Модульные ИБП для различных сфер деятельности: ABB и HUAWEI

Электрическая энергия используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует в создании различных видов продукции, влияя на их качество. Каждый электроприемник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении и т. п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое качество электрической энергии. Таким образом, качество электроэнергии определяется совокупностью характеристик, при которых электроприемники могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. Важность проблемы повышения качества нарастала вместе с развитием и широким внедрением на производстве различных высокоэффективных технологических установок.

В последние годы широкое распространение получили потребители, работающие через вторичный источник питания и ухудшающие качество электроэнергии в питающей сети. Ущерб, который несут потребители и энергосистема вследствие ухудшения качества электроэнергии, со временем только увеличивается.

Наш мир с его высокими технологиями давно попал в глубокую зависимость от качества электроснабжения. В большинстве стран мира существуют общенациональные электросети, объединяющие всю совокупность генерирующих мощностей и нагрузок. Такая сеть обеспечивает работу бытовых электроприборов, систем освещения, отопления, холодильной техники, средств кондиционирования воздуха и транспорта, а также функционирование государственного аппарата, промышленности, финансовой сферы, торговли, медицинских услуг и коммунальных служб по всей стране. Без этой коммунальной услуги современный мир просто не смог бы жить в своем нынешнем темпе. Сложные технологические усовершенствования прочно пустили корни в нашем быту и на работе, а с пришествием электронной торговли начался процесс непрерывной трансформации способа взаимодействия отдельных людей с остальным миром.

В современных реалиях всем достижениям интеллектуальных технологий необходимо бесперебойное электропитание, параметры которого в точности соответствуют установленным стандартам. Последствия крупномасштабных инцидентов с электроснабжением могут быть весьма серьезны, о чем имеются документальные свидетельства. В сфере автоматизированного производства целые производственные линии могут выходить из-под контроля, создавая угрозы для персонала и отправляя в отходы огромные объемы материалов. Каждая минута простоя вычислительных систем крупной финансовой корпорации может стоить нескольких тысяч долларов, и это только невосполнимые потери, без учета многочасовых усилий по восстановлению в дальнейшем. Устранение повреждений программного обеспечения и данных, вызванных перебоями электроснабжения, могут потребовать значительного времени.

Одним из эффективных и надежных решений поставленной задачи по обеспечению бесперебойного электропитания может послужить установка системы бесперебойного питания. Данные устройства предназначены для постоянной защиты крайне важного электрооборудования от всех нарушений электропитания, от его пропадания до радиочастотных помех и нелинейных искажений. Максимальную защиту способны обеспечить ИБП класса «on-line» с модульной архитектурой. Также их большим «плюсом» является и низкая суммарная стоимость владения.

На рынке источников бесперебойного питания модульные системы выделены в отдельный сегмент. И в этом сегменте все производители стараются максимально улучшить свое оборудование и довести его до совершенства. Среди производителей широко известны такие бренды, как «ABB» и «HUAWEI». «ABB» является швейцарско-шведской компанией, со швейцарским местоположением производственных площадей, выпускающих ИБП. «HUAWEI» – исключительно китайский концерн со всеми этапами производства систем бесперебойного питания, расположенными на территории КНР.

Для ближайшего рассмотрения возьмем, к примеру, модульный источник бесперебойного питания серии «CONCEPTPOWER DPA» с типом стойки «Upgrade DPA-250» от «ABB» с мощностным рядом модулей 30 кВА/24 кВт – 40 кВА/32 кВт – 50 кВА/40 кВт и максимальной мощность 250 кВА/200 кВт в пределах стойки. И модульную систему «UPS5000-E» с типом стойки «UPS5000-E-320K-F320» от «HUAWEI» с мощностным рядом модулей 40 кВА/40 кВт и максимальной мощностью стойки 320 кВА/320 кВт.

Первоначально обратим внимание на такой показатель, как плотность мощности. Модульная стойка «Upgrade DPA-250» от «ABB», с максимальной мощностью 250 кВА/200 кВт, занимает площадь 0,584 м², что соответствует плотности мощности 342,5 кВт/ м². У стойки серии «UPS5000-E-320K-F320» от «HUAWEI» этот показатель значительно отличается в большую сторону, и составляет 627,5 кВт/ м² при мощности 320 кВА/320 кВт и занимаемой площади 0,51 м².

Такой аргумент может оказаться весьма значимым, если помещение, где будет установлен ИБП, ограничено и испытывает дефицит в свободной площади. Соответственно, пренебрегать им ни в коем случае не стоит.

Модульные стойки отличаются как по максимальной активной мощности, так и по количеству устанавливаемых силовых модулей. В стойку «UPS5000-E-320K-F320» устанавливается до восьми модулей мощностью только 40 кВА/40 кВт, а в «Upgrade DPA-250» есть возможность установки до пяти модулей с мощностями в 30 кВА/24 кВт – 40 кВА/32 кВт – 50 кВА/40 кВт.

