Обеспечение надежной работы оборудования — важная задача для всех организаций, государственных или частных, и один из ключевых ее аспектов — организация защиты сети электропитания. Проблема заключается не только в том, что при постоянных перебоях во внешней электросети дорогостоящее энергопотребляющее оборудование, в том числе компьютерная, коммуникационная и офисная техника, быстро выходит из строя. В таких условиях под непосредственной угрозой находится сам бизнес-процесс или организация производства. Убытки от временного простоя предприятия или остановки работы в офисе могут многократно превзойти средства, необходимые на закупку нового оборудования (взамен вышедшего из строя).

Чтобы избежать подобных издержек, компании или предприятию необходимо своевременно позаботиться о надежном энергоснабжении всех своих структур и подразделений. Для этого следует использовать трехфазные источники бесперебойного питания (ИБП) средней или большой мощности, способные защитить сеть входного электропитания. Они стабилизируют работу всех электроприборов — будь то промышленные установки, расположенные в производственном корпусе, или сложная инфраструктура интеллектуального здания в офисе компании.

Устройства этого класса выпускают несколько производителей, причем, как правило, с разумным соотношением цены и производительности. Все трехфазные ИБП средней и большой мощности делятся на две категории, исходя из того, какая технология лежит в основе их работы. На сегодняшний день таких технических решений два: двойное преобразование и дельта-преобразование.

Практически все фирмы-производители выпускают устройства, основанные на двойном преобразовании, и только компания APC (http://www.apc.ru) в своих трехфазных ИБП средней и большой мощности серии Silcon использует альтернативную технологию.

Трехфазные ИБП Silcon

В 1998 году APC приобрела фирму Silcon Power Electronics, которая выпускала серию одноименных трехфазных устройств средней и большой мощности. Эти ИБП, пользовавшиеся немалым спросом, были реализованы на основе уникальной технологии защиты входного электропитания сети — технологии дельта-преобразования.

Технологические возможности Silcon P/E в сочетании с широкой партнерской и сервисной сетью APC, а также инвестиции APС в дальнейшую разработку новых моделей семейства и совершенствование уже существующих привели к заметному росту объемов продаж трехфазных ИБП Silcon во всем мире. В частности, за первое полугодие 2002 года в России таких устройств было продано на 50% больше, чем за аналогичный период прошлого года.

По оценке специалистов APC, компании принадлежит около 20% отечественного рынка подобных устройств. В частности, в конце 2000 года в здании Московской городской думы введена в эксплуатацию система защиты электропитания на базе параллельного подключения трех аппаратов Silcon DP380E, мощностью по 80 кВт каждый.

Модели семейства Silcon обладают широким диапазоном выходной мощности — от 10 до 480 кВт. Поэтому в зависимости от потребностей заказчика ему предлагается то или иное решение. Если же необходимо обеспечить защиту электропитания для очень крупной компании или промышленного оборудования, потребляющего много электроэнергии, то можно параллельно установить до девяти ИБП Silcon с дополнительным оборудованием (или до четырех ИБП без него).

Тем же способом реализуется схема резервирования, повышающая надежность работы системы в тех случаях, когда критичными могут оказаться даже минуты простоя, например, в круглосуточном промышленном производстве с длительным циклом обработки изделий, в телевизионных и радиовещательных центрах, у телекоммуникационных операторов, в банковских и биржевых структурах, на особо важных военных объектах и т. п.

Системы с дельта-преобразованием

Как уже было сказано, основное отличие ИБП Silcon от устройств того же класса, выпускаемых другими производителями, состоит в использовании технологии дельта-преобразования.

Это решение появилось не сразу. Еще в начале 1970-х годов компания Silcon P/E производила традиционные трехфазные ИБП, базирующиеся на двойном преобразовании входного тока, затем перешла на архитектуру второго поколения с однократным преобразованием. Наконец в конце 1990-х была разработана технология дельта-преобразования. По сравнению с традиционными трехфазными системами новые ИБП обеспечили снижение издержек по многим важнейшим показателям. В частности, более высокий кпд позволяет сократить расходы на охлаждение системы и оплату электроэнергии.

Одно из радикальных отличий подобных систем от традиционных состоит в том, что последние без дополнительных устройств не могут отстраивать параметры питания в случае возникновения помехи не из внешней сети, а со стороны нагрузки.

