Модульные системы бесперебойного питания под пристальным взглядом

Становится весьма актуальным и востребованным такое оборудование, как источники бесперебойного питания. Аббревиатура – «ИБП» (или «UPS»). ИБП является буферным звеном в цепи электропитания, поддерживающим бесперебойную работу нагрузки, чувствительной к любому изменению в питающей сети. К таким изменениям относятся весьма распространенные проблемы качества электроснабжения:

- Падение (провал) напряжения;

- Кратковременные отключение электропитания;

- Длительное отключение электропитания;

- Импульсные всплески;

- Завышенное напряжение;

- Гармонические искажения;

- Колебания напряжения;

- Электромагнитные помехи (шумы);

- Дисбаланс напряжения.

Исключая подобные негативные факторы, источник бесперебойного питания стабильно обеспечивает непрерывность и высокое качество электропитания, поддерживая бесперебойную работу критически важной нагрузки. При всем этом он не вносит каких-либо искажений в питающую электросеть.

В современном цифровом мире некачественное электроснабжение способно нанести непоправимый ущерб в виде потери важной информации, привести к большим финансовым затратам при простое или повреждении серверного и промышленного оборудования. Параллельно с защитой электропитания ИБП имеет возможность предупреждать пользователей о неполадках в электросети, а порой и осуществлять управление IT-оборудованием. Благодаря расширенным возможностям мониторинга и управления с применением интеллектуального программного обеспечения источник бесперебойного питания способен удаленно свернуть работу приложений, в кротчайший срок оценить сложившуюся обстановку и принять единственное верное решение. Это может быть, как вынужденное отключение менее ответственных нагрузок для увеличения автономности более приоритетных, так и уведомление пользователей о неисправности ИБП, что позволяет оперативно провести сервисный ремонт или обслуживание, и продолжить полноценную эксплуатацию.

Применение лицензионного программного обеспечения в системе мониторинга и диспетчеризации превращает источник бесперебойного питания в уникальный инструмент, способный выполнять многозадачность в решении проблем с электропитанием. Системное программное обеспечение является необходимым и полностью консолидированным комплексным компонентом, способным увеличить функциональность всей системы и, тем самым, обеспечить защиту процессов на высоком уровне. В случае аварийной ситуации с электропитанием интегрированное программное обеспечение берет на себя функцию управления и предпринимает ряд действий для безболезненного выхода из сложившегося положения. А при восстановлении нормального электроснабжения управляет автоматическим запуском систем и приложений, и возвращает их к нормальной работе.

Сейчас большинство систем бесперебойного питания имеют возможность отправки сервисных сообщений с предупреждениями, позволяющие в кротчайшие сроки определить проблему и оперативно отреагировать. Такие сообщения могут быть отправлены адресно в сервисный отдел организации или нескольким ответственным лицам, как по электронной почте, так и в виде SMS-сообщения или другими доступными способами.

Все эти функции, зачастую, являются опциональными, и ни в коем случае не занижают значимость основного предназначения источника бесперебойного питания – обеспечение качественного и непрерывного питания защищаемой нагрузки. И повысить уровень защиты можно благодаря еще одному фактору – модульности. Многие производители ИБП определение «модульность» понимают по-своему, отсюда отличие модульных систем как по архитектуре, так и по техническим характеристикам.

Часть рынка, занимаемого модульными ИБП, освоена многими компаниями, в том числе и такими известными брендами, как «HUAWEI» и «Centiel». «HUAWEI» - это изначально китайское предприятие, имеющее штаб-квартиру и весь технологический цикл по производству систем бесперебойного питания на территории КНР. «Centiel» - швейцарская компания, разрабатывающая и производящая источники бесперебойного питания в Лугано, городе в швейцарском кантоне Точино.

Для более внимательного сравнения рассмотрим, к примеру, источник бесперебойного питания модульной серии «Cumuluspower» от «Centiel» с максимальной мощность 300 кВА/300 кВт в пределах стойки. И модульную систему ИБП «UPS5000-E» с типом стойки «UPS5000-E-320K-F320» от «HUAWEI» и максимальной мощностью, ограниченной пределами стойки в 320 кВА/320 кВт.

Стоит сразу обратить внимание на плотность мощности. Модульная стойка «Cumuluspower» от «Centiel», с максимальной мощностью 300 кВА/300 кВт, занимает площадь 0,617 м2, что соответствует плотности мощности 486,2 кВт/ м2. У стойки серии «UPS5000-E-320K-F320» от «HUAWEI» этот показатель гораздо выше, и составляет 627,5 кВт/ м2 при мощности 320 кВА/320 кВт и занимаемой площади 0,51 м2.

При размещении системы бесперебойного питания на площадке конечного потребителя такой параметр может сыграть большую роль и повлиять на выбор вендора. Да и для проектирующей организации подобная информация может оказаться весьма полезной.

Сами модульные стойки имеют отличия не только по внешнему виду, но и по максимальной установленной активной мощности, и по количеству интегрируемых силовых модулей. В стойку серии «UPS5000-E-320K-F320» есть возможность установить до восьми модулей мощностью только 40 кВА/40 кВт, а в стойку «Cumuluspower» устанавливаются до пяти силовых модулей мощностью как 50 кВА/50 кВт, так и 60 кВА/60 кВт.

Сами же силовые модули имеют незначительные отличия в выходных коэффициентах мощности и КПД. Модули «UPS5000-E-320K-F320» имеют параметры PF 1 и 96% соответственно, а модули «Cumuluspower» обладают коэффициентом мощности PF 1,0 и КПД 97%.

Но различия в модулях на этом не заканчиваются. Это касается и системы управления. Индивидуальной процессорной логикой оснащены только модули системы «Cumuluspower», в отличии от системы «UPS5000-E-320K-F320», которая обладает лишь одним управляющим модулем для всей системы в пределах стойки. Установка отдельного процессора для каждого силового модуля значительно снижает риск выхода его из строя по причине повреждения логики управления.

Все из рассматриваемых систем бесперебойного питания имеют на шине постоянного тока свое интеллектуальное зарядное устройство, установленное в каждом силовом модуле, что делает возможным гибко подходить к выбору количества аккумуляторных батарей в линейке в большом диапазоне, и позволяет точно и деликатно проводить заряд и тестирование АКБ. Отличие в зарядных устройствах заключается только в том, что к модульной стойке «UPS5000-E-320K-F320» от «HUAWEI» можно подключить лишь объединенный массив батарей для всех силовых модулей сразу, а стойка «Cumuluspower» от «Centiel» имеет возможность выбора: работа с общим батарейным массивом, или с раздельными батареями для каждого модуля. Данную настройку осуществляет сервисный инженер в инженерном меню при проведении пусконаладочных работ без применения дополнительного сервисного программного обеспечения. Подобная опция дополнительно исключает еще одну общую точку отказа.

Пошаговая передача питаемой нагрузки на электрическую сеть источником бесперебойного питания может являться важным фактором при подборе мощности дизель-генераторной установки для создания комплекса гарантированного и бесперебойного электропитания. Наличие подобной функции предоставляет возможность подбирать близкую к номинальной расчетную мощность резервных ДГУ при проектировании резервной системы электроснабжения для объекта. Такими возможностями в полной мере обладают модули как «UPS5000-E-320K-F320», так и модули «Cumuluspower».

Инверторы, как у «HUAWEI», так и у «Centiel», больших отличий не имеют. Инверторы обоих ИБП обладают одинаковой перегрузочной способностью, но «Centiel» все-таки обладает способностью непрерывно питать нагрузку до 125% (у «HUAWEI» до 105% включительно). Преимущество хоть и незначительное, но оно имеет место быть.

