ВИБІР ДБЖ

Вибір ДБЖ EATON, вибір ДБЖ KSTAR, вибір ДБЖ APC, ABB, Legrand, General Electric, Riello, Socomec, Delta, Emerson, TrippLite…Чи існує різниця в методиці вибору ДБЖ різних торгових марок? Ні, не існує. Тому що основні принципи розрахунків та розробки рішень по побудові системи безперебійного живлення базуються на характеристиках навантаження та його режимів роботи.

Вибір типу ДБЖ. Класичні ДБЖ з використанням акумуляторних батарей можна розділити на три головних типи: резервної дії (Off line UPS), лінійно-інтерактивні (Line interactive UPS) та з подвійним перетворенням напруги (On line UPS).
ДБЖ резервної дії як правило мають невелику вартість і розраховані на підтримку навантажень з малою потужністю до 1000ВА. Вони захищають навантаження від зникнення, провалу та скачку напруги. Форма вихідного сигналу – ступінчата апроксимована синусоїда. Корпус пристрою виконаний з пластику. Система охолодження – конвекційного типу. Сфера застосування – захист поодиноких комп’ютерів або приладів з імпульсними блоками живлення.
Лінійно-інтерактивні ДБЖ окрім захисту навантажень від зникнення, провалу та скачку напруги також можуть регулювати рівень напруги при пониженому або підвищеному рівні. ДБЖ даного типу можна умовно розділити на дві підкатегорії в залежності від сфери застосування: для домашнього та побутового застосування (SOHO) та професійні ДБЖ. Перші, в основному призначені для захисту поодиноких комп’ютерів, роутерів, тощо. Вони недорогі, мають пластиковий корпус, форма сигналу – апроксимована синусоїда, система охолодження здебільшого конвекційного типу, можливість регулювання рівня напруги – одноступічата, діапазон потужностей складає 400ВА – 2000ВА. Лінійно-інтерактивні професійні ДБЖ призначені для захисту дорогого, важливого обладнання: серверів, маршрутизаторів, систем зберігання даних, медичного обладнання, тощо. Діапазон потужностей від 500ВА до 8000ВА. Корпуси даних ДБЖ в основному виконані з металу. Сигнал напруги при роботі від батарей – синусоїдальний. В багатьох з них реалізовано двоступінчату систему регулювання вихідної напруги. Існує дві форми виконання як напільного/настільного так і для монтажу в 19’’ телекомунікаційні стійки/шафи. Мають примусову вентиляцію. З’являється можливість під’єднання додаткових акумуляторних модулів для збільшення часу батарейної підтримки. Для моніторингу та управління існує можливість підключення WEB/SNMP адаптерів і релейних плат.
ДБЖ з подвійним перетворенням напруги захищають обладнання від всіх можливих проблем з електроживленням, включаючи захист від електромагнітних та частотних шумів, нестабільної частоти та нелінійних спотворень напруги. Форма вихідного сигналу – чиста неперервна синусоїда. Відсутній час переходу на батарею та зворотно на мережу. Всередині джерел реалізована схема електронного байпасу, що значно підвищує надійність систем. При відмовах або при перенавантаженні ДБЖ не відключає навантаження а переводить його на обхідний шунт – електронний байпас. Корпуси ДБЖ виконані з металу. Є можливість під’єднання додаткових акумуляторних модулів. Діапазон потужностей від 700ВА до мегаватів. Для моніторингу та управління існує можливість підключення WEB/SNMP адаптерів, CAN Bus адаптерів та релейних плат. Для індустріальних ДБЖ існує можливість підключення трансформаторів гальванічної розв’язки. Необмежені сфери застосування: захист ІТ обладнання, комп’ютерних офісних мереж, центрів обробки даних (ЦОДів), медичного обладнання та функціональних медичних приміщень, захист як систем автоматизацій так і загалом всього обладнання технологічних процесів.