В случае падения амплитуды входного тока к системе через дельта-преобразователь подключаются батареи. Значения выходных параметров тока и напряжения увеличиваются до необходимых, стандартных величин. Когда ситуация нормализуется, через эту же схему в фоновом режиме происходит дозарядка батарей.

Хорошо проявляет себя дельта-преобразование и при переключении электропитания системы с внешней сети на генератор. За счет плавного регулирования выходного тока в трехфазном ИБП Silcon (эта функция называется «плавный старт») мощность генератора подключается постепенно, без бросков и соответствующих частых переключений с батареи на внешний источник, как это происходит при использовании двойного преобразования.

Таким образом, ИБП с дельта-преобразованием нуждаются во внешнем генераторе со значительно меньшим запасом мощности, чем те, в которых используется двойное преобразование. Silcon достаточна 30%-ная избыточность, и то лишь для зарядки сильно разряженных батарей высоким током. Сравните: для нормальной работы традиционного ИБП нужен генератор с более чем 2-кратным запасом мощности.

Кроме того, большую часть времени работы ИБП с дельта-преобразованием на выход системы подается лишь немного откорректированный входной ток, а потому можно использовать значительно более компактные инверторы, чем в аналогичных по мощности ИБП с двойным преобразованием, где к тому же требуется постоянное охлаждение.

Это становится немаловажным и в моменты пикового возрастания мощности, потребляемой нагрузкой, например, в пусковом режиме. Обычные ИБП с двойным преобразованием имеют запас примерно на 1—2 с работы при 50%-ной перегрузке и примерно на 0,5 с при 100%-ной перегрузке. В устройствах же с использованием дельта-преобразования время работы при 100%-ной перегрузке ограничено только зарядом батарей. Конечно, подобный режим работы считается неестественным или аварийным, и нагрузка отключается задолго до разряда батарей. Время, через которое она отключается, устанавливается пользователями (обычно в пределах 1 мин).

Принцип дельта-преобразования

Коэффициент мощности при дельта-преобразовании равен 1. Физические принципы, на которых основано это преобразование, были открыты около двадцати лет назад. Однако для использования их в реальных устройствах понадобилось значительное совершенствование компьютерных технологий.

Дельта-преобразование основано на методе постоянного контроля выходного тока с соответствующей коррекцией входного за счет плавной настройки дельта-трансформатора. Частота контрольных замеров параметров выходного тока и напряжения составляет 16 кГц, поэтому на выходе дельта-преобразователя получаются значения тока и напряжения, близкие к идеальным синусоидам с нулевым фазовым сдвигом (за счет этого и получается коэффициент мощности, равный 1).

Столь сложная коррекция проводится с помощью одного дельта-контроллера. В этом устройстве используется специальное ПО, составляющее основу работы системы и являющееся интеллектуальной собственностью компании APC. В зависимости от показаний множества датчиков, размещенных в различных точках системы дельта-преобразования, и динамики изменения параметров контроллер меняет характеристики четырех управляемых транзисторов, попарно размещенных в каждом инверторе.

Если возникают внешние или внутренние высокочастотные помехи, контроллер выравнивает ток и напряжение в соответствии с эталонными синусоидами, регулируя параметры входного дельта-трансформатора. Здесь заложено одно из радикальных отличий подобных систем от традиционных, которые без дополнительных устройств не могут отстраивать параметры питания в случае возникновения помехи не из внешней сети, а со стороны нагрузки.

Дополнительные устройства и ПО

В комплект поставки трехфазных ИБП Silcon любой мощности могут включаться разнообразные дополнительные аксессуары и ПО. Так, системы могут оснащаться комплектом внешних батарей. Это необходимо в первую очередь тем клиентам, у которых периодически возникают перебои внешнего энергоснабжения продолжительностью более 15 мин. Кроме того, для проведения планового предупреждающего обслуживания трехфазного ИБП Silcon без отключения полезной нагрузки используется внешняя сервисная байпасная панель.

Все поставляемые на рынок модели Silcon комплектуются специальной платой администрирования системы Web/SNMP Management Card. Плата обеспечивает пользователям встроенные средства администрирования системы поддержки электропитания через Интернет, а также по протоколам SNMP или Telnet. В ней реализован широкий спектр функций дистанционного мониторинга, управления и конфигурирования на основе стандартных отраслевых протоколов. В случае продолжительного отсутствия напряжения в сети питания плата обеспечивает автоматическое корректное завершение работы вычислительных комплексов информационной системы.

Еще один аксессуар, сетевой контроллер электропитания MasterSwitch, предоставляет администратору системы дистанционный контроль над электропитанием всего компьютерного оборудования корпоративной сети. Управление устройством осуществляется по сети с использованием тех же протоколов HTTP, SNMP и Telnet. Через MasterSwitch администратор может одновременно работать с восемью независимыми каналами питания. Этот контроллер позволяет организовать плавное начало работы системы для избежания возникновения высоких «стартовых» токов сразу у большого количества одновременно включаемого оборудования, в частности, путем задания приоритетов запуска для всех устройств сети. Таким же образом организуется определенная последовательность подключения устройств. Контроллер позволяет выполнять перезагрузку удаленных серверов, сетевого оборудования или модемных банков, устраняя необходимость обслуживания их на месте.

Дополнительная плата Out-of-band Management Card применяется вместе с внешним модемом для управления ИБП Silcon по отдельному коммуникационному каналу. Она позволяет получить удаленный доступ к подробной информации о состоянии ИБП. С ее помощью через модемную линию связи можно удаленно контролировать состояние Silcon, диагностировать его неисправности и менять параметры конфигурации в случае отсутствия электропитания или связи по компьютерной сети. Иными словами, ее наличие создает дополнительный, резервный канал управления комплексом.

Специальная плата «сухих контактов», предлагаемая в двух модификациях, предоставляет пользователям дополнительную возможность диагностики состояния ИБП. Положение ее переключателей сигнализирует о режимах работы системы, поддерживаемых в данный момент.

Комплект может включать также коммутирующее и управляющее устройство 3 Tripple Chassis, которое позволяет объединять в единую систему до девяти трехфазных ИБП Silcon с суммарной мощностью более 4 МВт. Оно служит своеобразным «мостом», интегрирующим процессы управления и распределения нагрузки на отдельные ИБП.

Плата контроля состояния окружающей среды Environmental Monitoring Card позволяет осуществлять удаленный контроль основных климатических параметров в помещении, где расположен ИБП, и внутри его корпуса. Значения температуры, влажности и ряд других характеристик становятся доступны оператору через плату администрирования системы Web/SNMP Management Card, платы внешнего управления Out-of-band Management Card или агентов SNMP с помощью специального ПО PowerChute plus.

Предлагается также плата интеграции Silcon в систему управления зданием. Она дает возможность без дополнительных настроек подключить ИБП к уже функционирующему интегральному информационно-коммуникационному комплексу. Для согласования режимов работы используется протокол ModBUS.

Перечисленные устройства, устанавливаемые в разъемы Smart Slot, могут подключаться к комплексу поддержки электропитания и заменяться в горячем режиме. Кроме того, Silcon обычно поставляется с программой PowerChute Network Shutdown, обеспечивающей взаимодействие ИБП с компьютерами и коммуникационными устройствами сети. При отсутствии внешнего электропитания и падении заряда батарей ниже определенного предела это ПО автоматически организует нормальное завершение работы сетевых устройств. В комплект поставки приложения входят версии для таких ОС, как Microsoft Windows NT/2000, Novell NetWare, IBM AIX, Sun Solaris, HP-UX и Linux.

Заключение

Технология дельта-преобразования позволяют экономить значительные суммы на эксплуатации системы. Высокий кпд работы источников питания на базе этой технологии снижает потребление электроэнергии, а следовательно, расходы на нее, а также уменьшает потребности в охлаждении системы (т. е. затраты на кондиционирование). Контроль выходного тока и функция «плавного старта» обеспечивают нормальную работу системы на основе Silcon с недорогими, не очень мощными дизель-генераторами. Отметим, что особенности технологии позволяют также уменьшить массу системы и занимаемую ею площадь.

Возможности трехфазных ИБП Silcon делают их весьма подходящим решением для различных областей бизнеса и производства, где отсутствие гарантированного электропитания может повлечь за собой серьезные потери как в финансовом, так и в технологическом плане. Для обеспечения еще более высокого уровня надежности энергоснабжения рекомендуется параллельная установка нескольких ИБП.

Редакция благодарит Игоря Обухова и других сотрудников российского представительства компании APC за помощь в подготовке этого материала.