Силовые модули отличаются выходным коэффициентом мощности и КПД. Модули «UPS5000-E-320K-F320» имеют параметры PF 1 и 96% соответственно, а модули «Upgrade DPA-250» обладают коэффициентом мощности PF 0,8 и КПД 95,5%.

Различия в модулях этим не ограничиваются. Это касается и процессоров управления. Собственную процессорную логику имеют только модули системы «Upgrade DPA-250», в отличии от системы «UPS5000-E-320K-F320», в которой установлен один управляющий модуль на всю систему в пределах стойки. Наличие отдельного процессора в каждом силовом модуле значительно снижает вероятность выхода его из строя по причине неисправности системы управления.

Обе системы бесперебойного питания имеют интеллектуальное зарядное устройство на шине постоянного тока в каждом силовом модуле, что дает возможность гибко подходить к выбору количества АКБ в линейке в широком диапазоне и позволяет корректно производить заряд и тестирование аккумуляторных батарей. Разница между зарядными устройствами заключается лишь в том, что к модульной стойке «UPS5000-E-320K-F320» можно подключить только общий батарейный массив для всех силовых модулей, а стойка «Upgrade DPA-250» способна работать как с общими, так и с индивидуальными батареями для каждого модуля. Данный параметр настраивает сервисный инженер в сервисном меню при проведении пусконаладочных работ. Наличие такой опции исключает еще одну возможную общую точку отказа.

Плавная передача питаемой нагрузки на входную сеть источником бесперебойного питания является важным фактором при выборе мощности дизель-генератора для создания комплекса гарантированного электроснабжения. Такая функция дает возможность не завышать расчетную мощность резервных ДГУ при проектировании системы электроснабжения на объекте. Такими возможностями в полной мере обладают модули «UPS5000-E-320K-F320», и чем, к сожалению, не могут похвастаться модули «Upgrade DPA-250».

Инверторные части, как у «HUAWEI», так и у «ABB», значительных отличий не имеют. Оба инвертора имеют одинаковую перегрузочную способность, но «HUAWEI» все-таки обладает способностью непрерывно питать нагрузку до 105% (у «ABB» до 100% включительно). Хоть и небольшое, но приятное преимущество.

Значимые отличия скрываются в архитектуре самих модулей. Рассмотрим, к примеру, статический (электронный) байпас. У «HUAWEI» в основе лежит архитектура с централизованным байпасом, то есть одна общая линия на всю стойку. А в «ABB» пошли по пути более сложному, но более надежному и, в результате, пришли к решению использовать распределенный байпас. Это означает, что в силовой модуль «Upgrade DPA-250» интегрирован полноценный внутренний статический байпас, а в ИБП «UPS5000-E-320K-F320» установлен централизованный (общий) для всей стойки, в виде отдельного субмодуля, что, естественно, снижает отказоустойчивость системы в целом из-за отсутствия избыточности.

У модульной системы «Upgrade DPA-250» в силовых модулях предыдущего поколения линия статического байпаса была защищена предохранителями, установленными на лицевой панели модуля для быстрого доступа. Это значительно сокращало время их замены, но увеличивало стоимость самого модуля. У ИБП «Upgrade DPA-250» текущего поколения и у ИБП «UPS5000-E-320K-F320» ситуация кардинально противоположная, то есть предохранители находятся непосредственно внутри субмодуля статического байпаса, что способствует снижению себестоимости стойки. Но при проверке или замене предохранителей вся линия централизованного статического байпаса временно будет недоступна, что резко снижает отказоустойчивость системы ИБП на период проведения регламентных или ремонтных работ.

Не стоит забывать и про обеспечение безопасности сервисных инженеров и обслуживающего персонала, работающего с источником бесперебойного питания при проведении регламентного технического обслуживания или при ремонтных работах. принципу Лозунг «Safety first» является главенствующим для компании «ABB», которому она неукоснительно следует. В связи с этим серия «Upgrade DPA-250» имеет «по умолчанию» предустановленную на заводе защиту от обратных токов. Конечно, это отражается на себестоимости модулей, но в своем решении концерн непреклонен. «HUAWEI», к большому сожалению, данную функцию определили, как опцию, устанавливаемую лишь по запросу конечного пользователя. Наличие либо отсутствие подобной опции, в виде защиты от обратных токов, красноречиво говорит об обеспечении безопасности и уровне ответственности производителя.

Информативность и удобство функционала являются важным фактором как для обслуживающего персонала, так и для сервисного инженера. Для получения всей необходимой и актуальной информации о состоянии модуля и стойки ИБП в целом в системе «Upgrade DPA-250» предусмотрены индивидуальные панели управления для каждого модуля, которые вынесены на дверь. Настройка и просмотр параметров каждого модуля возможны только со своей панели, а перевод системы на статический байпас и обратно на инвертор допустим с любой панели. Система «UPS5000-E-320K-F320» поставляется с общей панелью управления для всей стойки или системы. Какое решение является наиболее практичным и удобным в эксплуатации, сказать трудно, так как архитектура и технические решения обеих систем бесперебойного питания отличаются, и об удобстве одного из решений можно будет однозначно утверждать только после накопления статистических данных.

При установке в стойку нового модуля для увеличения мощности системы, во время обслуживания либо после ремонта, возникает необходимость проведения тестирования модуля непосредственно в работающей стойке без риска обесточить нагрузку. В модульной системе «Upgrade DPA-250» на внутреннем пластроне стойки предусмотрены фронтальные параллельные выходные рубильники для каждого модуля. Благодаря такому решению индивидуальное тестирование и настройка параметров модуля происходит без подключения к общей шине, а также снижает риск ошибки при возникновении «человеческого фактора». Такая особенность ИБП «Upgrade DPA-250» сокращает среднее время простоя до восстановления работоспособности системы в случае отказа.

Обе системы ИБП имеют возможность вертикального и горизонтального наращивания мощности. При параллельном соединении стоек возникает необходимость защиты коммуникационной шины, так как любой сбой связи внутри параллельной системы может привести к непоправимым последствиям. Чтобы избежать подобных проблем производители стараются всячески защитить все коммуникационные соединения. «HUAWEI» в ИБП «UPS5000-E-320K-F320» использует структуру кольцевого соединения с одним шлейфом. Такой способ подключения значительно повышает уровень надежности коммуникационных линий. «ABB» решили использовать в системе «Upgrade DPA-250» концепцию единой линии связи между стойками. Сами информационные кабели также защищены от внешнего механического воздействия. Такое решение, по мнению инженеров «ABB», позволяет всей системе быть достаточно защищенной от внешних негативных воздействий и оставаться в устойчивом состоянии. А усиленный сигнал, предаваемый по такой линии, более устойчив к появлению посторонних электромагнитных помех.

Если обратить внимание на терминалы подключения силовых кабелей и их расположение, то сразу можно выделить удобное расположение терминалов с фронтальным доступом в нижней части стойки, что упрощает работы по подключению и сокращает время монтажа, расположение колодок исключает контакт с горячим воздухом, идущим от силовых плат модулей. Также снижаются требования по расстоянию между задней стенкой ИБП и стеной помещения. Терминалы имеют четкую маркировку и расположение, что не вызывает дополнительных вопросов при подключении линий постоянного и переменного тока. Производитель «HUAWEI» для серии «UPS5000-E-320K-F320» дополнительно может предложить на выбор стойку и с верхним фронтальным расположением терминалов.

В двух словах опишем и архитектуру рассматриваемых модульных систем ИБП. В серии «Upgrade DPA-250» каждый модуль – это независимый и полноценный источник бесперебойного питания, который имеет все основные конструктивные и интеллектуальные элементы, необходимые для бесперебойного выполнения всех поставленных перед ним задач. «ABB» разработал и внедрил свою модульную систему «DPA». Данная технология строится по принципу «дистрибутивности» каждого модуля, то есть его полной автономности с собственным инвертором, статическим байпасом, логическим контроллером, защитой от обратного тока, зарядным устройством и панелью управления. В ИБП серии «UPS5000-E-320K-F320» реализована «модульность» другого типа. В данном контексте термин «модульный» означает, что несколько силовых блоков размещаются параллельно для достижения требуемой общей выходной мощности. В систему интегрированы отдельные интеллектуальный модуль и модуль статического байпаса. Но в данном случае модульность не обязательно означает высокий уровень отказоустойчивости, поскольку повышенная сложность применения таких модулей имеет несколько единых слабых точек, что может привести к более высокой общей частоте отказов.

Компании-производители систем бесперебойного питания активно разрабатывают и внедряют новые технологические решения и уделяют большое внимание всем аспектам бесперебойности, надежности и безопасности своего оборудования. Без глубокого и тщательного анализа и при отсутствии каких бы то ни было статистических данных достаточно сложно определить, какая из модульных систем имеет более высокую готовность, минимальное количество общих точек отказа и минимально возможный простой при обслуживании и ремонте. Важно учитывать и совокупную стоимость владения системой бесперебойного питания, которая формируется из первоначальных инвестиций и расходов на обслуживание, что является уже финансовой составляющей, которая требует экономической концепции подхода к созданию системы бесперебойного питания, как продукта для потребителя.