Модульные ИБП в современных реалиях

Ни для кого не является секретом, что все ныне существующие и повсеместно используемые высокотехнологичные приборы, промышленное оборудование, силовые установки и прочие устройства различного назначения относятся к энергозависимым потребителям. И большинство из них весьма капризны к качеству электропитания, получаемого из электросетей разных сетевых предприятий и организаций, способных генерировать огромные мощности и осуществлять деятельность на внутреннем рынке электроэнергии многих государств. Некоторые компании осуществляют посредническую деятельность по передаче электроэнергии конечным потребителям, и также в полной мере несут ответственность за предоставление качественных товаров и услуг. Все перечисленные организации являются частью глобальной энергосистемы, и транслируемое ими электричество обеспечивает энергией потребителей во всех сферах деятельности человека: в науке, культуре, медицине, образовании, искусстве, финансах, торговле, промышленности, строительстве и многих-многих других. Сложно представить ситуацию, при которой наш прогрессивный и лавинообразно развивающийся мир смог бы существовать в отсутствии такой полной глобализации электрических сетей. Энергопотребление возрастает с появлением новых технологий, новых разработок, нового оборудования в различных областях и описанных выше сферах деятельности.

Как следствие, всем применяемым в настоящее время технологиям и высокотехнологичному оборудованию требуется качественное гарантированное и бесперебойно поставляемое электропитание, соответствующее действующим ныне требованиям и нормам. История знает множество примеров, когда применение электроэнергии низкого качества оказывало пагубное влияние на производственные процессы, что влекло за собой весьма печальные последствия для целых промышленных предприятий, провоцируя остановку и выход из строя больших конвейерных производств, порождая опасные ситуации для сотрудников и приводя в негодность большое количество сырья. Несанкционированная остановка какого бы то ни было технологического процесса способна нанести невосполнимый урон как финансовой, так и интеллектуальной составляющей для организации любого уровня и значимости. Причиненный ущерб может исчисляться огромными денежными суммами, а на его устранение и компенсацию сопутствующих издержек понадобятся значительные временные ресурсы.

С точки зрения возникающих последствий при перерывах снабжения электроэнергией потребителей, решающую роль играет внезапность возникновения этих перерывов. Последнее определяется характером работоспособности электрооборудования, используемого в системах электроснабжения. Несмотря на профилактические меры по поддержанию работоспособного состояния электрооборудования и наличия предупредительной сигнализации в процессе эксплуатации систем электроснабжения, возникают внезапные отключения электроснабжения и обесточивания части или системы целиком. Возникающий при этом перерыв в электроснабжении касается конкретного круга потребителей, связанных с рассматриваемой системой электроснабжения. Продолжительность перерывов электропитания зависит от особенностей поврежденного оборудования, определяющих время, необходимое для восстановления его до работоспособного состояния или его замены.

Необходимость глобального сокращения негативных последствий от перерывов в электроснабжении вынуждают применять различные методы для решения проблемы надежности электроснабжения потребителей, реализованные на базе систем бесперебойного питания. Использование источников бесперебойного питания обусловлено обеспечением защиты крайне важного электрооборудования от всех нарушений электропитания, от его пропадания до радиочастотных помех и нелинейных искажений. На сегодняшний день максимальную защиту критичной нагрузки способны обеспечить источники бесперебойного питания класса «on-line» с модульной архитектурой.

Модульные системы выделены в отдельный сегмент на электротехническом рынке. В этом сегменте производители стараются максимально улучшить свое оборудование и довести его до совершенства благодаря применению самых прогрессивных технологий. Среди производителей широкую известность получили такие бренды, как «ABB» и «Riello». «ABB» является швейцарско-шведской компанией, со швейцарским местоположением производственных площадей, выпускающих ИБП. «Riello» – это целиком итальянский концерн со всеми этапами производства систем бесперебойного питания, расположенными на территории Итальянской республики.

