Обзор подготовлен

Технологии построения систем бесперебойного и гарантированного электроснабжения

Сегодня для электрических сетей общего назначения в Российской Федерации характерно низкое качество электрической энергии — наблюдаются отключения питания в электросети, высокочастотный «шум», «провалы» напряжения, отклонения частоты от нормы и др. По заключению Государственного центра метрологического обеспечения в области электромагнитной совместимости (ГЦМО ЭМС), требования ГОСТ 13109–87 к показателям качества электрической энергии (ПКЭ) энергоснабжающими и энергораспределяющими организациями в России, как правило, не выполняются. Кроме того, требования по качеству электроэнергии, установленные в российском ГОСТе, зачастую недостаточно высоки по отношению к современному компьютерному и телекоммуникационному оборудованию.

Подключение к уже существующим в зданиях электрическим сетям высокотехнологичного оборудования, чувствительного к качеству электроэнергии (компьютеров, активного оборудования вычислительных сетей, телекоммуникационной аппаратуры, банковского оборудования, медицинского оборудования), может быть связано не только с повышенным риском нарушения функционирования оборудования, но и в ряде случаев — риском выхода его из строя. Логичным поэтому является использование систем бесперебойного или гарантированного энергоснабжения, при построении которых сегодня используется несколько структурных схем.

Распределенная структура

Система бесперебойного энергоснабжения распределенной структуры — каждый потребитель (или группа локальных потребителей) использует отдельный (локальный) источник бесперебойного питания (ИБП).

Основными преимуществами такой системы являются возможность ее реализации без переделки сетевой разводки в здании, особенно при использовании «розеточных» ИБП, простота наращивания и изменения конфигурации. При отказе одного из ИБП происходит отключение только части системы, и, при наличии аналогичного ИБП в «холодном» резерве, последствия отказа могут быть устранены в течение нескольких минут. Следует, однако, отметить, что установка ИБП малой мощности на каждый компьютер обычно не является оптимальным решением, так как стоимость кВА в более мощных системах может оказаться заметно ниже.

Централизованная структура

Система бесперебойного энергоснабжения централизованной структуры — такая система содержит один ИБП (или комплекс ИБП), к которому подключены все необходимые потребители энергии. Мощные ИБП структуры двойного преобразования напряжения («on-line»), как средство получения электроэнергии требуемого качества, являются основой построения систем гарантированного энергоснабжения (СГЭ). Они и обеспечивают качественную работу подключенного к ним оборудования как в штатном режиме (при наличии электропитания на входе), так и в автономном режиме (при отключении входной сети электропитания), за счет энергии, накопленной в аккумуляторных батареях. На сегодняшний день время автономной работы таких систем составляет, как правило, до нескольких часов.

Преимущества системы с централизованной структурой определяются концентрацией запаса мощности и емкостью батарей. Такая система менее чувствительна к локальным перегрузкам и может выдерживать даже короткие замыкания, переходное сопротивление которых превышает величину, определяемую запасом выходной мощности ИБП. Увеличение времени автономности может достигаться простым отключением менее ответственных потребителей энергии. Преимуществом централизованной СБП, построенной на базе мощного трехфазного ИБП, является исключение перегрузок «нейтрального» проводника на входе ИБП, что повышает надежность всей сети электропитания и не требует проведения работ по перекладке кабельных линий, по которым осуществляется энергоснабжение здания.

Стоимость аппаратных средств СГЭ централизованной структуры при равной мощности и одинаковых технических решениях ИБП, как правило, ниже по сравнению с системой распределенной структуры. Однако при создании СГЭ данной структуры необходимо учитывать стоимость возможной переделки сети электропитания в случае реконструкции действующей системы, а также необходимость выделения специального помещения и подготовки или привлечения квалифицированного персонала.

Для обеспечения работы устройств — потребителей энергии в течение более длительного времени в качестве резервного источника энергии в комплекс могут быть включены автономные электрогенераторные установки, например, на базе двигателей внутреннего сгорания (как правило, дизельных).

На практике «в чистом» виде каждая из рассмотренных структур применяется достаточно редко. Использование централизованной структуры целесообразно при концентрации оборудования, выполняющего единую задачу и состоящего из компонентов одного класса надежности и близким по характеристикам энергопотребления. Такие системы применяются, например, в издательских комплексах, узлах связи и т. п.

Типичными для применения СГЭ распределенной структуры являются административные учреждения (здания центральных и региональных аппаратов министерств, мэрии и пр.), в которых большое число персональных ЭВМ работают в режиме рабочих станций, зачастую без объединения их в локальную вычислительную сеть.

Двухуровневая система

Для устранения недостатков каждой из систем, представленных выше, на практике применяют двухуровневую (смешанную) систему, которая представляет собой комбинацию централизованной и распределенной систем. С точки зрения оптимизации мощности и стоимости оборудования такой системы задача проектировщика состоит в определении ключевых потребителей и минимизации числа групп потребителей путем соответствующего конфигурирования вычислительной сети. При выборе двухуровневой структуры, кроме установки одного ИБП большой мощности, отдельные потребители защищаются с помощью локальных ИБП меньшей мощности. Целью такого резервирования является защита такого оборудования, как, например, файловые серверы и наиболее ответственные рабочие станции управления ЛВС, коммуникационное оборудование, системы связи от обесточивания вследствие аварий кабельной сети.

Как правило, в реальных проектах создания комплексной системы электропитания интеграторами — исполнителями работ организуется система энергоснабжения, обеспечивающая функционирование:

• локальной компьютерной сети,
• систем отопления,
• освещения,
• кондиционирования,
• бытового электрооборудования.

Разделение по функциональности

Можно рассмотреть также функциональное разделение областей применения систем промышленного назначения и ИБП офисного типа. По данным агентства Frost&Sullivan, объем продаж ИБП с двойным преобразованием растет ежегодно в среднем на 12%, при этом восемь из десяти производимых систем бесперебойного питания спроектированы для массового использования в сфере информационных технологий. В целом можно выделить три области применения тех и других:

Защита электронной обработки данных. Информационные технологии породили массовый рынок ИБП, с которым стал ассоциироваться термин «коммерческие ИБП». Типичные области применения таких систем в сфере информационных технологий — центры обработки данных, банки, страховые компании. Нарушения в системе подачи переменного тока могут негативным образом повлиять на процесс обработки данных и работу систем связи. Однако они не создают существенных рисков для жизни людей или их собственности.

Защита общих производственных процессов. Используемые в данном сегменте ИБП относят к промежуточному классу «легких промышленных систем». Они предназначены для защиты процессов, не приводящих к необратимым тяжелым последствиям даже в случае длительного пропадания входного тока, хотя нарушения в работе электроснабжения этих объектов способны привести не только к простою производственных линий, но и к большим затратам времени для восстановления и запуска производственной линии после сбоя. Типичные примеры областей применения — фармакологическая и пищевая отрасли.

Защита критических процессов. ИБП, предназначенные для этой цели, традиционно называются «промышленными» ИБП, при этом сфера их применения не ограничивается защитой систем автоматического управления на промышленных предприятиях. Наглядный пример критических приложений — нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие комплексы, электростанции и транспорт, где последствия нарушения в системе электроснабжения настолько велики, что к оборудованию, предназначенному для защиты многочисленных узлов, предъявляются гораздо более строгие требования, нежели к коммерческим ИБП.

CNews Analytics