Глобальные отличия кроются в архитектуре самих силовых модулей. Возьмем, к примеру, статический (он же электронный) байпас. У «HUAWEI» за основу взято построение схемы с централизованным байпасом, то есть одна общая линия для всей стойки. А в «Centiel» решили пойти по пути более технически сложному, но, в то же время, более надежному и, в результате, приняли решение применить распределенный байпас. А значит это то, что в силовом модуле «Cumuluspower» установлен полноценно функционирующий внутренний статический (электронный) байпас, а в ИБП «UPS5000-E-320K-F320» установлен централизованный (то есть общий) для всей стойки, в виде отдельного субмодуля, что, естественно, снижает отказоустойчивость системы в целом из-за присутствия дополнительной единой точки отказа.

Защита линии статического байпаса «Cumuluspower» реализована на предохранителях, установленных в стойке с фронтальной стороны, со свободным доступом. Подобное решение значительно сокращает время замены предохранителей, но наряду с этим и увеличивает стоимость самого фрейма. У ИБП «UPS5000-E-320K-F320» обратная ситуация: предохранители установлены непосредственно внутри субмодуля статического байпаса, что снижает себестоимости стойки. Но при проверке и последующей замене предохранителей вся линия централизованного электронного байпаса временно будет недоступна, что негативно влияет на отказоустойчивость системы ИБП на время регламентных или ремонтных работ.

Стоит также не забывать и об обеспечении безопасности сервисных инженеров и обслуживающего персонала, работающих непосредственно с источником бесперебойного питания при проведении регламентного технического обслуживания или при ремонтных работах на этом оборудовании. Утверждение «Безопасность превыше всего» является основополагающим для «Centiel», которое компания перманентно соблюдает. По этой причине серия «Cumuluspower» обладает не опционально установленной на заводе защитой от обратных токов. Как следствие, это отражается на себестоимости модульной системы, но в данном вопросе компания однозначно непреклонна. В «HUAWEI», к великому сожалению, подобный функционал определили, как опциональный, устанавливаемый только по запросу заказчика. Наличие опции, в виде защиты от протекания обратных токов, красноречиво говорит об обеспечении и соблюдении безопасности и уровне ответственности производителя.

Технические специалисты компании «Centiel» позаботились и о комфорте для сервисных инженеров при проведении технического обслуживания. С помощью современной технологии оперативной замены и настройки «Plug-and-play» инженеры тратят гораздо меньше времени на обслуживание и при аварийных работах с источником бесперебойного питания. Компания «HUAWEI» в настоящее время применяет классическую технологию и использует встроенные конденсаторы постоянного и переменного тока. Подобное техническое решение приводит к удорожанию компонентов и требует больших временных затрат на проведение работ. Следовательно, возрастает и стоимости жизненного цикла оборудования. К примеру, замену вентиляторов в модулях «HUAWEI» рекомендуется производить по истечении 5-6 лет, в то время, как «Centiel», заявляет об увеличенном сроке их эксплуатации благодаря концепции активной системы контроля скорости вращения вентиляторов. Это означает, что замена вентиляторов потребуется лишь тогда, когда в этом возникнет необходимость.

В современных реалиях содержательность информации и простота управления являются важной составляющей любого технически сложного оборудования. Данные факторы по достоинству оценят, как работники из обслуживающего персонала, так и сервисные инженеры. Для повышения уровня информативности в системе бесперебойного питания «Cumuluspower» установлены как системные панели на дверях стойки, так и индивидуальные панели управления на каждом силовом модуле. Просмотр всех измерений и логов событий возможен и с системной панели и с индивидуальной. А настройка параметров доступна лишь с индивидуальных панелей управления В комплект поставки системы «UPS5000-E-320K-F320» входит лишь общая панель управления для всей стойки или системы. Какое из двух решений наиболее практично и удобно в эксплуатации, сложно сказать, так как архитектура и технические решения обеих систем бесперебойного питания имеют много отличий, и невозможно однозначно непредвзято утверждать о преимуществе одной системы над другой без накопления отзывов от конечных пользователей.