Рассмотрим, к примеру, модульный источник бесперебойного питания серии «DPA» с типом стойки «DPA 250 S4» от «ABB» с модулями мощностью 50 кВА/50 кВт и максимальной мощность 300 кВА/300 кВт в пределах стойки. И модульную систему «MPW NP» с типом стойки «Multi Power 300» от «Riello» с модулями мощностью 42 кВА/42 кВт и максимальной мощностью стойки 294 кВА/294 кВт.

В одной из статей в моём блоге "Всё об ИБП и не только" рассматривал модульную систему бесперебойного питания от компании «ABB» “Модульные ИБП для различных сфер деятельности: ABB и HUAWEI”. Но там речь шла о серии «Upgrade DPA-250», которая будет со временем замещаться «модулькой» нового поколения «DPA 250 S4».

Начнем свое сравнение с такого немаловажного параметра, как мощность в расчете на единицу площади. Модульный фрейм «DPA 250 S4» от концерна «ABB», с максимально размещаемой мощностью 300 кВА/300 кВт, имеет площадь основания 0,749 м2, что составляет плотность мощности 400,5 кВт/м2. У модульной стойки «Multi Power 300» от компании «Riello» данный параметр более значительный, чем у оппонента, и представляет собой аж 472,6 кВт/м2 при вмещаемой максимальной мощности 294 кВА/294 кВт и общей площадью основания стойки 0,622 м2.

Показатель плотности мощности может оказать значительное влияние на выбор поставщика источника бесперебойного питания, если площадь технического помещения, предназначенного для установки ИБП, очень ограничена, а снижение мощности нагрузки недопустимо. Из этого следует, что необдуманное пренебрежение данным параметром может сослужить плохую службу конечному заказчику.

Модульные фреймы незначительно отличаются и по максимальной активной мощности, и по количеству устанавливаемых силовых модулей. В раму «Multi Power 300» устанавливается до семи модулей мощностью только 42 кВА/42 кВт, а в «DPA 250 S4» есть возможность установки до шести модулей с мощностью 50 кВА/50 кВт.

Силовые модули идентичны и по выходному коэффициенту мощности. «Multi Power 300» и «DPA 250 S4» имеют параметр PF = 1. Инверторные части, как у «Riello», так и у «ABB», также особых отличий не имеют. Оба инвертора обладают одинаковой перегрузочной способностью, но «ABB» все-таки обладает способностью непрерывно питать нагрузку до 110% (у «Riello» до 100% включительно). Преимущество хоть и небольшое по величине, но весомое по значимости.

Основные достоинства, слабые места и индивидуальные особенности модульной серии «Multi Power 300» уже были ранее рассмотрены в статье “Простым языком о сложных модульных ИБП: Centiel и Riello” в моём блоге "Всё об ИБП и не только".

Оба модуля имеют резервируемую мультипроцессорную логику, что значительно повышает доступность системы управления. Модули «DPA 250 S4» имеют независимый интеллектуальный бустер на шине постоянного тока, что позволяет не размыкать входной контактор и проводить тестирование аккумуляторных батарей безопасно для защищаемой нагрузки, а также дает возможность гибко подходить к выбору количества АКБ в линейке в широком диапазоне (от 40 до 50 штук).

Зарядные устройства отличаются по мощности, и зарядный ток «Multi Power 300» (8 А) ниже, чем у «DPA 250 S4» (38 А). Разница, помимо всего вышеуказанного, заключается еще и в том, что к модульной стойке «Multi Power 300» можно подключить только общий батарейный массив для всех силовых модулей, а стойка «DPA 250 S4» способна работать как с общими, так и с индивидуальными батареями для каждого модуля. А также ИБП «DPA 250 S4» имеет возможность работы как со свинцово-кислотными, так и с литий-ионными аккумуляторными батареями. Данные параметры настраивает сервисный инженер в сервисном меню при проведении пусконаладочных работ. Наличие таких опций исключает еще одну возможную общую точку отказа и расширяет возможности использования разных типов АКБ.

