативных требований расходы на аккумуляторный буфер становятся весьма заметными в бюджете владельца узла связи.

Производители и оборудование

На рынке представлено немало моделей трехфазных источников, работающих в диапазоне 10–40 кВА. Оператору связи не составит труда выбрать оборудование, наиболее полно отвечающее его требованиям.

Американская компания Alpha Technologies активно работает на рынке операторов связи и предлагает две серии устройств, отвечающих критериям нашего обзора. Серия ИБП TRI-Power X31T включает в себя три модели, мощностью 10, 15 и 20 кВА. Они могут работать в режимах однофазной и трехфазной сети на входе и выходе, что позволяет достаточно гибко их адаптировать к схеме электропитания. В однофазном режиме выходная мощность ниже примерно на 20–40%. Предусмотрена работа с 32 или 48 АКБ герметичного типа, которые обеспечивают время автономной работы 6–50 мин, в зависимости от мощности ИБП и емкости самих батарей. При необходимости дополнительные АКБ устанавливают в соответствующие батарейные шкафы, и время резервирования увеличивается до 152 мин.

Схожие параметры имеет оборудование линейки TRI-Power X33T, которая представлена четырьмя моделями, мощностью 10, 15, 20 и 30 кВА. Они задействуют только трехфазный вариант работы. Обе серии поддерживают функцию повышения КПД за счет переключения в режим Line interactive при хороших параметрах первичного электропитания. При изменении напряжения или частоты сети оборудование моментально переходит в режим on-line-преобразований. По заверениям производителя, такая возможность позволяет получить КПД 98%.

Компания APC, ныне принадлежащая Schneider Electric, является ведущим производителем ИБП разных классов. Модели Symmetra LX мощностью 12 и 16 кВА ориентированы на питание однофазной нагрузки. Они имеют модульную конструкцию, облегчающую модернизацию и ремонт. Для повышения надежности по формуле N+1 допускается установка дополнительного силового модуля. Отличительной чертой серии является возможность контроля над работоспособностью и остаточной емкостью внешних аккумуляторных батарей.

Серия Symmetra PX той же компании отличается поддержкой трехфазного входа и выхода. Линейка включает в себя большой спектр моделей, в том числе мощностью от 10 до 30 кВт. Расчетное время работы от встроенных АКБ составляет 3–14 мин. Предусмотрено резервирование батарейных модулей.

В линейку APC Smart-UPS VT входят пять моделей мощностью от 10 до 50 кВА, имеющих трехфазный вход и выход. Среди их достоинств производитель отмечает очень широкий диапазон значений входного напряжения и частоты, при которых ИБП работает без перехода на АКБ. Кроме того, в них используются модульные аккумуляторные блоки, позволяющие упростить обслуживание и замену. В зависимости от мощности и количества таких блоков ИБП могут автономно работать от 7 мин до 22 ч.

Из оборудования фирмы MGE, входящей в концерн APC, мы выбрали трехфазные модели серии Galaxy 3000 мощностью 10, 15, 20 и 30 кВА, которые ориентированы на использование в составе узлов связи. Для повышения надежности или увеличения выходной мощности можно включать в цепь параллельно до четырех устройств. Предусмотрено подключение к двум независимым сетям первичного электропитания. Встроенные АКБ обеспечивают работу в течение 10–23 мин. Есть возможность подключения внешних батарей, предусмотрена защита от глубокого разряда АКБ, контроль над температурой и функция циклического заряда батарей, которая способствует увеличению срока их службы.

Из продукции компании Chloride Group, которая недавно открыла представительство в нашей стране, можно отметить две линейки оборудования. Четыре модели из серии 70-NET работают только в трехфазном режиме и способны выдавать 10, 15, 20 и 30 кВт. В них используется усовершенствованная технология двойного преобразования, которая заключается в адаптивной коррекции коэффициента мощности и интерактивного режима преобразования переменного тока.

Устройства серии Excor Apodys обеспечивают питание как однофазной, так и трехфазной нагрузки. Это оборудование основательно напичкано цифровыми технологиями, позволяющими эффективно управлять работой выпрямителей и инверторов. Оно способно работать с разными типами аккумуляторов, в том числе с АКБ открытого типа. Допускается проводить как мониторинг их состояния на уровне аккумуляторного буфера, так и проверку каждого АКБ в отдельности.

Корпорация Eaton поставляет решения ИБП под торговой маркой Powerware. Ее линейка Powerware 9155 представлена моделями мощностью от 8 до 30 кВА, которые имеют однофазный выход и однофазный или трехфазный вход. Все модели могут быть оснащены выходными трансформаторами для гальванической развязки. Время автономной работы от встроенных батарей составляет от 5 до 25 мин, в зависимости от типа аккумуляторов и мощности ИБП. Есть возможность подключения внешних батарей.

Линейка Powerware 9355 включает в себя устройства мощностью от 8 до 40 кВА с трехфазными входом и выходом. По основным характеристикам они аналогичны оборудованию Powerware 9155. Время автономной работы от встроенных батарей составляет 5–33 мин; допускается подключение внешних АКБ. В качестве достоинства обеих линеек ИБП производитель указывает на применение в них фирменной технологии управления зарядом батарей, которая продлевает срок их службы в полтора раза.

Словацкая компания Elteco работает в России с 1996 года, и среди ее заказчиков числятся немало операторов связи. Серия PL включает в себя четыре модели мощностью от 10 до 30 кВА, предназначенные для питания трехфазной нагрузки. Управление процессами двойного преобразования осуществляется с помощью специализированного модуля, базирующегося на цифровом сигнальном процессоре (DSP). Устройства оснащены встроенными аккумуляторами, позволяющими работать от 6 до 158 мин — в зависимости от емкости батарей, мощности ИБП и величины нагрузки. Возможно подключение внешних аккумуляторов.

Концерн GE Consumer & Industrial, выпускающий ИБП под брэндом Digital Energy, предлагает линейки LP и SitePro. Входящее в них оборудование основано на фирменной разработке, названной «резервируемая параллельная архитектура». По заявлениям производителя, она исключает любые нерезервируемые точки отказа, чем обеспечивает высокую степень надежности. Линейка LP содержит модели LP31, имеющие трехфазный вход и однофазный выход, и LP33, в которых вход и выход выполнены по трехфазной схеме. Модели с однофазным выходом рассчитаны на мощность 10, 15 и 20 кВА; четыре трехфазные модели укладываются в диапазон 10–40 кВА. Во всех моделях используется система, позволяющая продлевать ресурс аккумуляторов.

Пять младших моделей серии SitePro тоже соответствуют рабочим характеристикам нагрузки 10–40 кВА. Это оборудование выполнено по трехфазной схеме и позволяет объединять до восьми устройств на выходе. Производитель особо выделяет такие ИБП как решения для питания переменных нагрузок.

Компания Liebert-Hiross (она входит в состав подразделения Emerson Network Power корпорации Emerson) предлагает ИБП, покрывающие широкий диапазон мощностей. Серия Hinet включает в себя четыре модели с выходной мощностью от 10 до 30 кВА. В них предусмотрен трехфазный вход и однофазный или трехфазный выход. При использовании последнего используется масштабирование выходной мощности. Производитель подчеркивает широкие возможности цифрового управления этими моделями при обеспечении работы несбалансированных нагрузок. ИБП имеют встроенные батареи, поддерживающие до 7 мин автономной работы.

Младшие модели линейки Liebert NX мощностью 10–40 кВА предоставляют хорошие возможности управления и конфигурирования, в том числе объединения шести источников для обеспечения питанием единой нагрузки.

Российский производитель NeuHaus имеет в своем портфеле оборудование PowerSystem (мощность 10–40 кВА) и PowerSystem Multi (10–30 кВА). Обе серии выполнены в вариантах с однофазным и трехфазным выходом. Допускается параллельное объединение на выходе до шести устройств при подключении к общей нагрузке. Встроенные батареи обеспечивают от 8 мин до 1 ч автономной работы. ИБП серии PowerSystem поддерживают взаимодействие с резервным дизель-генератором.

Российско-итальянская компания N-Power предлагает ИБП Safe-Power Evo UY мощностью 10–30 кВА. Среди технических особенностей своего оборудования производитель указывает на наличие выходного автотрансформатора. Использование в таких ИБП on-line-технологий позволяет уменьшить их габариты и стоимость по сравнению с обычным трансформаторным решением. Благодаря применению автотрансформатора устройства менее критичны к типам нагрузки и более устойчивы в работе, нежели бестрансформаторные ИБП. Дополнительно предусмотрена компенсация реактивной составляющей на входе, что обеспечивает более высокий КПД.

Итальянский производитель Riello предлагает серию устройств бесперебойного питания Multi Dialog. Три модели с индексом MDM и мощностью 10, 15 и 20 кВт могут работать с одно- или трехфазным входом и однофазным выходом. Модели с индексом MDT мощностью 10, 15, 20 и 30 кВт подключаются к трехфазной внешней сети и имеют такой же выход. К преимуществам своих изделий производитель относит увеличение входного коэффициента мощности до 0,99 и повышение общего КПД до 98% за счет перехода в режим Line interactive при хороших параметрах первичного электропитания.

Особенностью моделей Multi Dialog также является работа в качестве элемента структурированных параллельных систем бесперебойного питания, организованных по схеме 1+1 или N+1. Допускается поэтапное увеличение мощности системы электропитания. В «максимальном» варианте возможно параллельное подключение до восьми устройств.

В другую серию Riello, Multi Plus, входят трехфазные модели, обеспечивающие на входе и выходе мощность от 10 до 40 кВА. Производитель рекомендует их для электропитания компьютерных и телекоммуникационных устройств. К отличительным особенностям серии стоит отнести низкий уровень искажений входного тока, высокий КПД (до 94%) и возможность подключения внешних АКБ.

В список оборудования компании Socomec входят ИБП Masterys нескольких категорий. В категории Masterys BC имеются по две модели с однофазным и трехфазным выходом мощностью 10 и 12 кВт. Встроенные батареи обеспечивают время автономной работы 12 мин при 75-процентной нагрузке. Из категории Masterys MC можно выделить пять моделей мощностью от 15 до 30 кВт, имеющих однофазные или трехфазные выходы. В них встроены АКБ, поддерживающие до 11 мин автономной работы. Оборудование Masterys IP аналогично предыдущему, но имеет изолирующий трансформатор, поддерживающий гальваническую развязку между первичной сетью и нагрузкой.

Выводы

Как видно из нашего обзора, охватившего лишь небольшой сегмент оборудования бесперебойного питания, на отечественном рынке представлено огромное количество ИБП для узлов связи. Такое многообразие предложений должно заставить покупателя более тщательно относиться к выбору решений. Нелишне напомнить, что в условиях жесткой конкуренции зачастую выигрывает тот продавец, который кричит громче других.


Схема. ИБП с двойным онлайновым преобразованием

Таблица. Сводная таблица характеристик оборудования

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями