Согласно уже сложившемуся мнению, такие агрегаты следует рассматривать для применения на объектах с потребляемой мощностью 1 МВт и выше, в первую очередь в мегацентрах обработки данных. Однако, как показывает наш «Поучительный пример», динамические ИБП могут оказаться вполне эффективными и на относительно небольших объектах.
Речь пойдет о проекте, реализованном в Департаменте Москвы по конкурентной политике. Важной задачей этой организации является стимулирование юридических и физических лиц к участию в экономической деятельности и создание условий для добросовестной конкуренции и эффективного функционирования товарных рынков. Департамент занимается, в частности, организацией и проведением открытых торгов, а также учетом и регистрацией государственных и инвестиционных контрактов, в том числе на основе автоматизированной информационной системы Единого реестра контрактов и торгов.
В 2008 году перед департаментом встала задача оснастить новое здание инженерными системами с целью поддержки круглосуточного и круглогодичного режима работы ИТ-оборудования для проведения электронных торгов и аукционов. Помимо резервирования электропитания серверов, коммутаторов, системы технологического холодоснабжения ИТ-оборудования, требовалось обеспечить отказоустойчивую работу аудиовизуального комплекса, системы связи и ряда рабочих мест сотрудников тендерного комитета.
Всего было спроектировано и смонтировано в общей сложности 15 инфраструктурных и инженерных подсистем, включая слаботочные системы. Это, в частности, системы кабельного и охранного телевидения, сигнализации и контроля доступа в здание. Для эффективного и успешного проведения публичных мероприятий — совещаний, конференций, брифингов, аукционов и торгов — был установлен комплекс аудиовизуального оборудования залов совещаний и торговых площадок.
Что касается нашего «главного героя» — системы бесперебойного электропитания, заказчик изначально указал в техническом задании на необходимость установки динамического ИБП. Но жизнь распорядилась иначе. На дворе был кризисный 2008 год, из-за чего возникли некоторые проблемы с финансированием. Между тем часть систем надо было срочно обеспечить бесперебойным электропитанием, поэтому был оперативно установлен статический ИБП относительно небольшой мощности (APC Symmetra PX80). Одновременно велись работы по развертыванию динамического ИБП (машина на 150 кВА производства Hitzinger), который был введен в эксплуатацию в 2009 году. Причем интегратору проекта — компании «АКСИ» — удалось изящно интегрировать в единую схему оба ИБП (см. ниже).
Следует сказать пару слов про динамические ИБП, которые могут быть еще недостаточно хорошо знакомы российским специалистам. Основным элементом такого ИБП служит синхронная электрическая машина (мотор-генератор): электромотор раскручивается «грязным» напряжением, поступающим из внешней электросети, а с установленного с ним на одном валу генератора снимается «чистое» напряжение, которое и подается на нагрузку.
«В таких ИБП переменное напряжение промышленной частоты вырабатывается тем же способом, что и на любой электростанции. Оно не содержит каких бы то ни было искажений и высокочастотных гармоник, способных негативно повлиять на работу ИТ-оборудования», — рассказывает Сергей Соколов, коммерческий директор компании «АКСИ».
В случае отключения городской электросети кратковременным источником энергии в динамических ИБП обычно служат маховики (но для этой цели могут использоваться и аккумуляторные батареи — как в статических ИБП). При наличии напряжения во внешней сети маховик раскручивается, аккумулируя энергию, а при его исчезновении начинает работать в качестве электрогенератора, отдавая накопленную энергию нагрузке. Маховик поддерживает напряжение в течение времени, необходимого для запуска дизельного двигателя. Типовое время резервирования, обеспечиваемого маховиком, не превышает нескольких десятков секунд (при использовании аккумуляторов расчетное время резервирования составляет обычно 5–10 мин).
В качестве долговременного резерва для всех типов ИБП стандартно применяют дизель-генераторы. Принципиальное отличие динамических ИБП заключается в том, что синхронную электрическую машину, дизельный двигатель и маховик можно собрать соосно на одном валу. Именно такую конструкцию имеет большая часть представленных на рынке ДИБП, включая тот, что установлен в описываемом проекте. Их называют дизельными ДИБП (ДДИБП). На рынке имеются и другие типы ДИБП, о чем подробнее можно прочитать в статье автора «Старые новые динамические ИБП» («Журнал сетевых решений/LAN», № 02, 2011 год).