Плавная передача питаемой нагрузки на входную сеть источником бесперебойного питания «DPA 250 S4» является важным фактором при выборе мощности дизель-генератора. Это означает, что нет необходимости закладывать избыточную мощность при его проектировании. Такими функциями модули «Multi Power 300», к сожалению, не снабжены.

Еще несколько существенных отличий скрыто в архитектуре модулей. Обратим внимание на статический (электронный) байпас. В «Riello» взяли за основу архитектуру с единым байпасом для всей стойки, а разработчики «ABB» решили ликвидировать дополнительную общую точку отказа и, в результате, осуществили техническое решение с применением распределенного байпаса. Это значит, что силовые модули «DPA 250 S4» обладают полноценным внутренним статическим байпасом, а в ИБП «Multi Power 300» установлен централизованный, в виде отдельного субмодуля, что, естественно, не допускает избыточности и снижает отказоустойчивость всей системы.

Линия статического байпаса ИБП «DPA 250 S4» и «Multi Power 300» защищена предохранителями, установленными непосредственно внутри силового модуля и субмодуля статического байпаса соответственно, что снижает себестоимости стойки. Но замена предохранителей статического байпаса в «Multi Power 300» потребует отключения байпасного модуля, что сказывается на отказоустойчивости и защите питаемой нагрузки.

Также разработчики «ABB» подумали и об удобстве для технического персонала при сервисном обслуживании и замене внутренних элементов модулей. Благодаря продуманной современной технологии быстрого конфигурирования «Plug-and-play» инженеры существенно экономят время при сервисных и аварийных работах с оборудованием. В «Riello» приняли решение следовать классическому принципу, используя встроенные конденсаторы постоянного и переменного тока. Применение подобного конструктива может привести не только к увеличению временных затрат на обслуживание, но и к удорожанию компонентов и, как следствие, к росту совокупной стоимости владения (стоимости жизненного цикла оборудования). Ведь и замену вентиляторов в модулях «Riello» рекомендуется производить через 5-6 лет, в то время, как «ABB» указывает на их увеличенный срок эксплуатации благодаря внедрению активной системы контроля скорости вращения вентиляторов. То есть, замену вентиляторов можно производить только тогда, когда в этом возникнет необходимость.

Для получения всей необходимой информации о состоянии модуля и системы ИБП в целом в «DPA 250 S4» предусмотрены как индивидуальные панели управления на каждом модуле, так и общая панель для всей стойки или системы. В ИБП «Multi Power 300» установлена лишь системная панель. Бесспорно, это снижает себестоимость системы бесперебойного питания, но, с другой стороны, и снижает ее отказоустойчивость. Ведь панель не имеет дублирующего устройства управления.

Стоит упомянуть и про обеспечение безопасности сервисных инженеров и обслуживающего персонала, работающего с источником бесперебойного питания при проведении регламентного технического обслуживания или при ремонтных работах. Слова «Безопасность превыше всего» являются главенствующими для компании «ABB», которым она неукоснительно следует при разработке и производстве своего оборудования. В связи с этим серия «DPA 250 S4» имеет стандартно предустановленную на заводе защиту от обратных токов. Конечно, это отражается на стоимости системы бесперебойного питания, но в своем решении концерн непреклонен. «Riello» данную функцию определили, как опцию, устанавливаемую лишь по запросу конечного пользователя. Наличие либо отсутствие опции, в виде защиты от обратных токов, красноречиво указывает на обеспечение безопасности и уровень ответственности производителя.

