Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Самое дорогое в ИБП

А. Г. Барсков

Со времени публикации в нашем журнале последней статьи об источниках бесперебойного питания (ИБП) — см.: Сети и системы связи. 2005. № 4.

С. 60 — в электроэнергетике России произошло важное событие. Точнее, не событие, а настоящая катастрофа: 25 мая с. г. отдельные районы Москвы и часть области надолго остались без электричества. Увы, мы оказались правы, когда не раз говорили о том, что реформа электроэнергетики вряд ли приведет к повышению надежности энергетического комплекса, а сильный износ оборудования чреват крупными авариями. Но есть у всего произошедшего и положительный момент: теперь уже не надо долго объяснять, зачем нужен ИБП — это поняли все. Теперь наша задача — помочь вам сделать максимально информированный и осознанный выбор этого средства, которое необходимо как для спокойной работы на домашнем ПК, так и для надежного, отказоустойчивого функционирования крупных информационных и телекоммуникационных комплексов.

В прошлой статье разговор шел об основных схемах построения онлайновых ИБП средней и большой мощности: классических (трансформаторных) и бестрансформаторных (в том числе “зеркальных”, с выпрямителями и инверторами на базе IGBT-транзисторов). Особенности обсуждаемых там схемотехнических решений во многом определяют как ключевые характеристики ИБП, так и область применения этого оборудования. При выборе источника не менее важно знать о специфике работы такого важного элемента, как аккумуляторная батарея.

Полную версию данной статьи смотрите в 10-ом номере журнала за 2005 год.

Из всего многообразия...

Без электрохимических элементов питания невозможно представить современную жизнь. Они используются практически везде — от электронных игрушек и фотоаппаратов до автомобилей и мегаваттных систем бесперебойного питания. Элементы, дающие напряжение свыше трех вольт, как правило, составные, и именно для их обозначения и появился термин “батарейка”. Однако сейчас “батарейкой” называют практически любой компактный элемент питания.

Если в элементах питания используются обратимые химические реакции, и их (элементы) можно подзаряжать, то применяют термин “аккумуляторы”, или “аккумуляторные батареи” (АКБ). Впрочем, все три термина — батареи, аккумуляторы и АКБ — зачастую используются для обозначения одного и того же.

Существует огромное количество типов элементов питания. Ниже перечислим некоторые из них в порядке увеличения их энергетической плотности:

• свинцово-кислотные;

• никель-кадмиевые;

• никель-металлгидридные (Ni-MH);

• литий-ионные (Li-Ion);

• цинково-воздушные (Zinc-Air).

Под энергетической плотностью батареи понимают отношение ее емкости (измеренной в ампер-часах или в ватт-часах) к массе (Вт/кг). Например, у литий-ионных аккумуляторов энергетическая плотность в 3—5 раз выше, чем у свинцовых, но и стоят они значительно дороже. Так, купленный мною недавно литий-ионный аккумулятор емкостью 600 мА*ч для мобильного телефона стоил примерно столько же, сколько свинцовый аккумулятор емкостью 60 А*ч (т. е. в сто раз большей) для автомобиля. Масса свинцовых аккумуляторов, понятно, на несколько порядков больше массы никелевых или литиевых батареек.

Поскольку в ИБП масса аккумуляторов (в отличие от цены) играет не столь большое значение, как, скажем, в портативных устройствах типа мобильных телефонов или MP3-плееров, то чаще всего в них используют свинцовые АКБ. Как известно всем автомобилистам, в классических свинцово-кислотных аккумуляторах в каче-стве электролита служит раствор серной кислоты в дистиллированной (чтобы избежать загрязнения батареи) воде. Если вы переусердствуете с зарядкой такого аккумулятора, в нем может начаться электролиз воды. Следствием этого являются, во-первых, необходимость подливать воду (чтобы электроды были полностью в электролите), а во-вторых, выделение газов (водорода и кислорода), оказывающих вредное воздействие на людей и аппаратуру. Приведенные выше причины делают подобные аккумуляторы (их называют обслуживаемыми) мало пригодными для ИБП.