Розрахунок навантажень та вибір потужності ДБЖ. Одним з важливих аспектів вибору потужності ДБЖ є коректний аналіз навантажень та режимів їх роботи. Значення потужності ДБЖ повинно бути достатнім за умов максимальних струмів споживання обладнання, а пікові значення струмів споживання не повинні перевищувати параметрів ДБЖ в режимах перенавантажень. Для трифазних систем необхідно також забезпечити пропорційне розподілення по фазам, адже перевантаження навіть однієї з фаз призведе до переходу джерела безперебійного живлення в режим байпасу (для On-line ДБЖ). Для систем з 3ф входом та 1ф виходом слід пам’ятати, що в разі переходу ДБЖ в режим байпасу, весь струм навантаження буде споживатись по фазі байпасу.
Активна потужність, реактивна потужність та повна потужність – ці три параметри є визначальними для проведення подальших розрахунків. Активна потужність вимірюється в ватах Вт, реактивна – в вольт-амперах реактивних ВАр (може бути як індуктивного характеру так і ємнісного), повна потужність – в вольт-амперах ВА. Співвідношення між активною потужністю та повною потужністю характеризується коефіцієнтом потужності cos fi. Виробники ДБЖ вказують дані значення в паспортних даних обладнання, наприклад потужність ДБЖ 900Вт/1000ВА, cos fi при цьому дорівнює 0,9.
Розглянемо основні типи навантажень. Найбільш поширеним з них є ІТ обладнання, контролери, модулі автоматизацій. Всі вони з ємнісною реактивною складовою. Cos fi для даних навантажень складає від 0,7 (офісні комп’ютери) до 0.95 або навіть 0,99 (сучасні сервери з компенсацією реактивної складової). ДБЖ первинно були розроблені для захисту даного типу навантажень і тому питань до їх коректної роботи не повинно виникати. Але, зважаючи на тренд підвищення активної складової вихідної потужності ДБЖ та їх призначення для захисту сучасних серверів, необхідно перевірити, чи в змозі серверний ДБЖ з cos fi 1 захищати прості офісні комп’ютери. В технічних даних на ДБЖ повинно бути вказано можливість роботи з реактивною складовою, наприклад від cos fi 0,7 ємнісної до cos fi 0,8 індуктивної. Інші типи навантажень не будемо розглядати в даній статті, оскільки Замовники зазвичай звертаються в таких випадках до фахівців. Приклади інших навантажень: ліфти, технологічні лінії з електродвигунами (cos fi від 0,6 до 0,8 індуктивного характеру), системи релейного захисту підстанцій (cos fi від 0,2 до 0,5 індуктивного), ретрансляційне обладнання (cos fi від 0,4 до 0,7 ємнісного) та інші.
Які значення взяти для розрахунку встановленої потужності ІТ навантажень. Ми рекомендуємо для офісних комп’ютерів прийняти встановлену повну потужність 250ВА/175Вт, а для ноутбуків на рівні 150ВА/105Вт. Багато хто буде незгодний і може зауважити, що блок живлення на 400Вт та ще й монітор та й проектанти приймають 300Вт на робоче місце. Так, всі мають рацію, але зробіть електричні заміри споживання офісного комп’ютера і ви побачите значення близькі до 180ВА/125Вт. Для графічних станцій та для ігрових комп’ютерів звісно потрібно брати більші значення потужності, але не для офісних. Розрахункова потужність. Якщо у вас велика кількість працівників, тоді необхідно вводити понижуючі коефіцієнти, що враховують специфіку роботи працівників. Наприклад, для банківського офісу з 200 співробітниками, ми можемо прийняти що 10% співробітників відсутні (відрядження, хвороби, робота з клієнтами) та ще 20% присутні, але комп’ютер знаходиться в сплячому режимі (займаються паперовою діяльністю, в переговорній, на обіді, тощо), таким чином ми можемо визначити розрахункову потужність. Встановлена потужність комп’ютерів для даного офісу складе 200х250(175)=50кВА(35кВт), розрахункова потужність комп’ютерів складе 50(35)х0,9х0,8=36кВА(25,2кВт). Таким чином, потужність ДБЖ вибираємо по встановленій потужності навантаження, а час резервування (автономної роботи, батарейної підтримки) визначаємо виходячи з розрахункової потужності навантаження. При виборі потужності ДБЖ слід завчасно враховувати запас на перспективу.
Особливості розрахунку електричного навантаження серверного обладнання. Сучасні сервери, системи зберігання даних та інше обладнання комплектуються резервними блоками живлення. Наприклад, сервер має чотири блока живлення по 500Вт. Читаємо інструкцію, в якій вказано що для 100% працездатності сервера достатньо 2-х блоків живлення, або вказана потужність споживання. Тобто для даного випадку потужність сервера потрібно взяти щонайбільше 1000Вт але ніяк не 2000Вт. Дана ситуація типова і дуже часто Замовники під час самостійного розрахунку значно завищують потужність ДБЖ та набору акумуляторних батарей.

Розрахунок часу резервування та вибір комплекту акумуляторів. Час автономної роботи ДБЖ залежить від величини активної потужності навантаження, що вимірюється в ватах або кіловатах (Вт, кВт) та комплекту акумуляторів, а саме їх кількості та ємності. Решта параметрів, таких як виробник ДБЖ, значення ККД інвертора, виробник АКБ (якщо параметри відповідають задекларованим), типу АКБ за призначенням (універсальний, високорозрядний, циклічний, тощо) некритична, оскільки їх сумарний вплив не складе більш ніж 10%-15% в отримані результати. Є ще один параметр який може внести значні корективи в час автономії – це уставка нижнього рівня напруги роботи акумуляторів, але ми маємо надію що всі виробники ДБЖ піклуються про стан АКБ та не занижують його, щоб передчасно не втратити комплект АКБ.
Багато замовників при виборі обладнання та розрахунку часу батарейної підтримки орієнтуються на маркетингові брошури виробників ДБЖ. Цього ні в якому разі не можна робити, оскільки час автономії вказано для значень повної потужності навантаження, а значення активної потужності при цьому не вказані, чи не можуть бути розраховані виходячи з наявної інформації. Саме тому, для однакового комплекту батарей у різних виробників ДБЖ може бути вказаний час автономії що відрізняється на 200%!!! Наприклад від 4 хв до 8хв.
Для Вашої зручності наведемо уніфіковану таблицю розрахункового часу батарейної підтримки ДБЖ потужністю 1000ВА – 3000ВА в залежності від комплекту акумуляторів та величини навантаження. Ці дані можна застосовувати для будь-якого виробника ДБЖ, головне – потрібно знати комплект АКБ. Похибка розрахунків в межах 10%. Коефіцієнт потужності виберемо cos fi 0,8 що є характерним для сучасного наповнення серверної стійки, де присутні як компенсовані так і не компенсовані блоки живлення ІТ обладнання.

В таблиці вказані найбільш типові внутрішні комплекти акумуляторів ДБЖ від 1кВА до 3кВА. ЇЇ можна було-б продовжити для варіантів використання додаткових батарейних модулів та ДБЖ більшої потужності, але тоді вона буде дуже великою і складною в користуванні. Тому, якщо перед Вами постала задача розрахунку часу батарейної підтримки – звертайтесь до нас.
В останні роки збільшилась кількість проектів, де потрібно забезпечити автономну роботу обладнання протягом тривалого часу (від 40хв до 2-х годин або і більше). Питання вирішується за допомогою додаткових батарейних модулів. В таких випадках, окрім розрахунку комплекту батарей, потрібно перевіряти величину зарядного струму і можливість заряду батарей за заданий час. Багато виробників вже випускають ДБЖ з потужною зарядною платою або додаткові батарейні модулі з вбудованими зарядними пристроями.
Час заряду акумуляторів. Акумуляторні батареї є дорогою складовою систем безперебійного живлення. Вони мають свій плановий строк експлуатації, здебільшого від 5-ти до 10-ти років. Чому ж майже всі виробники ДБЖ вказують ресурс роботи акумуляторів 3-5 років? Які фактори впливають на даний показник? Звичайно, самим критичним є температурний режим роботи акумуляторів, оскільки оптимальним є діапазон температур 18˚С – 22˚С, що не завжди може бути забезпечено на об’єкті. Підвищення температури на 10˚С скорочує строк служби АКБ вдвоє. Але існують і інші не менш важливі чинники, такі як струм заряду та розряду. Найбільш заощадливим для свинцево-кислотних АКБ є режим заряду за час від 6 годин до 8 годин. А що ми бачимо в брошурах по ДБЖ? В переважній більшості виробників ДБЖ вказано час заряду батарей від 90 хвилин до 3 годин. В результаті маємо малий термін експлуатації АКБ, а у випадку коли ще й температура підвищена – внутрішні ушкодження АКБ з деформацією корпусу, роздуванням, тощо. Аналогічна ситуація зі струмом розряду, якщо він перевищує 3С, значення потрійної ємності АКБ.

Проста рекомендація для вибору комплекту АКБ, яка дозволить акумуляторам повністю відпрацювати свій ресурс: вибирайте ДБЖ з часом підтримки Вашого навантаження не менше 10 хвилин, та часом заряду батарей від 6-ти до 8-ми годин.

Програмне забезпечення та моніторинг. Сьогодні все більш поширеним є використання програмного забезпечення для моніторингу та управління ДБЖ. Існує можливість підключення до локального комп’ютера/сервера або віддалено за допомогою WEB/SNMP адаптерів, коли ДБЖ стає мережевим об’єктом і відповідно, доступним з любої точки Землі. Майже кожен ІТ спеціаліст або інженер відділу підтримки та експлуатації користується віддаленим моніторингом та часто використовує СМС-сервіс з аварійними сповіщеннями, щоб вчасно відреагувати на ситуацію та вжити відповідних заходів. Слід зауважити, що дані продукти доступні у більшості виробників ДБЖ. А де ж конкуренція? Тільки провідні компанії вже інтегрували програмне забезпечення в хмарні технології, розробляють та впроваджують зручні інструменти для комплексного моніторингу всіх складових інженерних систем об’єктів (кондиціювання, вентиляція, ДБЖ, блоки розподілу навантажень PDU, електростанції), розробляють «розумні» програми які не тільки збирають інформацію а й прогнозують ситуації на майбутнє.

Розробка схемних рішень для підвищення надійності. Самі по собі ДБЖ є високонадійними пристроями, що в 90% випадків повністю задовольняють потреби Замовника, але в деяких випадках існує необхідність підвищення надійності, яка пов’язана з розробкою надлишкових схемних рішень. Серед таких рішень популярним є вибір модульних ДБЖ зі схемою N+1 або N+X резервуванням. При виході одного з модулів або виведення його в ремонт система продовжує захищати навантаження. Для даних систем існують єдині точки відмов, це загальна плата управління (контролер), загальний байпас та сумісна батарея, хоча деякі виробники вже використовують окремі комплекти батарей, під’єднані до відповідних силових модулів, а ще деякі розробляють модульні масштабовані контролери. Більш надійними є паралельні системи з конфігурацією ДБЖ по схемам 1+1, 2+1, N+1, , N+X, оскільки у них відсутні загальні вузли і вихід з ладу або ремонт чи обслуговування любої складової залишає систему працездатною. Найбільш надійними є системи з конфігурацією 2N, 2N+1, ,2N+X. Дані схеми використовуються здебільшого для живлення великих ЦОДів і мають надлишковість по всім складовим системи електроживлення, починаючи з силових трансформаторів, розподільчих щитів,кабельних лініях, ДБЖ і закінчуючи системами розподілу навантажень PDU.
Слід зауважити, що описані рішення значно збільшують вартість первинних інвестицій але, окрім підвищення надійності, надають можливість безпечного обслуговування, ремонту та заміни обладнання в процесі експлуатації.

Післямова. Маємо надію, що даний матеріал стане Вам у нагоді для розроблення самостійних чи то аналізу запропонованих рішень із використанням ДБЖ. Разом з тим ми радимо звертатись за допомогою до досвідчених спеціалістів у цій сфері. Фахівці ТОВ «КМП-ЕЛЕКТРО» готові надати своїм Замовникам повний комплекс консультаційних послуг по побудові систем безперебійного живлення, включаючи аналіз існуючих систем електроживлення та навантажень об’єкту, розробку схемних рішень, вибір типу та потужності ДБЖ, вибір комплекту акумуляторних батарей, розробку проектної документації.