Лидеры рынка ИБП: концепции, решения и оборудование

Признаком наилучшего футбольного судейства можно считать отсутствие его обсуждения зрителями как во время матча, так и после окончания… Того же хотелось бы пожелать и в отношении систем бесперебойного питания на уровне предприятия: вспоминать о них как можно реже (если, конечно, вы не являетесь специалистом, обеспечивающим управление и задействованным в техническом обслуживании такой системы), либо только в позитивном смысле. А для этого потребуется «всего-то» правильно выбрать концепцию защиты, учитывающую особенности бизнеса и динамику его роста, а также тип оборудования, наиболее подходящий для ее воплощения.

Торговых марок и типов рассматриваемого нами оборудования для бесперебойного электропитания на рынке Украины присутствует достаточно много. Оценить их все в рамках одной статьи не представляется возможным, поэтому считаем необходимым уточнить, почему данный материал построен в основном на информации о типовых конфигурациях, технологических нюансах и модельных рядах всего лишь четырех производителей – естественно, речь идет о лидерах.

Готовя номер, мы столкнулись с тем, что на текущий момент нет единой достоверной аналитической оценки вклада компаний в украинский рынок бесперебойного электропитания. А в силу ряда специфических причин «добыть» нужную информацию совсем не просто. Кроме того, большинство существующих методик определения успешности работы того или иного вендора в основном сводится к сравнению объемов продаж, разделенных по мощностным критериям на несколько классов в денежном и/или штучном выражении. Да и отладка таких методик с учетом локальной специфики – дело не одного квартала. Но принимая во внимание, что тенденции развития отечественного бизнеса все более приближаются к общемировым и европейским, ничего не остается, как прислушаться к мнениям самых авторитетных аналитических компаний (Gartner, IDC, Frost & Sullivan). Как правило, в составе первой четверки они называют APC, Eaton (бренд Powerware), General Electric, MGE. Совпадает это и с долговременными рейтинговыми оценками, полученными на основании имеющейся информации о продажах и инсталляциях в Украине: все эти компании в той или иной мере – аборигены украинского рынка бесперебойного питания. Правда, с момента начала деятельности их курс претерпевал определенные изменения в выборе приоритетных сегментов.

На пути к централизации: стратегии защиты

Что послужило предпосылками для коррекции стратегии, судя по отчетам их и без того успешного бизнеса? Чтобы проследить эту логическую цепочку, позволим себе провести небольшую ретроспективу.

Собственно, жесткой точки отсчета в этом процессе нет. Ею вполне можно признать, например, 2004 г., когда предприятия почти исчерпали возможности по ускорению своей работы за счет организации труда, и остро потребовалось усовершенствовать прежде всего технологические процессы. Вновь стала популярной также концепция «предприятия реального времени», обещающая сделать бизнес быстрым и гибким. В результате многим корпорациям в интересах обеспечения более тесного информационного взаимодействия различных подразделений приходилось отказываться от концепции структурирования на уровне отделов и служб. Инструментом для этого должна стать иная организация бизнеса с использованием информационных систем нового поколения, ведь затраты на IT соизмеримы с расходами компаний на основной бизнес. Следствием этих и многих других процессов, связанных с требованием существенного повышения конкурентоспособности предприятий, стала необходимость в дальнейшей консолидации вычислительных ресурсов, причем не только внутри корпорации. Еще одним толчком послужило развитие рынка аутсорсинговых услуг, стремительно расширялся хостинговый бизнес. Коррективы в этот процесс внесли две взаимодополняющие тенденции: «один сервер – одно приложение» и концепция виртуализации.

Лезвийные серверы, пришедшие на смену своим многоюнитовым собратьям с той же производительностью, обеспечивают необходимую наивысшую концентрацию вычислительных мощностей в ограниченных объемах, но их применение приводит к стремительному росту энергетической плотности. Существенно возрастают требования к системам электропитания и кондиционирования на уровне как стойки, так и комнаты. Выяснилось, что во многих случаях удельная мощность, с которой работают blade-серверы, превышает возможности систем питания и охлаждения (поскольку их мощность, как правило, ограничена 2 или 3 кВт на стойку) практически всех имевшихся у корпораций серверных и прочих помещений, выделенных под системы обработки данных. И традиционные решения по охлаждению не всегда справляются с огромным выделением теплоты.

Насколько велики эти темпы? Эксперты рынка полагают, что к 2009 г. каждый четвертый из поставляемых серверов будет типа blade, и серверная среда окажется еще более критичной к охлаждению.

Существенными критериями для модернизации физической инфраструктуры критичных для предприятия приложений IТ стали безопасность инвестиций, умеренная стоимость, высокая готовность и возможность управления. Неудивительно, что в очередной раз всплыла концепция центров обработки данных (ЦОД) и понадобился четкий стандарт, позволяющий определить требования к инженерной инфраструктуре, главной составляющей которой стали подсистемы обеспечения бесперебойного питания. Он появился весной 2005 г. в виде утвержденного документа ANSI/TIA/EIA-942, обобщающего накопленный за несколько десятилетий опыт. Основной акцент в нем перенесен на интегрированные системы, где все компоненты, к примеру шкаф или стойка, ИБП, система климатизации, а также управление кабельным хозяйством, согласованы между собой. Следуя его рекомендациям, можно приблизиться к заветным пяти «девяткам» в оценке доступности всего ЦОД (таблица).

APC

Symmetra MW – отказоустойчивая, модульная и масштабируемая система мощностью до 1600 кВт

В последние годы APC все чаще фигурирует как поставщик законченных инфраструктурных решений для защиты электропитания корпоративных заказчиков. По мнению специалистов компании, девиз будущего – построение критичной для сети физической инфраструктуры (Network-Critical Physical Infrastructure, NCPI), т. е. включение всех критичных для сети физических инфраструктур в интегрированную концепцию защиты. Рост в мировом масштабе бизнеса в секторе больших систем обусловлен в первую очередь активным продвижением фирменной архитектуры APC InfraStruXure. Эти решения предназначены прежде всего для центров обработки данных различных масштабов. Кроме того, немалую долю оборота компании в «тяжелом» сегменте продолжают составлять промышленные системы, изготовляемые на заказ.