В системах бесперебойного питания обычно используют герметичные необслуживаемые аккумуляторы, основанные на принципе рекомбинации газов: выделяющиеся водород и кислород вновь соединяются с образованием воды. Для этого применяют так называемый связанный электролит, который внутри имеет поры, позволяющие ионам газов свободно перемещаться от одного электрода к другому. Основные способы связывания электролитов — это применение пропитанного жидким электролитом пористого заполнителя (технология Absorptive Glass Mat — AGM) или использование гелеобразного электролита (технологии Dryfit и Gelled Electrolite — GEL). Герметичные аккумуляторы снабжаются клапанами для сброса избыточного давления.

Выбор и замена

Почему при эксплуатации ИБП надо уделять повышенное внимание именно аккумуляторам? Помимо того, что аккумуляторы являются тем самым альтернативным источником энергии, который обеспечит питание вашей критической нагрузки в случае перебоев в работе внешней электросети или ее аварии, их цена составляет основную долю в стоимости самого ИБП. Зачастую при выходе аккумуляторов из строя дешевле купить новую систему бесперебойного электропитания, чем заменить аккумуляторы, особенно когда для этого необходимо приглашать инженеров со стороны: из фирмы — производителя ИБП или из другой специализированной компании.

Заменить аккумулятор самому не всегда просто. Сначала надо убедиться в необходимости такой замены. Если ИБП не достаточно интеллектуален, чтобы сообщить вам о том, что подошло время замены, то придется проверять аккумулятор специальным прибором — индикатором емкости. Далее, если замена необходима, то перед вами встает задача выбора подходящего аккумулятора. Лучше всего, конечно, купить аккумулятор той же марки и той же фирмы, что и старый. Если это невозможно (нет в наличии или вообще снят с производства), то следует подобрать аккумулятор, подходящий по таким параметрам, как номинальное напряжение, емкость, размеры корпуса и клемм. Желательно получить у поставщика ИБП рекомендации по выбору производителя аккумуляторов. И дело здесь не только в предпочтении того или иного бренда: ИБП и АКБ должны быть совместимы между собой, скажем, по максимальному току заряда. Одними из крупнейших производителей аккумуляторных батарей в мире являются промышленно-торговая группа FIAMM и концерн Exide Technologies. Последнему принадлежат, в частности, такие известные торговые марки, как Sonnenschein и Tudor. Также в России определенную известность получили батареи британской компании C&D Technologies (марка Jonson Control), азиатских фирм CSB Battery, Yuasa Battery, Shin-Kobe Electric Machinery (входит в группу Hitachi).

Предположим, подходящий аккумулятор куплен. При его замене важно соблюдать хотя бы элементарные правила техники безопасности. На клеммах аккумулятора всегда есть напряжение, поэтому смотрите не замкните их (сами получите ожог, а аккумулятор выйдет из строя). Также не забывайте, что, даже если ИБП не подключен к электросети, внутри него может быть опасное напряжение. Поэтому, если в вашей компании нет электриков подходящей квалификации, лучше пригласить сторонних специалистов. Вы можете также столкнуться с тем, что для замены аккумулятора придется разобрать большую часть ИБП. Некоторые ИБП хранят в памяти информацию об аккумуляторе, и для настройки на новый элемент питания потребуется специальная программа (она имеется в сервисных центрах).

Предупредив о возможных сложностях, связанных с заменой аккумуляторов, не могу не отметить, что в последнее время производители ИБП стараются конструировать свои устройства таким образом, чтобы такую замену мог провести рядовой пользователь. Часто эта операция может осуществляться в “горячем” режиме, что повышает общее время доступности системы электропитания.

Чтобы не наступила внезапная “смерть”

Важно периодически проверять работоспособность аккумулятора, иначе вас может ожидать неприятный сюрприз — при отключении электричества ИБП проработает несколько секунд и тоже “вырубится”, лишив защиты ваши компьютеры, серверы или коммуникационное оборудование. После трех—пяти лет исправной службы аккумуляторы могут резко сдать и полностью выйти из строя буквально за пару недель после первого реально замеченного ухудшения характеристик. Помните и о том, что аккумуляторы изнашиваются независимо от того, насколько активно их использовали. Даже если аккумуляторы вообще стоят без дела, они тоже портятся. Хотя при повторяющихся сильных нагрузках срок службы аккумуляторов, конечно, сокращается быстрее.

Производители аккумуляторов указывают расчетный срок эксплуатации, для достижения которого требуются идеальные условия этой самой эксплуатации. Наиболее распространенные на сегодня аккумуляторы имеют расчетный срок эксплуатации пять или семь лет. При организации больших батарей для ответственных информационных и коммуникационных комплексов могут применяться аккумуляторы со сроками службами до 10 и даже до 20 лет.

Как известно, ход химических процессов в аккумуляторах очень сильно зависит от температуры окружающей среды. Наиболее благоприятной для них считается температура 15—20 °С. Увеличение температуры на 10 °С уменьшает ресурс батареи примерно вдвое. Поэтому при размещении ИБП (аккумуляторов) в технологических помещениях с большим количеством выделяющего тепло оборудования необходимо тщательно подойти к расчету и реализации системы кондиционирования, чтобы обеспечить оптимальный температурно-влажностный режим.

Алгоритмы подзарядки

Современные средства для подзарядки аккумуляторов — это довольно сложные электронные приборы. Кратко опишем два базовых режима работы зарядных устройств: с постоянным напряжением и с постоянным током. В первом (самом простом) случае зарядник производит одно и то же напряжение, а сила тока зависит от уровня зарядки аккумулятора и других факторов. По мере зарядки батареи ее напряжение увеличивается, разница между потенциалами зарядного устройства и батареи уменьшается, и в результате по цепи течет меньший ток. Во втором режиме обеспечивается постоянная сила тока, а напряжение меняется. Как только напряжение батареи достигает порогового уровня, зарядное устройство выключается.

В современных ИБП применяют более сложные алгоритмы управления зарядом батарей, сочетающие в себе комбинацию двух вышеназванных. В качестве примера приведем алгоритм, используемый в ИБП серии Vanguard компании Powercom. “Сигналом” для начала нового цикла зарядки могут служить различные события, например включение ИБП кнопкой ON на лицевой панели или его переход в режим резервного питания нагрузки от батарей на время больше 20 с. Также зарядка начнется, если ИБП долго находился в режиме покоя — более 30 дней. Падение напряжения на элементе батареи без нагрузки ниже уровня 2,10 В/эл (VPC, Volt per Cell) тоже является поводом для начала цикла зарядки.

Разряженную батарею сначала (первая фаза) заряжают постоянным током, значение которого (в амперах), как правило, не превышает 0,3 номинальной емкости батареи (в ампер-часах). Заряд продолжается до тех пор пока напряжение не достигнет уровня 2,385 В/эл. Если оно не достигло этого уровня в течение 150 ч, ИБП выдаст сигнал “Battery Failure” (Плохие батареи). После достижения указанного уровня начинается вторая фаза зарядки — постоянным напряжением. При этом ток заряда начинают уменьшать.

Конечное напряжение заряда зависит от температуры, и при 20 °С оно равно 2,25-2,35 В/эл. Для того чтобы точно определить конечное напряжение при заряде аккумуляторов, на плате управления интеллектуальных ИБП находится датчик температуры, измеряющий ее внутри корпуса; затем микроконтроллер вычисляет нужную величину исходя из поправочного коэффициента. Так, при температуре 40 °С конечное напряжение заряда обычно уменьшают до 2,20—2,25 В/эл, а при температуре 0 °С увеличивают до 2,35—2,40 В/эл. Эта технология, называемая температурной компенсацией, позволяет существенно повысить ресурс батарей.

Третья фаза — режим покоя — начинается, когда схема управления ИБП выключает зарядное устройство до следующего зарядного цикла. Если за первые 10 дней нахождения в режиме покоя напряжение на элементе батареи без нагрузки опустится ниже 2,10 В/эл, то ИБП может сформировать сигнал “Battery Failure”.

Что такое ABM

Большинство производителей ИБП активно рекламируют свои технологии интеллектуального управления зарядом батарей, которые обычно называют ABM (Advanced Battery Management). Эти технологии, увеличивающие срок их службы и “уменьшающие общую стоимость владения ИБП”, как правило, предусматривают описанный выше трехступенчатый цикл заряда и функцию температурной компенсации.

Кроме того, в функции ABM обычно входит контроль за разрядом батарей. Схема контроля может выдавать сигнал типа “Low battery” (Низкий уровень напряжения на батареях), например, за несколько минут до предполагаемого истечения времени батарейной поддержки. Еще один типовой сигнал — “Battery low limit” (Аварийный уровень напряжения на батареях) будет сформирован, когда напряжение на батареях упадет до уровня, при котором инвертор не может функционировать, после чего ИБП отключается.

В новой линейке ИБП Masterys (мощностью от 8 до 90 кВА) компании Socomec-Sicon UPS реализована технология Expert Battery System (EBS). В условиях низких температур окружающей среды аккумуляторные батареи находятся в режиме постоянного подзаряда, а при повышении температуры они заряжаются прерывистым зарядом. Таким образом обеспечивается постоянная готовность аккумуляторов к работе и продлевается срок их эксплуатации.

Вообще говоря, цифровые контроллеры современных ИБП обеспечивают оптимизацию зарядных токов в зависимости от различных факторов, включая емкость батарей, требуемое время ее восстановления и специфические характеристики поставщиков батарей. Но, к сожалению, даже в самых продвинутых алгоритмах невозможно учесть такие важные вещи, как нарушение условий хранения батарей до запуска системы, их перегрев при эксплуатации, а зачастую даже количество частых и глубоких перезарядок.

Во многом именно производители АКБ диктуют особенности алгоритмов зарядки. Вот что сказал нам по этому поводу Андрей Воробьев, директор технической службы компании АРС в странах СНГ: “Мы традиционно применяем алгоритмы мониторинга состояния и заряда, рекомендуемые производителями батарей. В сущности, только они могут диктовать, как правильно обслуживать и эксплуатировать батарею. Конечно, мы используем температурную компенсацию, контроль отдельных элементов батарейного массива, но это является скорее нормой, чем “ноу-хау” АРС”.

Не надо усложнять

Большинство поставщиков ИБП, обсуждая вопросы, связанные с алгоритмами мониторинга состояния и заряда АКБ, “упирали” на свои интеллектуальные (а значит, сложные) технологии ABM. Но, как всегда, есть и исключения.

По мнению экспертов компании NeuHaus, реально состояние батарей в составе ИБП можно проверить, только отключив их от агрегата и проведя замер характеристик каждой банки в отдельности. Следовательно, любые попытки осуществлять мониторинг АКБ “вживую” на работающей системе — не более чем получение справочной информации, на которую лучше и вовсе не полагаться. Они считают, что агрегат бесперебойного питания не является узкоспециализированным зарядным устройством, поэтому усложнять и удорожать его схему введением сложных цепей контроля каждой банки нет никакого смысла, а для тщательного контроля каждой отдельно взятой батареи существует квалифицированный сервис, на котором не рекомендуется экономить.

В любом случае, решите ли вы сами обслуживать свой ИБП или положитесь в этом деле на услуги специализированной компании, уделяйте особое внимание аккумуляторным батареям — одному из самых важных и дорогих элементов систем бесперебойного питания..





  
10 '2005
СОДЕРЖАНИЕ

бизнес

• «Бережливое» производство в Эспоо

инфраструктура

• Самое дорогое в ИБП

• Устранение радиопомех в БЛВС

информационные системы

• Родео с настольными ПК

• Тестируем продукты управления настольными системами

сети связи

• IP-коммуникации: время пришло

• Why MAX?

кабельные системы

• Системы видеонаблюдения на базе UTP-кабеля

• UTP-разъемы для сетей 10-Gigabit Ethernet

• Перспективные решения для ИТ-инфраструктур

защита данных

• Защищаемся от XML-атак

• Как защитить хранящиеся данные

• Храните ваши данные в безопасности

новые продукты

• NAS-серверы компании R-Style Computers; Пылевлагозащищенная кросс-муфта для ВОЛС; Новые ИБП Power-Vision 3F; Консольные серверы от Aten International; Linux-cерверы OpenPower


• Калейдоскоп



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх