Источники бесперебойного питания (ИБП) переменного тока на протяжении нескольких десятилетий остаются самым надежным способом обеспечения гарантированного и бесперебойного электроснабжения потребителей. За это время происходила смена технологий, вырабатывались нормы и стандарты, выявлялись сегменты использования различных технологических схем и решений, формулировались цели и задачи на будущее. И чем выше технологическая сложность нашей жизненной среды, тем выше степень нашей зависимости от качественного электропитания. ИБП, особенно большой мощности, становятся все более важными для жизни мегаполисов, промышленных предприятий и организаций, поскольку нарушения в работе критических систем и потеря данных из-за перебоев в электропитании чреваты техническими катастрофами на производстве и транспорте, миллионными убытками в сфере торговли и услуг.

 

Если мы говорим о каком-либо оборудовании необходимо его как-то классифицировать. В отношении ИБП можно рассмотреть следующие, устоявшиеся в профессиональной среде, критерии:

  • по мощности: малой, средней, большой мощности;
  • по топологии (схема внутреннего строения): резервные (off-line), линейно-интерактивные (line-interactive), двойного преобразования (on-line);
  • по характеристике выходного напряжения: однофазные и трехфазные;
  • по масштабируемости: одиночные, с возможностью параллельной работы по схеме «n+1», модульные.

Кроме того, существует и активно используется международный стандарт IEC 62040−3, утвержденный в 2003 г. Он определяет трехшаговую систему классификации ИБП в зависимости от характеристик выходного напряжения на ИБП:

  1. степени зависимости характеристик выходного напряжения ИБП от напряжения на входе;
  2. формы выходного напряжения;
  3. динамические характеристики выходного напряжения.

В данной статье, рассматривая ИБП большой мощности различных производителей, примем следующую градацию:

  • до 3−5кВА – ИБП малой мощности;
  • от 3−5кВА до 30−50кВА – ИБП средней мощности;
  • более 30−50кВА – ИБП большой мощности.
Общие особенности

Общая особенность ИБП большой мощности использование их в трехфазных сетях переменного тока. Кроме того, все они построены по технологии «двойного преобразования» VFI SS (Voltage & Frequency Independent) в терминах стандарта IEC 62040−3. Данная технология подразумевает преобразование входного переменного напряжения в постоянное, с последующим восстановлением выходного синусоидального переменного напряжения с определенными характеристиками. В большинстве случаев это реализуется с применением в схемах выпрямителя и инвертора на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT-транзисторов).

Автономная работа при отсутствии входного напряжения обеспечивается при помощи внешних комплектов аккумуляторных батарей. Большинство производителей позволяют подключать к своим ИБП АКБ разных вендоров, используя для обеспечения долгосрочной и гарантированной работоспособности батарей различные схемы мониторинга состояния и заряда аккумуляторов. Широкое распространение при создании систем бесперебойного электроснабжения получили герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы с внутренней рекомбинацией газов (AGM) и гелевые аккумуляторы. На многих промышленных предприятиях, где с каждым годом растет спрос на решения с использованием ИБП большой мощности, находят широкое применение малообслуживаемые аккумуляторные батареи с жидким электролитом. Все это требует от производителей встраивания в ИБП современных алгоритмов динамического заряда АКБ разных типов, а также тесного взаимодействия с компаниями-производителями батарей для оперативной модернизации таких алгоритмов.

Поскольку система бесперебойного электроснабжения большой мощности обеспечивает функционирование оборудования на значимых объектах, таких как центр обработки данных, узел связи, цех, здание, больница, предприятие, необходим постоянный мониторинг ее состояния. Большинство ИБП большой мощности имеют широкие возможности по интеграции в информационные системы с использованием основных протоколов: SNMP, AS400, ModBus/JBus, ProfiBus, GSM, WWW. Поддержка функции сигнального обмена одновременно в нескольких стандартах зачастую является определяющим параметром при выборе оборудования.

Надо также отметить, что системы гарантированного электроснабжения (СГЭ) очень большой мощности (от 500–600 кВт до 2–3 МВт) в 100% случаев организуются по принципу параллельной работы нескольких систем ИБП меньшей мощности. Такое техническое решение позволяет проводить работы по обслуживанию, модернизации, замене и ремонту СГЭ без прерывания электропитания объекта и существенно увеличивает надежность системы. Что касается возможностей продлить срок подачи питания на объект больше чем на 15–30 минут, вплоть до 24 часов, то обычный способ – использование ИБП и ДГУ (дизель-генераторной установки). Когда нужно обеспечить более 1–2 часов автономной работы, лучше использовать схему «ИБП + АКБ малой емкости + ДГУ», чем «ИБП + АКБ большой емкости», хотя в реализации данной схемы есть некоторые сложности из-за того, что ДГУ и ИБП рассчитаны на работу в разных эксплуатационных режимах: ИБП – в постоянном, ДГУ – в периодическом. ДГУ вырабатывает синусоидальный ток для линейной нагрузки, а ИБП подключается к ДГУ как не вполне линейная нагрузка. Отметим и такую проблему, как эффект «качелей» при старте ДГУ, когда происходит постоянное переключение нагрузки с ДГУ на ИБП и обратно. Здесь можно рекомендовать, во-первых, плавный пуск, во-вторых – соблюдение разницы мощностей ИБП и ДГУ (ДГУ должен иметь больший запас мощности).