В портфеле АРС имеются три основные продуктовые линейки, нацеленные на различные сегменты рынка: потребительский, Mid-market и Enterprise (решения для бесперебойного электроснабжения вычислительных центров и телекоммуникационных узлов). В данном обзоре акцент сделан на последних двух секторах.

Концепция архитектуры APC InfraStruXure базируется на применении унифицированных решений для компактного размещения (монтажные шкафы) основного оборудования, включая систему энергораспределения, обеспечении гибкого управления и контроля, принятии «адекватных» мер для кондиционирования стоек. В ее рамках предполагается и определенный тип сервисной поддержки, нацеленной на минимизацию времени простоя. Работоспособность и эффективность предлагаемых решений гарантируется участием на всех этапах подготовки проекта специалистов компании и их партнеров: от консультаций до проектирования и экспертизы.

В первую группу, исходя из особенностей систем и масштабности задач по обеспечению бесперебойным питанием, входят небольшие коммутационные узлы (1–3 стойки).

Модель APC Symmetra PX 80 кВт может использоваться для построения резервируемых "N+1" конфигураций

В бюджетном решении (а конфигуратор на сайте APC предложит для большинства задач как минимум три варианта: экономичный, оптимальный и высокоэффективный) с известными оговорками в части эффективности защиты применим обычный линейно-интерактивный ИБП серии Smart мощностью от 1,5 до 5 кВ•А. В качестве же оптимального фигурируют устройства, выполненные по технологии с двойным преобразованием Smart UPS RT (1–10 кВ•А), которые мы уже представляли в предыдущих тестированиях. Несмотря на «начальный» (в сравнении с упомянутыми ниже ИБП) уровень, даже младшие онлайн-устройства APC имеют встроенную обходную цепь, допускают подключение от шести нагрузок в стандартные IEC-розетки.

Время их непрерывной работы может быть существенно увеличено с помощью дополнительных батарейных блоков. Так, при подключении последних старшая модель Smart UPS RT 10,000VA RM, по заверениям производителя, способна обеспечить нагрузку мощностью 8 кВт в течение более полутора часов. В моделях мощностью от 3 до 10 кВ•А присутствует и ручной, и автоматический Bypass, обеспечивается коррекция коэффициента мощности (PFC) по входу. В диапазоне 7500–10000 В•А появляется возможность подключаться не только к однофазной (1:1), но и к трехфазной (3:1) сети. Очевидно, что последние устройства могут обеспечить питание значительно более мощных нагрузок, например серверной на пять шкафов.

Однако следует понимать, что для масштабов небольшого вычислительного центра (5–20 стоек) или при построении инфраструктуры для критичных вычислений эффективность защиты может оказаться недостаточной. Поэтому есть смысл обратить внимание на модельные ряды семейства линеек Symmetra, которые в соответствии с современными требованиями к NCPI построены по модульному принципу, чем предоставляют боóльшую свободу выбора при создании масштабируемой и резервируемой системы. Высокоэффективным решением для данного типа потребителей является уже давно присутствующее на рынке семейство ИБП Symmetra RM с максимальной мощностью 6 кВ•А (наращивается по 2 кВ•А). Оно также выполнено по топологии двойного преобразования и обеспечивает входную коррекцию PF.

Модели Symmetra LX мощностью до 16 кВ•А (с шагом по 4 кВ•А) выпускаются в формфакторах «башни» MiniFrame (до 8 кВ•А) и MasterFrame (до 16 кВ•А). Обе подгруппы не просто легко позволяют выбирать способ подключения к сети (1Ф:1Ф либо 3Ф:1Ф), но и в последнем случае сохраняют работоспособность при питании всего по двум фазам. Имеется широкая номенклатура совместимых с данными ИБП внешних батарейных модулей, максимально поддерживается до семи батарейных шкафов. Среди конструктивных особенностей серии следует отметить наличие электронного и механического Bypass, а также заложенные в любую конфигурацию два одинаковых модуля управления. Удаленный контроль (в том числе и температурный мониторинг) осуществляется с помощью сетевой карты (Web, SNMP, Telnet). Предусмотрены четыре гальванически изолированных входа для контактных групп, которые можно использовать в интересах, например, систем противопожарной безопасности либо для контроля за доступом персонала.

Модель Symmetra PX 40 кВт компактно умещается всего в одном шкафу

Допускается «горячая» замена или наращивание силовых и батарейных модулей, причем манипуляции с ними настолько просты, что могут быть выполнены силами собственного IT-персонала за полминуты. При изменении конфигурации не потребуется и дополнительная настройка. Среди сервисных функций (это относится и ко всем рассмотренным ниже семействам) – автоматическое тестирование по расписанию и проведение диагностики/локализации проблем на уровне модулей. Очевидно, что данная концепция построения будет выгодна в первую очередь тем, кто испытывает трудности при выборе из-за неопределенности в темпах наращивании потребляемой мощности.

Нуждам небольших и средних (20–100 стоек) вычислительных центров больше отвечают модели линейки Symmetra PX, хотя в качестве экономичного варианта допустим выбор ИБП из серии Smart UPS VT (30–40 кВ•А), позволяющих создать недорогое решение без резервирования.

Конструкция Symmetra PX мощностью 10–40 кВ•А предполагает размещение силовых модулей 10 кВ•А (до пяти по схеме "N+1" модуль) и батарей в едином шкафу. В состав устройства, кроме главного и резервного модулей управления, входят карты контроля батарей, внешнего входного автомата и связи с внешними батарейными шкафами. Электронный Bypass в продолжительном режиме способен работать с 25%-ной перегрузкой по мощности ИБП. Модели свыше этой мощности и до 80 кВ•А располагаются в нескольких стойках: в силовой – до девяти модулей той же мощности по схеме "N+1" и отдельной батарейной.

В отличие от линейки LX, где выходной коэффициент PF равен 0,7, данные устройства допускают в качестве нагрузки и современные блоки питания с APFC (расчетный коэффициент для силовых модулей по выходу – 0,99). Кроме того, с помощью коммутационного оборудования обеспечивается безупречная работа ИБП в топологиях, требующихся для обеспечения Уровней 3 и 4 (см. таблицу).

И еще несколько параметров, характеризующих силовые модули: максимальный коэффициент нелинейных искажений (КНИ) по входу (без применения дополнительных фильтров) – 6 %, диапазон входных напряжений – –20…+15%. КПД при обеспечении стабильности выходного напряжения не хуже 1% и 5% (статическая и динамическая нагрузки соответственно) – не менее 93,5%.

Крупные вычислительные центры (более 100 стоек), как уже говорилось выше, требуют гораздо большего, чем просто защита от колебаний электрического тока и отказов питания. Здесь необходимо воплощение интегрированных концепций безопасности, где были бы учтены все малейшие возможные сбои в производственной, сетевой или физической инфраструктуре. Приведенные решения в рамках концепции InfraStruXure по мере наращивания показателей мощности и надежности служат кирпичиками для построения ЦОД различных уровней. И хотя автор не ставил перед собою целью осветить мегаваттные решения, нельзя не упомянуть, что в ассортименте APC имеется семейство Symmetra MW, нацеленное на получение максимально возможного КПД системы на принципе дельта-преобразования. Диапазон мощностей этих модульных высокоотказоустойчивых ИБП для больших предприятий, ЦОД и критических приложений – 200 кВ•А–16 МВ•А. Каждая инверторная секция имеет мощность 200 кВт (три силовых модуля по 67 кВт) и способна работать в параллельном режиме, обеспечивая необходимую суммарную мощность и уровень резервирования.

Eaton | Powerware

Прежде чем перейти к модельным рядам производителя, вкратце расскажем о двух технологиях ABM, предназначенных для увеличения ресурса батарей, и о концепции реализации параллельной работы Hot Sync, воплощенной корпорацией во многих ИБП, выпускаемых под торговой маркой Powerware.

Advanced Battery Management

Технология управления зарядом батарей Advanced Battery Management (ABM) уже много лет реализуется во всех ИБП Powerware мощностью от 1 до 160 кВ•А. Ее появление связано с тем, что постоянная подзарядка слабым током высушивает электролит и ускоряет процесс коррозии пластин. Традиционные методы непрерывного заряда, согласно исследованиям компании, приводят к сульфатации пластин и деградации электролита батарей, что в среднем вдвое сокращает срок их службы.

Идеология, заложенная в ABM, проста: подзаряд батарей проводится только по необходимости. Сам процесс в соответствии с ней имеет три стадии: заряда в режиме с постоянным током, плавающего заряда и отдыха. Большую часть времени АКБ находятся в состоянии отдыха и заряжаются только через определенные интервалы времени (см. график типичного цикла).

График типичного цикла заряда батарей по технологии ABM

Сначала полностью или частично разряженные батареи заряжают постоянным током, соответствующим их типу. По достижении требуемого напряжения они переводятся в режим плавающего заряда с поддержанием постоянного напряжения, уровень которого ниже напряжения при заряде током. Таким образом, достигаются оптимальные показатели времени заряда АКБ. Напряжение на них остается на одном уровне – до тех пор, пока не начнется первое разрядное тестирование. Оно продолжается приблизительно одну минуту, нагрузка переключается на питание от батарей с минимальным риском для подключенной критической нагрузки. Кстати, тестовая величина нагрузки батареи не изменяется от испытания к испытанию и не зависит от ее текущего значения. В это время производится оценка величины падения напряжения на аккумуляторах и принимается решение о необходимости их подзаряда.

Хотя это непосредственно и не входит в рассматриваемую технологию, нелишне напомнить об обеспечении регулировки напряжения при заряде как внутренних, так и внешних батарей в зависимости от температуры, измеряемой в диапазоне от 0 до +50 °С датчиком, расположенным непосредственно около батарей. Функция температурной компенсации заряда также способствует продлению срока службы батарей. Если ИБП и внешние батареи находятся в разных помещениях, для температурной компенсации заряда внешнего батарейного модуля компания предлагает использовать датчик параметров окружающей среды, который измеряет температуру помещения, где стоит батарейный блок, и через Web/SNMP-адаптер передать информацию от датчика в процессор ИБП.

Hot Sync

Традиционные параллельные системы объединяются управляющими кабелями и контролируются централизованными блоками управления. Необходимость в них вызвана тем, что ИБП, генерирующий с «опережением» по фазе, берет на себя больше нагрузки, чем «отстающий». Чтобы нагрузка делилась между ними поровну, инверторы обоих устройств должны работать строго синфазно.

ИБП семейства Powerware 9355 (на фото – с дополнительным батарейным шкафом) могут работать в параллель на основе запатентованной технологии Hot Sync

Классическая схема обеспечения синхронизма параллельной системы основана на использовании дополнительного синхронизирующего блока или взаимодействии по схеме «ведущий-ведомый». По мнению специалистов компании, при сосредоточении всех координационных функций в едином блоке управления он становится критичным элементом системы и может в случае неисправности стать причиной ее общего отказа. То же относится и ко второй схеме, так как при выходе из строя «ведущего» устройства разбалансируется вся система. Кроме того, все дополнительные управляющие электрические соединения подвержены влиянию сильных электромагнитных помех, возникающих при коммутации силовых линий, что также может привести к сбою в работе системы синхронизации, переключению параллельной системы в режим Bypass и другим последствиям.

Еще в 1998 г. была запатентована технология Hot Sync, по которой в настоящее время выпускаются все трехфазные источники. Что касается однофазных ИБП, то эта возможность предусмотрена лишь в Powerware 9155.

ИБП Powerware 9390 создавались с учетом более чем сорокалетнего опыта компании

Обеспечение точной синхронизации по фазе при параллельной работе ИБП с Hot Sync достигается благодаря тому, что каждый из них производит независимые от других измерения и анализ угла сдвига фаз на общей выходной шине с частотой до трех тысяч раз в секунду и корректирует работу своих инверторов. Тем самым технология Hot Sync позволяет всем ИБП независимо друг от друга и практически мгновенно реагировать на любые динамические изменения нагрузки и в любых условиях автоматически поддерживать ее равномерное разделение между всеми ИБП в системе при отсутствии управляющих кабелей связи между ними. Как утверждают представители компании, благодаря этому исключается потенциальная опасность возникновения единой точки отказа и сводится практически к нулю вероятность перебоев в работе источника.

Переходя к продуктам компании, напомним, что ее обширный модельный ряд разбит на три серии: 3, 5 или 9, что находит отражение в первой цифре названия ИБП. Они обозначают не что иное, как число дефектов электропитания, от которых защищает ИБП этой серии. Так, ИБП 3-й серии относятся к классу резервных устройств и устраняют три основных дефекта электропитания, ИБП 5-й и 9-й – пять и девять дефектов электропитания и выполнены по линейно-интерактивной и двойного преобразования (On-Line) топологии соответственно.

Говоря о модельных рядах компании и придерживаясь той же структуры изложения в отношении потенциальных потребителей, что и в представлении предыдущего производителя, следует вспомнить о старших моделях 5-й серии. Powerware 5125RM с высокой плотностью мощности на единицу высоты стоечного исполнения выпускается мощностью до 6 кВ•А и может использоваться для защиты отдельных серверов и сетевых устройств. Все остальные изделия в интересующей нас мощностной категории относятся к 9-й серии. Ее начинают уже известные «малыши» Powerware 9120 и модели для размещения в стойке Powerware 9125RM с той же максимальной мощностью.

Следующую группу устройств составляют ИБП Powerware 9155 (8–15 кВ•А), 9355 (8–15 кВ•А), исполненные в формфакторе «башни» или в шкафу (Powerware 9355, 20–40 кВ•А и Powerware 9390, 40–160 кВ•А). Младшие (8 и 10 кВ•А) модели серии 9155 выпускаются не только в расчете на подключение 3Ф:1Ф, но и 1Ф:1Ф.

Как уже отмечалось, современные серверы и ПК, оснащенные блоками питания с активной коррекцией коэффициента мощности (APFC) – вид нагрузки, все более приближающийся по характеру к линейной. Иными словами, для работы с ними от ИБП требуется все большая расчетная выходная активная мощность. В моделях 9х55 достигнуто значение выходного PF не ниже 0,9. Теперь от выходных параметров перейдем к входным: применяемые решения по повышению входного PF, в частности переход от 6–12-импульсных тиристорных выпрямителей на схемотехнику с высокочастотным управлением IGBT-транзисторами, позволили существенно снизить КНИ до значений менее 5%. Такой активный входной выпрямитель не требует использования сложных дополнительных гармониковых фильтров, чем способствует росту КПД системы.

Еще одним общим достоинством всех этих моделей является возможность параллельной работы нескольких ИБП с целью увеличения мощности или повышения уровня резервирования. По информации Eaton, ИБП Powerware 9355 также обеспечивает самые высокие показатели выходной мощности на единицу площади, занимаемой оборудованием, и позволяет добиться экономии места в серверных комнатах.

Опционально все эти модели могут комплектоваться выходными разделительными трансформаторами и внешними батарейными модулями, а также интерфейсными платами для установки в Х-слот, обеспечивающими обмен информацией. В статическом режиме точность поддержания выходного напряжения не хуже 2%, устройства выдерживают в течение минуты без перехода на Bypass перегрузку на 25% максимальной мощности.

Для защиты критичных нагрузок и ответственных IT-систем в диапазоне мощностей 40–160 кВ•А (с шагом в 20 кВ•А) выпускается Powerware 9390, также рассчитанный на работу в параллельных конфигурациях. Несколько параметров из его спецификации: КПД 94% при номинальной нагрузке, выходной/входной коэффициент мощности – 0,9/0,99, КНИ – 3–5%. В журнале события, ведущемся непосредственно этим ИБП, предусмотрено сохранение более 500 записей о различных изменениях состояния устройства. Кроме того, модель 9390 – один из лидеров отрасли по компактности. Она может быть установлена и непосредственно у стены, и в углу (холодный воздух нагнетается с фронтальной стороны, а теплый покидает корпус через верхнюю панель), предусмотрена возможность подведения кабелей как сверху, так и снизу.

Следующая группа моделей от Eaton представлена семействами высокомощных ИБП Powerware 9370 и Powerware 9315. Говоря о последнем, предназначенном для обеспечения информационных центров и установки на предприятиях, следует отметить сравнительно невысокий КНИ (менее 7% при использовании дополнительного входного фильтра). КПД, в зависимости от мощности конкретной модели (300, 400 или 625 кВ•А), составляет 92–94%.

General Electric

Еще в 2002 г. компания GE Digital Energy (GE DE), подразделение корпорации General Electric, приобрела бизнес швейцарского производителя ИБП IMV, сохранив и преумножив традиции обеспечения надежности. Сегодня GE DE выпускает полный спектр аппаратных и программных продуктов, включающий в себя как ИБП линейно-интерактивной и онлайн-архитектуры (мощностью от 350 В•А до 4000 кВ•А), так и ПО для защиты информационных систем от сбоев и управления процессом электропитания.

Для начала – несколько общих рассуждений по поводу особенностей внедрения решений от этого вендора в Украине.

В устройствах серии SG применен новый тип модуляции, основанный на технологии SVM

Несмотря на то что серии линейно-интерактивных и онлайн-устройств начинаются с небольших мощностей и содержат модели для установки в стойки GE (начиная с мощности 5 кВ•А), считает более оптимальным напольный вариант конструктивного исполнения ИБП. Благодаря ряду патентованных решений и технологии предлагается строить параллельные системы, характеризующиеся отсутствием общих точек отказа (по мнению специалистов компании, модульные решения как таковые их имеют, например, общую шину батарей, общий Bypass и прочие узкие места, снижающие их надежность), из отдельных ИБП. При такой концепции также обеспечивается полная взаимозаменяемость всех элементов системы, в случае необходимости возможно ее разделение на отдельные части. Кроме того, малые размеры и мобильность отдельных ИБП позволяют быстро переконфигурировать входящие в нее элементы. Еще один аргумент базируется на результатах анализа запросов потенциальных заказчиков. Если они являются представителями малого или среднего бизнеса, вероятней всего, у них отсутствуют средства на построение даже начальной части «правильного» с теоретической точки зрения комплекса (с учетом вложений для выполнения всех базисных норм, которые будут востребованы лишь на этапе дальнейшего развития инфраструктуры). Да и принимая во внимание высокую динамику рынка, зачастую даже в первом приближении очень трудно не ошибиться в оценке темпов развития бизнеса и, следовательно, своей IT-структуры.

