Часті запитання

При виборі системи безперебійного живлення (БЖ) початкова вартість обов’язково стає одним із ключових питань, що іноді призводить організації до придбання менш якісного продукту за нижчою ціною. Однак критично важливо уважно ознайомитися з дрібним шрифтом, щоб переконатися: ви вибрали справді модульну систему, яка зможе виконати покладене на неї завдання — забезпечити надійне електроживлення вашого дата-центру з найвищим рівнем доступності.

Цікаво, що у разі деяких високоякісних систем БЖ економія часто досягається у довгостроковій перспективі завдяки підвищеній ефективності, що призводить до зниження експлуатаційних витрат і загальної вартості володіння (TCO). Тому повний аналіз витрат, як правило, варто провести.

Отже, як основна мета: як дата-центри можуть обрати систему БЖ для максимізації доступності? У сутності, не повинно бути жодних потенційних одиночних точок відмови. Критично важливо уважно розібратися в конфігурації та чіткому визначенні поняття «модульна система» ще до укладення угоди.

На найпростішому рівні окремий автономний блок безперебійного живлення (БЖ), який захищає критичне навантаження, називається конфігурацією типу N. Однак окремий БЖ не забезпечує жодної стійкості у разі виникнення несправності або планового обслуговування з відключенням від мережі. Паралельне підключення другого окремого БЖ з такою самою потужністю забезпечує стійкість і називається конфігурацією типу N+1. Також можливо паралельно підключити кілька окремих БЖ меншої потужності, щоб реалізувати ту саму філософію.

Інше визначення терміна «модульний» — це окремий БЖ, спроектований і виготовлений у модульному виконанні. Основні компоненти — випрямляч, інвертор та статичний перемикач — виконані у вигляді модулів. Наприклад, у разі несправності випрямляча його можна легко замінити. Проте основним недоліком такої конфігурації є те, що при виході з ладу будь-якого компонента весь БЖ втрачає працездатність. Хоча це й модульна система, її рівень доступності не буде надійним.

Кращим рішенням є те, що ми називаємо «справжньою модульною системою безперебійного живлення (UPS)». Це означає, що кілька окремих модулів UPS розміщено в одному каркасі. Кожен із цих окремих модулів є повноцінною системою UPS, що має свій випрямляч, інвертор і статичний перемикач, і всі вони працюють онлайн паралельно один з одним. Наприклад, шість модулів UPS потужністю по 50 кВт зазвичай розміщуються в одному каркасі, забезпечуючи надійну конфігурацію загальною потужністю 300 кВт у схемі N+1. За потреби заміну модуля можна виконати «на гарячу» протягом кількох секунд (приблизно 30 секунд), тоді як інші модулі продовжують захищати критичне навантаження.

У жодному разі система не потребує переведення на обхідний режим технічного обслуговування й, отже, на необроблену мережеву напругу.

Деякі інші модульні системи включають випрямляч і інвертор у свої модулі, але статичний перемикач централізований і розташований окремо. Це призводить до потенційної єдиної точки відмови. Заміна окремого статичного перемикача може зайняти лише кілька хвилин, але, залежно від місця розташування, інженеру-обслуговувальнику може знадобитися кілька годин, щоб дістатися до об’єкта для його заміни. Під час цього часу система не здатна перейти на статичне байпасне живлення. У справжній модульній системі, де статичний перемикач вбудований у кожен модуль, інші модулі в рамі ИБП продовжують захищати навантаження до моменту заміни несправного модуля. Це значно підвищує рівень доступності.

Ми розробили свою останню генерацію справжньої модульної системи ИБП, яка забезпечує коефіцієнт корисної дії (ККД) понад 0,99 і низьку загальну вартість володіння (TCO) завдяки технології управління максимальною ефективністю (MEM) та низьким втратам енергії. Наша команда розробників працює з дата-центрами протягом багатьох років, перебуваючи на передовій технологічного розвитку.

1. Високочастотний інвертор:

Використовуючи технологію високочастотного перемикання, у випрямлячах та інверторах замість трансформаторів мережної частоти в UPS застосовуються високочастотні комутаційні елементи; такі пристрої зазвичай називають високочастотними машинами. Високочастотні машини мають компактні розміри й високий ККД.

2. Машина мережної частоти:

UPS, у яких як компоненти випрямляча та інвертора використовуються трансформатори мережної частоти, зазвичай називають машинами мережної частоти.

Високочастотна машина проти машини промислової частоти.

2-1: Високочастотна машина не має ізоляційного трансформатора, а її вихідна нульова лінія має високочастотний струм, який переважно походить від гармонійних завад мережі живлення, пульсуючого струму випрямляча UPS та високочастотного інвертора, а також гармонійних завад навантаження. Напруга завад не лише має високе значення, а й її важко усунути. Однак вихідна напруга між нульовим проводом і землею у машини промислової частоти нижча, а високочастотна складова відсутня, що є важливішим фактором для забезпечення безпеки зв’язку в комп’ютерних мережах.

2-2: На виході високочастотної машини відсутня трансформаторна ізоляція. Якщо відбудеться коротке замикання в пристрої інверторного живлення, висока постійна напруга на шині постійного струму (DCBUS) буде безпосередньо прикладена до навантаження, що становить загрозу безпеці. У машини промислової частоти такої проблеми немає.

2-3: Машина промислової частоти має високу стійкість до ударних навантажень.

1. Енергетична ємність відносно висока. При високій щільності енергозберігання вона досягає 460–600 Вт·год/кг, що приблизно в 6–7 разів перевищує показники свинцево-кислотних акумуляторів;

2. Тривалий термін служби — понад 6 років. Літій-залізо-фосфатний акумулятор із позитивним електродом, що заряджається та розряджається струмом 1C (при 100 % глибині розряду), має запис про 10 000 циклів використання;

3. Номінальна напруга висока (робоча напруга одного елемента становить 3,7 В або 3,2 В), що приблизно дорівнює послідовній напрузі трьох акумуляторів типу нікель-кадмій або нікель-метал-гідрид, що зручно для формування акумуляторного блоку;

4. Висока потужність витривалості: літій-залізо-фосфатні літій-іонні акумулятори, що використовуються в електромобілях, забезпечують струми заряджання та розряджання до 15–30C, що зручно для інтенсивного старту й прискорення;

5. Дуже низький струм саморозряду — одна з найбільш виражених переваг цього акумулятора. Наразі він зазвичай становить менше 1 % на місяць, що вдвадцять разів менше, ніж у нікель-гідридних акумуляторів;

6. Невелика маса: при однаковому об’ємі маса приблизно в 5–6 разів менша, ніж у свинцево-кислотних акумуляторів;

7. Висока стійкість до високих і низьких температур: може експлуатуватися в діапазоні температур від −20 °C до +60 °C; після спеціальної обробки — у діапазоні від −45 °C.

8. Зелений і екологічно чистий: незалежно від того, чи відбувається його виробництво, використання чи утилізація, він не містить і не виділяє токсичних та шкідливих важких металів і речовин, таких як свинець, ртуть, кадмій тощо;

9. Виробництво практично не потребує води, що є дуже корисним для країн із дефіцитом водних ресурсів.

Акумулятор є важливою частиною системи безперебійного живлення (UPS). Раціональне обслуговування акумулятора дозволяє знизити швидкість його старіння, збільшити термін служби, значно зменшити частоту заміни акумуляторів і ефективно знизити експлуатаційні витрати.

1. Підтримка відповідної температури навколишнього середовища може продовжити термін служби акумулятора UPS

Загалом кажучи, фактором, що впливає на акумулятори безперервного живлення (UPS), є температура навколишнього середовища. Зазвичай виробники акумуляторів рекомендують оптимальну температуру навколишнього середовища в межах 20–25 °C. Хоча підвищення температури покращує ємність розряду акумулятора, це досягається за рахунок значного скорочення терміну його служби. Як показують результати випробувань, при перевищенні природної температури 25 °C термін служби UPS скорочується вдвічі при кожному підвищенні температури на 10 °C. Наразі в UPS зазвичай використовуються герметичні свинцево-кислотні акумулятори, які не потребують обслуговування, а їх проектний термін служби становить, як правило, 5 років — проте цей термін можна досягти лише за умови дотримання вимог виробника щодо навколишнього середовища. Якщо ці вимоги не виконуються, реальний термін служби може суттєво відрізнятися. Крім того, підвищення температури навколишнього середовища сприяє посиленню внутрішньої хімічної активності акумулятора, що призводить до виділення великої кількості теплової енергії, а це, у свою чергу, ще більше підвищує температуру навколишнього середовища. Цей порочний коло прискорює скорочення терміну служби акумулятора.

2. Регулярно заряджайте та розряджайте акумулятори безперервного джерела живлення (UPS)

Напруга плаваючого заряду та напруга розряду в джерелі живлення UPS налаштовані на заводі до номінальних значень, а струм розряду збільшується зі зростанням навантаження. Під час експлуатації необхідно раціонально регулювати навантаження, наприклад, контролювати кількість одиниць електронного обладнання, такого як комп’ютери. У звичайних умовах навантаження не повинно перевищувати 60 % номінального навантаження UPS. У межах цього діапазону струм розряду акумулятора не призведе до його глибокого розряду.

Оскільки ІБП підключено до мережі протягом тривалого часу, у середовищі з високою якістю електропостачання та рідкісними відключеннями електроенергії акумулятор довго перебуватиме в стані плаваючого заряду, що призведе до поступового зниження активності взаємного перетворення хімічної та електричної енергії в акумуляторі й прискорить його старіння, скоротивши термін служби. Тому рекомендується повністю розряджати акумулятор один раз на 2–3 місяці; тривалість розряду визначається ємністю акумулятора та потужністю навантаження. Після повного розряду під навантаженням необхідно виконати зарядку протягом більше ніж 8 годин згідно з регламентом.