Когда возникает необходимость увеличения мощности системы, либо при ремонте или обслуживании, в стойку устанавливают дополнительный силовой модуль. В этом случае сразу возникает необходимость тестирования модуля в работающей стойке без возможных рисков для защищаемой нагрузки. В системе ИБП «Cumuluspower» на внутренней панели установлены параллельные выходные рубильники для каждого модуля с фронтальным доступом. Такое техническое решение дает возможность проводить индивидуальное тестирование и сервисную настройку модуля без подключения его к общей шине, что значительно снижает риск возникновения «человеческого фактора». Данное специфическое свойство ИБП «Cumuluspower» способствует сокращению времени простоя неисправного оборудования в случае отказа.

Возможностью вертикального и горизонтального наращивания мощности в полной мере обладают обе системы бесперебойного питания. Так как при параллельном подключении стойки соединены с помощью внешней коммуникационной шины, и любой сбой связи внутри параллельной системы может привести к серьезным последствиям, то возникает необходимость ее защиты. Во избежание подобных аварий производители разрабатывают различные способы защиты коммуникационных соединений. «HUAWEI» в системе ИБП «UPS5000-E-320K-F320» внедрили структуру кольцевого соединения информационных кабелей с одним шлейфом. Подобный способ подключения качественно повышает надежность коммуникационных линий. «Centiel» применили в ИБП «Cumuluspower» идею одной линии связи в параллельной системе. Информационные кабели имеют усиленную оболочку для защищены от внешнего негативного воздействия. Такая концепция позволяет параллельной системе оставаться защищенной от внешних механических воздействий и продолжать функционировать в устойчивом состоянии долгое время. А быть устойчивой к возникновению посторонних электромагнитных помех помогает усиленный сигнал, который транслируется по данной линии связи.

При подробном рассмотрении терминалов подключения силовых кабелей и их расположение, у обеих серий модульных ИБП сразу можно выделить удобное расположение терминалов с фронтальным доступом в нижней части стойки, что упрощает работы по подключению и сокращает время монтажа. Удачное размещение колодок исключает контакт с горячим воздухом, идущим от силовых модулей. В связи с этим снижаются требования по расстоянию между задней стенкой ИБП и стеной помещения. Терминалы линий постоянного и переменного тока имеют четкую маркировку, что не вызывает дополнительных вопросов при присоединении кабелей. Производитель «HUAWEI» для серии «UPS5000-E-320K-F320» опционально предлагает на выбор стойку и с верхним фронтальным расположением терминалов.

Немного об архитектуре сравниваемых модульных систем ИБП. В серии «Cumuluspower» каждый модуль представляет собой полноценный источник бесперебойного питания, который обладает всеми основными конструктивными и функциональными элементами для выполнения всех возложенных не него задач. «Centiel» разработал и выпустил на рынок свою прогрессивную модульную систему «DARA». В основе этой технологии лежит принцип «дистрибутивности» каждого модуля, то есть его полной автономности и независимости. Модуль обладает индивидуальным инвертором, статическим байпасом, логическим контроллером, защитой от обратного тока, зарядным устройством и панелью управления. ИБП серии «UPS5000-E-320K-F320» также относится к модульным системам, но имеет множество своих особенностей. В данном случае термин «модульный» означает, что несколько силовых блоков интегрируют в стойку параллельно друг другу для достижения нужной выходной мощности. Система обладает несколькими интеллектуальными модулями и единым модулем статического байпаса. В подобной ситуации «модульность» не однозначно говорит о высоком уровне отказоустойчивости, так как высокая сложность использования таких модулей имеет несколько точек отказа, что не может не сказаться на общей отказоустойчивости всей системы.

При выборе источника бесперебойного питания для эффективной и надежной защиты систем различного назначения, необходимо учесть такие важные факторы, как критичность составных частей систем, соразмерность величины нагрузки и времени автономной работы от аккумуляторных батарей, конструктивные особенности и структурные отличия в конфигурации и топологии соединений системы бесперебойного питания и, безусловно, потребность в коммуникационных функциях и специализированном программном обеспечении.