В ИБП компании применены несколько технологий, которые, несмотря на свой солидный возраст, не теряют актуальности и сегодня.

Два ИБП LP 30–33 по схеме "N+1" суммарной мощности (с учетом резерва 60 кВ•А) обеспечивают работу телеаппаратуры компании «НБМ»

RPA (Redundant Parallel Architecture) – резервируемая параллельная архитектура, пригодная для расширения мощности или создания избыточности по схемам "N+1", "N+2"… По мнению представителей компании, она обеспечивает наилучшую среди известных синхронизацию всех ИБП как в онлайн-режиме, так и при переходе на Bypass практически при полном отсутствии признаков переходных процессов. Кстати, построение параллельных систем можно начинать с устройств мощностью от 3 кВ•А.

Если позволяют качество питающий сети и степень критичности нагрузки, можно использовать так называемый «ECO-режим», при котором ИБП выдает энергию в нагрузку через цепи Bypass и готов в любой момент отреагировать на неполадки в снабжении электроэнергией (время перехода на инвертор менее 4 мс). Это даст возможность довести фактический КПД системы до 98% и экономить на оплате энергии.

Серия LP компании предназначена для обеспечения качественным бесперебойным электропитанием оборудования средней и большой мощности, а также создания централизованных систем бесперебойного электропитания серверных помещений, зданий, учреждений. Высокие входные/выходные параметры и стойкость к перегрузкам отличают модели ИБП серии LP 11 (3–10 кВ•А). Кроме технологии RPA, позволяющей параллельное подключение до четырех устройств, они оснащены выходным трансформатором гальванической развязки (что встречается в этом классе ИБП нечасто). Схема подключения – 1Ф:1Ф.

Серия LP 31Т (5–10 кВ•А) по своим основным параметрам очень близка к LP 11. Входной трехфазный трансформатор для подключения сети позволяет избежать перекосов, равномерно распределяя однофазную нагрузку. Этому также способствует механизм переключения на Bypass, который осуществляется одновременно на 3 фазы сразу (а не одну, как в трехинверторных моделях). Соответственно, по суммарной оценке трехфазного входного напряжения (не по порогу отдельной фазы) определяется предел перехода. Например, если на одной фазе 150 В, а на остальных, предположим, 180 и 200 В, то этот ИБП будет продолжать работу от сети, в то время как «чистый» трехфазный ИБП с такой же установленной шириной «окна» уже перейдет на батареи. Активный IGBT-инвертор обеспечивает снижение КНИ тока до 3,5%. Наконец, полный фронтальный доступ и относительно малая занимаемая устройством площадь в дополнение к возможности устанавливать его вплотную без зазоров сзади и по бокам (забор воздуха осуществляется спереди, выброс – вверх) позволяют создавать на этих ИБП компактные высокоэффективные решения.

Для устранения проблем, связанных с недостаточной скоростью штатной зарядки в больших батарейных решениях при высокой частоте сбоев, имеется возможность подключения к ИБП обеих серий нового зарядного устройства с током до 8 А. Таким образом, даже для батареи емкостью 100 А•ч максимальное потребное время будет сокращено до 12 ч.

Для обеспечения нагрузок мощностью свыше 10 кВ•А (3Ф:1Ф) соответственно предназначена линейка LP 31 (8–20 кВ•А). И наконец, серия LP 33 с двумя входящими в нее семействами ИБП (10–30 кВ•А и 40–120 кВ•А) завершает формирование модельного ряда продуктов мощностью 3–120 кВ•А. Говоря о самой мощной подгруппе, среди всех достоинств устройств следует выделить крайне низкие искажения входного тока (в худшем случае – не более 3,5%) и малую мощность побочных излучений, «с запасом» удовлетворяющую значениям соответствующего стандарта по электромагнитной совместимости для «Class A». При этом обеспечивается стабильность поддержания выходного напряжения при динамике изменении нагрузки от 0 до 100% не хуже 1%.

Серии SitePro (10–500 кВ•А) и SG (80–120 кВ•А) предназначены для обеспечения качественным бесперебойным электропитанием оборудования большой и сверхбольшой мощностей, создания централизованных СГЭ предприятий, сall-центров, серверных ферм, банков. На них можно строить системы общей мощностью до 4 МВт в одной точке (восемь ИБП, включенных параллельно).

В источниках этой серии реализован новый тип управления алгоритмом работы инвертора – по технологии SVM (Space Vector Modulation, пространственно-векторная модуляция). Он позволяет с большей эффективностью (в сравнении с обычным способом широтно-импульсной модуляции, ШИМ) управлять формированием выходных напряжений. Уменьшаются искажения входного тока, обеспечиваются хорошие динамические характеристики по выходу инвертора. Применение SVM благоприятствует также снижению нагрузки на него и увеличивает надежность ИБП в целом. Среди других схемотехнических особенностей серий – обеспечение «мягкого старта» ИБП за счет специального алгоритма управления тиристорами выпрямителя.

MGE UPS Systems

Начнем с замечаний касательно стратегии этой компании. Проводя комплексный анализ совокупной стоимости владения (Total Cost of Ownership, ТСО) систем бесперебойного питания, специалисты MGE пришли к выводу, что, реализуя концепцию AFT (Доступность, Гибкость, Совокупная стоимость владения), компании удалось последний показатель существенно снизить.