Важными элементами ДДИБП являются развязывающий дроссель и электромагнитная муфта сцепления (см. Рисунок 1). Дроссель соединяет вход сетевого напряжения с выходом «чистого» напряжения системы ИБП и обеспечивает высокую степень развязки между входом и выходом, блокируя прохождение гармоник и переходные процессы. Муфта реализует сцепление между дизелем и мотор-генератором.
.png "Рисунок 1. Упрощенная схема дизельного динамического ИБП (ДДИБП).") |
| Рисунок 1. Упрощенная схема дизельного динамического ИБП (ДДИБП). |
«Электромагнитная муфта сцепления позволяет обеспечить дублирующий старт дизельного двигателя и выход его на рабочий режим за время 2–5 с, — поясняет специалист «АКСИ». — Даже при отказе в системе электростарта, например из-за разряда стартерных АКБ или поломки самих электростартеров, ДДИБП будет переведен в режим работы от дизельного привода за счет прямого проворачивания коленчатого вала и создания рабочей компрессии в цилиндрах двигателя».
К техническим особенностям ДДИБП производства Hitzinger следует отнести возможность применения двух различных типов накопителей кинетической энергии — маховика и кинетического модуля. Маховик — более надежный и дешевый вариант, но он обеспечивает стабильность частоты генерируемого напряжения на уровне 5%. Дело в том, что при отдаче энергии нагрузке угловая скорость вращения маховика быстро уменьшается — соответственно, меняется и частота. Кинетический модуль имеет более сложную конструкцию — он состоит из двух вращающихся с разной частотой роторов (внутреннего и внешнего), что дает возможность поддерживать частоту с точностью 1%. В Департаменте по конкурентной политике установлен обычный маховик, и, как утверждают специалисты «АКСИ», никаких проблем с питанием нагрузки от такого накопителя выявлено не было.
Система электропитания на объекте построена по схеме, которая обычно практикуется в центрах обработки данных (ЦОД). Реализованы две взаиморезервируемые системы электроснабжения со своими трансформаторами. В состав первого луча входит динамический ИБП, напряжение с которого подается на первый ввод ИТ-оборудования, имеющего по два блока питания, а также на все оборудование с одним вводом питания. Статический ИБП, установленный на втором луче, обслуживает только второй ввод ИТ-оборудования. При этом вход статического ИБП может быть подключен к выходу ДДИБП как во время продолжительных отключений во избежание полного разряда аккумуляторов статического источника, так и в режиме сервисного (ремонтного) байпаса.
По словам специалистов «АКСИ», за время эксплуатации ДДИБП показал себя простой и надежной системой. Включение дизельного двигателя происходило в основном лишь при оперативных переключениях по среднему напряжению 10 кВ (они обычно длятся не более 1–2 с). Такие переключения наблюдаются, как правило, лишь пару раз в месяц, поэтому вызываемые ими запуски двигателя заменяют регламентные проверки. Если бы в электросети не происходило ничего подобного, дизель все равно бы приходилось проверять примерно с такой же частотой. За несколько лет работы зафиксирован лишь единичный случай продолжительного отключения — когда произошло полное отключение трансформаторной подстанции энергоснабжающей организацией. Тогда ДДИБП проработал в автономном режиме более сорока минут.
В состав работ по техническому обслуживанию ДДИБП входят все те же операции, что и для ДГУ. У ДДИБП производства Hitzinger дополнительно к этим операциям производятся лишь периодический контроль зазора в муфте электромагнитного сцепления и его регулировка при необходимости. Периодичность этой процедуры зависит от числа стартов в год. Еще одной операцией технического обслуживания является смазка подшипников. Для ДДИБП с маховиком процесс смазки полностью автоматизирован, для машин с кинетическим модулем эта операция выполняется два раза в год.
В февральском номере журнала (см. статью «Тенденции бесперебойного питания») уже подробно обсуждались все «за» и «против» использования динамических ИБП. Повторяться не будем. Этот материал призван показать, что такие системы вполне целесообразно использовать не только в мегаЦОД, но и на объектах мощностью от 100 кВт. Более того, они могут «взаимовыгодно сосуществовать» со своими статическими «собратьями», служа им резервным источником электричества — и не надо дополнительно ставить ДГУ.
Александр Барсков — ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: ab@lanmag.ru.