Для питания поэтапно возрастающей нагрузки обе системы ИБП имеют возможность вертикального и горизонтального наращивания мощности. При параллельном соединении стоек возникает необходимость защиты коммуникационной шины, так как любой сбой связи внутри параллельной системы может привести к непоправимым последствиям. Во избежание подобных проблем производители стараются всячески защитить все коммуникационные соединения. «ABB» в ИБП серии «DPA 250 S4» использует структуру кольцевого соединения с одним шлейфом. Такой способ подключения дает возможность передачи информации по альтернативному каналу связи между стойками в случае обрыва одного из кабелей, что значительно повышает уровень надежности коммуникационных линий. А усиленный сигнал, предаваемый по такой линии, более устойчив к появлению посторонних электромагнитных помех. «Riello» решили использовать в системе «Multi Power 300» концепцию единой линии связи между стойками. Сами информационные кабели также защищены от внешнего механического воздействия. Такое решение, по мнению инженеров «Riello», позволяет всей системе быть достаточно защищенной от внешних негативных воздействий и оставаться в устойчивом состоянии.

Обратим внимание на терминалы подключения силовых кабелей и их расположение. Здесь сразу можно выделить удобное расположение терминалов с фронтальным доступом в нижней части стойки серии «DPA 250 S4», что упрощает работы по подключению и сокращает время монтажа. Такое расположение колодок исключает контакт с горячим воздухом, идущим от силовых плат модулей. Также снижаются требования по расстоянию между задней стенкой ИБП и стеной помещения. Терминалы имеют четкую маркировку и расположение, что не вызывает дополнительных вопросов при подключении линий постоянного и переменного тока. Также концерн «ABB» для серии «DPA 250 S4» дополнительно может предложить на выбор стойку и с верхним фронтальным расположением терминалов. Производитель модульной серии «Multi Power 300» разместил терминалы подключения в верхней задней части стоек. Подключаемые кабели постоянного и переменного тока накладываются друг на друга, что может потребовать использование более дорогостоящих специальных типов кабелей, да и подведены они таким образом, что подвержены воздействию горячего воздуха от охлаждающих вентиляторов. И, как следствие, требуется увеличенное расстояние между задней стенкой ИБП и стеной помещения.

В завершение, незначительно погрузимся в саму архитектуру рассматриваемых модульных систем ИБП. В серии «DPA 250 S4» каждый модуль – это абсолютно независимый и полноценный источник бесперебойного питания, который имеет все основные конструктивные силовые и интеллектуальные элементы, необходимые для бесперебойного питания любого типа подключенной нагрузки. «ABB» разработал и внедрил свою модульную систему «DPA» (Децентрализованная параллельная архитектура). Данная технология строится по принципу «дистрибутивности» каждого модуля, то есть его полной автономности с собственным выпрямителем, инвертором, статическим байпасом, логическим контроллером, зарядным устройством и панелью управления. В ИБП серии «Multi Power 300» реализован принцип модульности другого типа. В данном контексте понятие «модульный» означает, что несколько силовых блоков размещаются параллельно для достижения требуемой общей выходной мощности. В систему интегрированы отдельно интеллектуальный модуль, модуль статического байпаса и модуль технического байпаса. Но в данном случае модульность не обязательно означает высокий уровень отказоустойчивости, поскольку повышенная сложность применения такой архитектуры имеет несколько единых слабых точек, что может привести к более высокой общей частоте отказов.

Возвращаясь к конструктивным особенностям модульных источников бесперебойного питания, необходимо отметить, что компании-производители активно разрабатывают и внедряют инновационные решения и уделяют большое внимание всем аспектам бесперебойности, надежности и безопасности своего оборудования. На рынке появляются все больше технологически продвинутых ИБП, отвечающих всем требованиям большинства конечных пользователей. Благодаря безотказности наивысшего уровня, системы бесперебойного питания обеспечивают высокую доступность и представляют собой крайне эффективное решение, которое является одновременно и экономичным, и благоприятным для окружающей среды, а благодаря низкой стоимости владения заказчик получит высококачественный модульный источник бесперебойного питания по разумной цене.

#ups #бесперебойники #источникипитания #ИБП