3. Своєчасна заміна відпрацьованих/пошкоджених акумуляторів ІБП

Наразі кількість акумуляторів, встановлених у великі та середні системи безперебійного живлення (UPS), становить від 3 до 80 або навіть більше. Ці окремі акумулятори з’єднуються за допомогою електричного кола в акумуляторну батарею для задоволення потреб UPS у постійному струмі. У процесі тривалої роботи та експлуатації UPS через різницю в характеристиках і якості неминуче відбувається погіршення параметрів окремих акумуляторів, що призводить до зниження їх ємності нижче необхідного рівня та подальшого пошкодження. Коли деякі акумулятори в акумуляторній батареї пошкоджуються, обслуговуючий персонал повинен перевірити й протестувати кожен акумулятор, щоб виявити пошкоджені елементи. При заміні акумулятора слід намагатися придбати новий акумулятор того самого типу від того самого виробника; забороняється змішувати кислотостійкі акумулятори, герметичні акумулятори та акумулятори з різними технічними характеристиками.

ШИМ-контролер сонячної енергії використовує три режими заряджання: інтенсивне заряджання, балансувальне заряджання та плаваюче заряджання.

Інтенсивне заряджання:

також називається прямим заряджанням, є швидким заряджанням; його застосовують, коли напруга акумулятора низька, і використовують високий струм та відносно високу напругу для заряджання акумулятора.

Балансувальне заряджання:

Після завершення інтенсивного заряджання акумулятор деякий час перебуває в стані спокою. Коли напруга знижується до певного значення, акумулятор переходить у режим балансувального заряджання, щоб забезпечити однакову та стабільну напругу на клемах акумулятора.

Плаваюче заряджання:

Після завершення балансувального заряджання акумулятор також деякий час перебуває в стані спокою. Коли напруга знижується до рівня підтримуючої напруги, акумулятор переходить у режим плаваючого заряджання, що дозволяє підтримувати його в зарядженому стані без ризику перезаряджання.

MPPT-контролер сонячної енергії використовує MPPT-заряджання з обмеженням струму, балансувальне заряджання з постійною напругою та плаваюче заряджання з постійною напругою.

MPPT-заряджання з обмеженням струму:

коли напруга в акумуляторі дуже низька, використовується режим заряджання MPPT, при якому вихідна потужність сонячної панелі «перекачується» до клем акумулятора; за умови дуже сильної освітленості вихідна потужність сонячної панелі зростає, а струм заряджання досягає порогового значення, що призводить до завершення режиму MPPT і переходу до режиму заряджання постійним струмом;

Коли інтенсивність світла зменшується, пристрій автоматично переходить у режим заряджання MPPT.

Заряджання при постійній напрузі:

акумулятор автоматично перемикається між режимами MPPT та заряджання постійним струмом, взаємодіючи один з одним таким чином, щоб напруга акумулятора досягла насичувальної напруги; після цього починається етап заряджання при постійній напрузі, під час якого струм заряджання поступово зменшується до значення 0,01C, після чого етап заряджання завершується й починається етап плаваючого заряджання.

Плаваюче заряджання при постійній напрузі:

акумулятор заряджається напругою, трохи нижчою за напругу постійного заряджання.

Цей етап призначений переважно для компенсації енергії, витраченої на саморозряд акумулятора.

Принцип м’якого запуску інвертора:

1. М’яке пускання інвертора означає, що напруга поступово збільшується від нуля до номінальної напруги, тому в процесі запуску двигуна не виникає ударного моменту, а забезпечується плавне пускове операційне режим.

2. М’який пускач — це новий пристрій керування двигуном, який інтегрує функції м’якого пуску та м’якого зупинення двигуна, а також кілька функцій захисту. Його основними компонентами є трифазний паралельний тиристор і пов’язана з ним електронна керуюча схема, які ввімкнені послідовно між джерелом живлення та керованим двигуном. Використовуючи різні методи керування кутом відкриття трифазних паралельних тиристорів, можна змінювати вхідну напругу керованого двигуна відповідно до різних вимог і реалізовувати різні функції.

Функція м’якого пуску інвертора:

1. У момент ввімкнення інвертора живлення подається на інвертор, але при виведенні напруги 220 В виникає затримка близько 2 секунд. Напруга не досягає значення 220 В одразу, а поступово зростає від 100 В до 220 В. Так, це захист самого інвертора.

2. Наприклад, звичайний інвертор потужністю 1000 Вт видає 1000 Вт у момент його ввімкнення. Якщо ж реалізований «м’який старт», вихідна потужність поступово зростає: 700 Вт → 800 Вт → 900 Вт → 1000 Вт.