Galaxy 3000 имеют двойной ввод по питанию, что позволяет запитывать ИБП от различных вводных сетей, тем самым повышая надежность системы питания в целом

Говоря о надежности своих систем, MGE предлагает проанализировать примеры, которые свидетельствуют об их безупречной работе в течение длительного времени. Например, более семи лет функционирует СГЭ в киевском Диагностическом центре. Система сама «заявила» о неудовлетворительном состоянии батарей, но при проведении сервисного обслуживания выяснилось, что в остальном она оказалась полностью работоспособной. Кстати, в этом случае были установлены батареи с плановым ресурсом в пять лет работы, а прослужили они – семь. Хотя рассмотрение сервисных возможностей компаний – предмет отдельного серьезного разговора на страницах журнала, хочется упомянуть об услуге MGE TeleService. Суть ее заключается в том, что ответственность за работу решения полностью берет на себя MGE. В результате и наблюдение за системой, и реагирование на внештатные ситуации, и своевременный ремонт, и заказ запасных частей обеспечивает MGE, заказчику достаточно установить специальные платы удаленного управления в свой ИБП и заключить договор с MGE. В сервисном центре специалисты с помощью соответствующего ПО отслеживают состояние всех решений, подключенных к системе TeleService. Они же реагируют на любые отклонения от нормы: будь то сбой в системе, перегрузка или повышение влажности в серверной. В их обязанности также входят сбор и анализ предупреждений о том, что в ближайшее время необходимо заменить те или иные компоненты или блоки батарей в системе заказчика. В зависимости от проблемы осуществляются различные действия, вплоть до немедленной отправки инженера на объект или заказа запчастей. Ежемесячно сервис-центр MGE предоставляет заказчику развернутый отчет о состоянии системы и всех происшествиях, а также выдает свои рекомендации.

Не секрет, что по статистике около половины отказов ИБП связаны с отказами батарей. По мнению компании, ей удалось предложить уникальную технологию, позволяющую не только заранее предсказать вероятность отказа, но и непосредственно указать, какие батарейные блоки и в какие сроки нужно заменить. Так, в моделях ИБП Galaxy 5000 и Galaxy 6000 система батарейного мониторинга DigiBat дает возможность отслеживать уровни токов, температуру, срок эксплуатации и на основании типа АКБ корректирует зарядные напряжения. Она непрерывно вычисляет реальное доступное время автономной работы и оставшийся срок службы батарей. И все это путем проведения тестирований с заданным интервалом, не оказывающим влияния на емкость АКБ. При обнаружении отклонений или сбоев формируется сигнал оповещения.

Опциональные более сложные системы батарейного мониторинга B1000 и CellWatch проводят непрерывный контроль работы батарей в режиме «7×24» и позволяют выявлять неисправность или отклонения от нормы для отдельного блока или ячейки. Подробности реализации технологии не раскрываются, однако известно, что основаны они на отслеживании напряжения и внутреннего сопротивления каждого блока, что после соответствующего анализа текущих и ранее проведенных измерений позволяет выявлять сбойные блоки и ячейки. При этом обеспечивается возможность удаленного мониторинга и управления через локальную сеть или через интерфейс Jbus.

Трудно предложить что-либо удобнее и нагляднее, чем большой цветной сенсорный ЖК-дисплей, как у MGE Galaxy 6000 (опция)

Еще одно свидетельство технологического совершенства решений компании – умение правильно бороться с гармоническими искажениями. Известно, что нелинейная нагрузка в электросетях создает гармонические токи, воздействующие на электрооборудование. Наличие значительных искажений токов негативно сказывается на его работе. Токи высших гармоник являются одной из причин перегрева, повреждения изоляции, возгораний и выхода оборудования из строя и зачастую становятся причиной несанкционированного отключения техники (в том числе и из-за ложных срабатываний автоматических выключателей). Кроме того, они вызывают перегрев трансформаторов, двигателей и проводника нейтрали, вплоть до его перегорания. Последнее приводит к отказу всего подключенного к такой сети однофазного оборудования. Помимо этого, высшие гармоники тока ведут к дополнительным потерям и росту потребляемой мощности за счет доли в ней реактивной составляющей, принуждая завышать установленную мощность ИБП, дизель-генераторов, компенсаторов и прочих элементов энергосистемы, удорожая решения.

Гармоники входного тока ИБП при работе от источника с ограниченной мощностью (автономного генератора или иного источника с высоким внутренним сопротивлением) вызывают в нем искажения напряжения. Выбор соответствующего фильтра в таком случае становится нетривиальной задачей, требующей корректного углубленного анализа режимов работы как источника, так и характера нагрузки.

Когда для борьбы с этим в ИБП инсталлируют пассивный LC-фильтр, основная сложность заключается в том, что при снижении нагрузки до уровня 10–30% и ниже номинальной она приобретает явно выраженный емкостный характер. Такой режим является наиболее тяжелым для источника и приводит к тому, что доступная мощность уменьшается по сравнению с установленной в несколько раз. Так, при чисто емкостном характере нагрузки снижение достигает 3,3 раза.

Самая мощная серия MGE – ИБП Galaxy 6000 (160–800 кВ•А)

Для борьбы с этими явлениями MGE предлагает различные типы гармонических фильтров, используемых как в комплексе с ИБП, так и для независимой эксплуатации. Это фильтр гармоник нулевой последовательности CleanWave и активный кондиционер гармоник SineWave, обеспечивающий глобальное подавление гармоник и полный контроль за ними в решениях мощностью до 1000 кВ•А. SineWave анализирует гармоники тока, отбираемые нагрузкой, а затем формирует такие же токи в противофазе. В результате они полностью компенсируются в точке реинжекции. Активный кондиционер также корректирует cosφ (меньший ток и близкий к единице cosφ означают уменьшение реактивной составляющей мощности потребления и полной мощности).

Выбор конкретного подхода к снижению гармонических искажений предполагает достижение баланса между стоимостью и эффективностью, основанного на допустимом уровне гармоник для данной системы. Таким образом, провозглашая принцип тотальной борьбы с гармоническими составляющими тока THM (Total Harmonics Management), MGE предлагает полный спектр решений для борьбы с гармоническими искажениями. Среди них – высокотехнологичные решения фильтрации, коррекции коэффициента мощности ИБП с использованием PFC на основе активных фильтров гармоник тока и, конечно же, применение в источниках активных выпрямителей на базе IGBT-транзисторов.

MGE Galaxy 5000 уникальна тем, что содержит батареи внутри блока ИБП вплоть до мощности 80 кВ•А. Таким образом, экономятся средства и пространство в месте установки – не требуется дополнительный батарейный шкаф

В заключение – кратко о некоторых источниках, предлагаемых компанией. Все инсталлируемые ИБП производства MGE UPS Systems для обеспечения полной изоляции и защиты нагрузки от искажения и помех входной сети исполнены по топологии двойного преобразования.