Сфера применения

ИБП мощностью до 120−150кВА очень широко используется в телекоммуникационной отрасли, небольших ЦОД-ах, крупных офисах, промышленных системах автоматического контроля, для медицинского оборудования. ИБП мощностью до 400−500кВА способны поддерживать непрерывную работу стандартных информационных систем банковского или медицинского секторов, ЦОД-ов масштаба предприятия, крупных офисных центров, крупных телекоммуникационных узлов.

СГЭ мощностью 1−2МВт характерны для крупных специализированных ЦОД-ов, центральных офисов крупных компаний и корпораций, больниц, банков, государственных и правительственных учреждений. Отдельно надо отметить использование ИБП в промышленности. ИБП, устанавливаемые на объектах промышленности, эксплуатируются в условиях принципиально отличных от условий инсталляций в офисах и дата-центрах. Размещение в специфичных условиях производства предъявляет следующие требования к оборудованию бесперебойного электропитания:

  • повышенный уровень IP (IP43 и выше),
  • наличие изолирующих трансформаторов повышающих помехозащищенность,
  • локальный и удаленный мониторинг с использованием промышленных стандартов,
  • возможность изготовления решений на заказ,
  • интеграция с промышленными системами аккумуляторных батарей,
  • соответствие более строгим стандартам для оборудования, эксплуатируемого в промышленных средах (IEC/EN 61000−6−2:2001 и другие),
  • увеличенный срок службы.

Для нашей страны, где в последние годы все активнее происходит модернизация производственных мощностей, и не до конца ясна ситуация с гарантированностью и качеством электроснабжения на объекте, использование ИБП в промышленном исполнении очень актуально.

Тенденции

Рынок ИБП быстро растет: в 2007 г. объем мирового рынка ИБП составил 6 млрд долл., по оценкам аналитиков агентства Frost & Sullivan, темпы роста вплоть до 2010 г. составят 10–12% в год. Возможно, глобальный экономический кризис внесет в этот прогноз коррективы, но тенденцию, скорее всего, вспять не повернет. Быстрый рост рынка ИБП во многом связан с ростом ИТ- и телекоммуникаций, ведь, как известно, примерно 40% ИБП-систем используются для защиты серверов, систем хранения данных и сетевого оборудования.

Среди тенденций рынка следует отметить реагирование на «прожорливость» информационных систем. Все производители ИБП уделяют все больше внимания экономичности моделей: улучшению использования входной мощности, снижению тепловыделения благодаря использованию современных электронных компонентов и схем, следствием чего является увеличение КПД источников бесперебойного питания.

Компания Liebert (подразделение Emerson Network Power корпорации Emerson) успешно занимается внедрением технологий, отлаженных на ИБП серии NX мощностью до 200кВА в более мощные ИБП. В частности объявлено о скором появлении на рынке модели NXL, которая постепенно придет на смену модели HiPulseE.

Компания AEG Power Supply Systems (входящая в группу SAFT POWER SYSTEMS) вывела на международный и российский рынок модульный ИБП Protect 3.M. Так же известно, что готовится смена для модели Protect 4.33, что позволит предложить заказчикам самые современные решения большой мощности.

Большое влияние на рынок оказало слияние двух гигантов — APC и MGE UPS Systems в составе Schneider Electric. При этом, продолжая активно развивать направление InfraStruXure, на основе модульной технологии, APC получило доступ к технологиям Galaxy, что в дальнейшем может повлиять на спектр предлагаемых компанией решений.

Компания Eaton (торговая марка Powerware) продолжает наращивать мощность ИБП линейки 9395. В настоящий момент заявлено о возможности заказа модели Powerware 9395 мощность 825кВА, как без резервирования, так и с резервированием по схеме «n+1», благодаря модульному дизайну ИБП.

В качестве общих тенденций развития можно отметить:

  • увеличение плотности мощности;
  • создание мощных централизованных систем;
  • использование различных вариантов модульных решений.

Нельзя однозначно утверждать, что модульные решения превосходят моноблочные по каким-то параметрам или, наоборот, уступают им. В зависимости от ситуации, может быть, подойдут либо те, либо другие. Однако в целом использование модульных решений становится все шире, поскольку они легко масштабируются, что очень важно для растущего бизнеса. Например, в ситуации, когда необходимо обеспечить резервирование питания для маленького, но развивающегося ЦОД, где сегодня потребность в мощности составляет 30 кВа, а через некоторое время может увеличиться до 100 кВа и более, уместнее модульное решение. А при потребности объекта в мощности более 200 кВа, скорее всего, подходящим решением будет крупная система, поскольку на рынке для этого имеются достойные моноблочные модели.