В диапазоне от 30 кВ•А MGE предлагает три продуктовые линейки: Galaxy 3000 мощностью от 10 до 30 кВ•А, Galaxy 5000 – от 20 до 120 кВ•А и Galaxy 6000 – от 160 до 800 кВ•А. Кроме того, в прошлом году на рынок была выпущена недорогая модель Comet 3000 диапазона от 20 до 80 кВ•А.

Выпрямитель ИБП Galaxy 3000 исполнен на шестифазных интегрированных модулях IGBT, обеспечивающих при КНИ (по току) менее 3% входной PF более 0,99. В устройстве применена низкотемпературная (до 90 °С) жидкостная система охлаждения, увеличивающая срок эксплуатации и надежность компонентов приблизительно в 10 раз по сравнению с традиционной схемой. При полной нагрузке «окно» входного напряжения составляет 323–440 В, причем при снижении мощности до 75% оно расширяется до диапазона 250–440 В.

Использована новая система периодичного (или «прерывистого») заряда, которая экономит энергию батарей и удваивает срок их службы (intermittent charge maintenance system). Ее суть сводится к следующему: вместо применения постоянно приложенного напряжения зарядка происходит между двумя относительно узкими порогами Vfmax и Vfmin. За время цикла батарея заряжается до порогового верхнего значения, затем автоматически отсоединяется от зарядного устройства и медленно разряжается до Vfmin. Затем процесс повторяется.

Фильтр гармоник нулевой последовательности CleanWave дает возможность добиться ослабления гармонических токов, соблюдения балансировки электрического тока в фазах и уменьшения уровня электромагнитных помех

Серия Galaxy 5000 является «флагманским» продуктом MGE UPS Systems 2006 г. и предназначена для наиболее критичных нагрузок. Ей свойственны высокая перегрузочная способность и устойчивость к коротким замыканиям. Гибкость и масштабируемость решений на ее основе достигается за счет возможности параллельной работы до шести модулей ИБП. При этом производителем декларируется наименьшая в своем классе площадь, занимаемая ИБП, что позволяет с легкостью инсталлировать его в любых условиях. Еще одна интересная особенность – Galaxy 5000 может работать со всеми типами: свинцово-кислотных и никель-кадмиевых батарей. Система коррекции PF (интегрированные шестиузловые IGBT-модули) и низкий КНИ в комплексе с функцией плавного старта обеспечивают хорошую совместимость с дизель-генератором. Защита от глубокого разряда и раздельное управление двумя цепочками батарей гарантируют повышение степени доступности батарейной подсистемы.

ИБП серии Galaxy 6000 (160–800 кВ•А) также были анонсированы в начале 2006 г., придя на смену популярной линейке большой мощности MGE Galaxy. По многим эксплуатационным параметрам и конструктивным особенностям она схожа с предыдущей моделью. Улучшен КПД системы (до 95%, причем в широком диапазоне нагрузки – от 50% и выше – он составляет не менее 94%). Данная модель предусматривает применение различных гармонических фильтров: от мощного THM-фильтра, лучшего для использования с одиночными или параллельными решениями и снижающего уровень гармоник во входном токе (менее чем 4%), до фазосдвигающих фильтров, уменьшающих выброс искажений во входную сеть и позволяющих понизить требования к мощности электрических компонентов.

Еще один интересный продукт из портфеля компании – так называемая СОБ (система объединения батарей), позволяющая объединить батареи параллельных систем в единое целое, что увеличивает время автономной работы ИБП.

Инсталляции

Каким бы высоким ни был технологический потенциал производителей, а их линейки продуктов совершенными, о компаниях, которые давно присутствуют на отечественном рынке, лучше всего свидетельствуют их инсталляции. Однако при подборе материала для данного раздела оказалось, что в силу различных причин большая часть информации не может быть представлена, либо имеющиеся у нас сведения поступили на условиях неразглашения. Так, не сумели получить соответствующего разрешения компании, реализовавшие множество проектов с использованием оборудования под торговой маркой Powerware. Тем не менее собрать некоторый портфель все же удалось, что позволило продолжить традицию освещения внедренных решений, начатую с представления интересных инсталляций APC.

Интересный проект осуществлен MGE в Национальной академии обороны Украины на Курсах по подготовке офицеров многонациональных штабов. При построении системы основным требованием было создание отказоустойчивой системы бесперебойного питания мощностью до 40 кВ•А. Поскольку к ней подключены и компьютерные учебные аудитории, где все оборудование может быть запущено одновременно с началом занятий, необходимо было предусмотреть высокую перегрузочную способность ИБП. Кроме того, требовалось обеспечить дополнительную защиту критичных нагрузок с возможностью корректного сохранения на них данных (мощность до 3 кВ•А).

Для повышения автономности в состав СГЭ могут входить электростанции, в том числе в мобильном исполнении

Были установлены три ИБП Galaxy 3000 3×15 кВ•А (суммарная мощность 45 кВ•А), включенных в параллельной конфигурации. При выходе одного ИБП из строя остальные два продолжают выдавать 30 кВ•А. Время автономной работы при номинальной нагрузке – 30 мин. Кроме UPS, в систему вошли два статических переключателя нагрузки Pulsar STS16. Эти устройства обеспечивают переключение критичного оборудования на резервный источник питания в случае сбоя основной системы ИБП или отключение ввода с нее.

Мониторинг всей системы электропитания осуществляется из единого окна, причем возможно управление как всеми ИБП, так и переключателями нагрузки Pulsar STS. Совершенно незаменимым для подобных объектов является наличие графического дисплея, отображающего в том числе схемы и мнемограммы, а также текстовую информацию на русском языке.

«Deutsche Bank Украина»

Здесь была установлена система бесперебойного питания MGE Galaxy 3000 мощностью 10 кВ•А. Ее производительность можно по мере необходимости нарастить путем добавления до четырех параллельно подключаемых силовых блоков и использования системы объединения батарей. Кроме того, данный ИБП имеет двойной ввод по питанию, что позволяет в дальнейшем подсоединять его к различным вводным сетям, тем самым повышая надежность системы питания в целом. С помощью этой конструктивной особенности можно строить конфигурации «горячего резервирования», когда один ИБП может быть включен на вход второго. При этом надежность системы составит до 99,9947%.

ИБП и батареи размещены в стандартных шкафах (уровень защиты IP 20), полностью обеспечивая соответствие стандарту EMC Class B. Для снижения КНИ (по току), как правило, используются дорогие фильтры гармоник. Однако в данном примере за счет технологии шестиузловых IGBT-модулей Galaxy 3000 удалось обойтись без них, уменьшив этот показатель менее чем до двух (не ниже 3% при изменениях нагрузки от 50 до 100%). Это позволило расположить систему на небольшом удалении от серверного и сетевого оборудования. Дополнительные сервисные удобства обеспечило применение в решении выносного многофункционального дисплея.

ЦВК

Система на базе ИБП Galaxy 3000 15 кВ•А была установлена в 2006 г. Решающую роль при выборе заказчиком оборудования MGE сыграли технологические преимущества проекта при более низкой цене. Удовлетворялись и требования к минимизации площади, занимаемой решением.

В случае с Центральной избирательной комиссией важную роль сыграла гибкость батарейных конфигураций для систем MGE Galaxy 3000: для обеспечения бесперебойной работы в течение 180 мин при заявленной нагрузке потребовался лишь один батарейный шкаф, в котором были установлены АКБ повышенной емкости.

Аналогичный проект (Galaxy 3000 15 кВ•А) исполнен и в украинском офисе Credit Swiss.

Hyatt

Для отеля Hyatt в Киеве в 2006 г. осуществлена поставка новой модификации «флагманской» системы MGE Galaxy PW – Galaxy 5000 мощностью 100 кВ•А.

Она была выбрана на основании того, что удовлетворяла все потребности заказчика, в частности – в связи с лучшей в классе совместимостью с дизель-генератором. Требуемое время автономии было обеспечено за счет тщательно подобранных батарей и наличия возможности их постоянного мониторинга с помощью системы DigiBat.

Актуальной оказалась и возможность увеличения начальной мощности до шести раз. Немаловажную роль сыграло и более низкое энергопотребление Galaxy 5000: КПД системы 94 и 97% в онлайн- и экономичном режиме соответственно, что позволило снизить расходы на системах кондиционирования воздуха и вентиляции.

Оригинальные и высокоэффективные решения удалось реализовать компании «НТТ-Энергия» на оборудовании General Electric.

Call-центр «Киевстар»

Система гарантированного электропитания обеспечивает бесперебойное и автономное электропитание во львовском подразделении сall-центра «Киевстар». В ее основу вошли три параллельных ИБП LP 80–33, подключенных по патентованной технологии RPA и по схеме "N+1" (240 кВ•А). Суммарная мощность системы составила 240 кВ•А для обеспечения защиты с резервированием нагрузки в 160 кВ•А. Данная конфигурация системы позволяет наращивать мощность до 320 кВ•А, подключив в параллель четвертый ИБП. Устройства серии LP GE поддерживает задействование дизель-генератора без необходимости устанавливать дополнительные фильтры или 12-импульсный трансформатор. Так, во львовском сall-центре был установлен дизель-генератор SDMO V550K на базе двигателя Volvo. Он способен поддерживать без дозаправки всю нагрузку в течение 7 ч. В случае отключения электропитания в сети дизель-генератор запускается самостоятельно с задержкой около минуты, а в момент появления сети автоматически возвращает нагрузку на нее.

«5-й канал»

Вводно-распределительное и коммутационное оборудование проекта для «5-го канала» заключено в надежные и удобные в обслуживании металлические шкафы

В телерадиокомпании «НБМ», известной широкой публике под названием «5-й канал», система гарантированного электропитания обеспечивает защиту работы всех офисов и студий. Это дает возможность круглосуточно вещать при любых погодных и политических условиях. Здесь по технологии RPA и схеме "N+1" установлены в параллель два ИБП LP 30–33, образуя суммарную мощность с резервом 60 кВ•А. В связи с увеличением нагрузок на ближайшее время запланировано подключение еще одного ИБП LP 30–33. Автономную работу в случае длительного отключения на «5-м канале» обеспечивает дизель-генератор марки SDMO J200K 200 кВ•А /160 кВт на мобильном шасси. Такое решение было реализовано в связи с невозможностью стационарной инсталляции. В наиболее оптимальном месте для установки дизель-генератора проходят тепловые и канализационные трассы. Капитальное сооружение в таком месте препятствует доступу к ним, поэтому установка дизель-генератора была спроектирована с возможностью мобильного перемещения электростанции в любой момент. Параллельно телеканал получил еще одно преимущество: в случае необходимости «5-й канал» имеет возможность поддержки электропитания технической площадки съемочного процесса в любом месте Украины. Для увеличения надежности всей подсистемы электропитания и обеспечения подключения двух независимых вводов была установлена электрощитовая, которая фиксирует полный коммерческий учет энергопотребления по всем параметрам. Небольшие технические площадки поддерживаются бензиновыми мини-электростанциями SDMO модели Genesis 3000. На выездных студиях также используются малые ИБП двойного преобразования NetPro 1500 19".

В качестве еще одного из примеров реализованной системы бесперебойного электропитания на оборудовании GE можно привести проект инсталляции системы для компании Avon cosmetics. Здесь была установлена система их двух параллельно подключенных по схеме "N+1" ИБП серии LP10–31T.

Особенности проекта:

• равномерное распределение однофазной нагрузки (30/40) в трехфазной сети;
• байпас на все три фазы (!) одновременно – невозможен перекос фаз;
• предусмотрено подключение еще двух ИБП для увеличения мощности нагрузки;
• недорогое и гибкое решение.

Как нам показалась, даже по этим разноплановым примерам, «просочившимся» в печать, можно судить о достаточно большом растущем интересе к «тяжелым» решениям. Ведь перефразируя девиз одной из компаний, участвующей в данном обзоре, стабильность и дальнейшее увеличение спроса – свидетельство стабилизации бизнеса в государстве.