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

  

Резервирование в централизованных системах бесперебойного электропитания

И. В. Андрющенко

Для защиты критической нагрузки от возможных неполадок в электросети широко применяется централизованная схема электропитания с использованием одномодульных ИБП. На время проведения профилактики и ремонта нагрузка питается непосредственно от сети и таким образом остается незащищенной. В предлагаемой вашему вниманию статье рассмотрено несколько схем резервирования, лишенных этого недостатка.К сожалению, промышленные электросети не надежны на все 100%. Обычным средством защиты нагрузки от неполадок в сети являются одномодульные ИБП. Однако при повышенных требованиях к качеству электропитания приходится применять системы, состоящие из несколько мощных ИБП, объединенных по той или иной схеме для совместной работы. Применяют следующие системы: с параллельным и последовательным резервированием, с резервированием шины питания нагрузки (Power-Tie™) и синхронизацией выхода (LBS).

Одномодульные системы

Наибольшее распространение в сетях с централизованной топологией защиты нагрузки получили одномодульные ИБП, построенные по схеме с двойным преобразованием напряжения (on-line). Они способны обеспечить нормальное питание нагрузки в автономном режиме в течение некоторого (обычно не более 30 мин) времени.

Основными элементами одномодульного ИБП c двойным преобразованием являются выпрямитель, инвертор, батарея, зарядное устройство и переключатели цепи bypass (путь для питания нагрузки в обход схемы двойного преобразования). Одномодульные ИБП идеально подходят для питания нагрузок, допускающих кратковременные запланированные отключения для обслуживания ИБП. Если же питание нежелательно отключать даже на время технического обслуживания ИБП, его переводят в режим bypass и нагрузка в это время питается непосредственно от электросети. При непрерывном технологическом процессе такой, пусть даже кратковременный, способ питания для некоторых видов нагрузок недопустим. Кроме того, несмотря на исключительно высокую надежность ИБП, нельзя также исключать возможность выхода из строя самого блока. Для решения вышеупомянутых задач было разработано несколько схем резервирования.

Параллельное резервирование

Система с параллельным резервированием (рис. 1) включает два или более модулей ИБП, работающих на общую нагрузку. Система должна иметь определенный запас по выходной мощности. Как правило, каждый входящий в систему модуль оснащен собственной батареей, хотя не исключено и использование общего комплекта батарей для всей системы в целом.

При нормальном состоянии сети нагрузка равномерно распределяется между всеми модулями системы, а в случае выхода из строя одного из них или преднамеренного его отключения — между остальными модулями. Параллельная схема резервирования обеспечивает высокую степень защиты (99,99%). При техническом обслуживании отдельных модулей нагрузка никогда не питается от «грязной» сети. Однако при необходимости ремонта общей шины питания или оборудования, расположенного между ИБП и нагрузкой, последнюю все-таки приходится отключать.

Несмотря на простоту параллельной схемы резервирования, ее конкретные реализации заметно различаются, прежде всего механизмом распределения нагрузки между модулями. В большинстве ИБП используются инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и высокими динамическими характеристиками, но для параллельной работы их на общую нагрузку нужны дополнительные устройства синхронизации. Один из модулей системы выполняет функцию ведущего модуля, по выходному напряжению которого синхронизируются все остальные, ведомые модули. Однако слабое звено в такой схеме — это ведущий модуль. При появлении неисправности в нем или в цепях синхронизации нарушается функционирование всей системы.

Для преодоления этого недостатка в модулях ИБП серии 600T, выпускаемых компанией Liebert, применена гибридная технология, сочетающая в себе высокие динамические характеристики ШИМ-инверторов и надежность инверторов с пошаговой аппроксимацией.

Без каких-либо дополнительных цепей согласования между параллельно соединенными однотипными модулями достигается равномерность распределения мощности нагрузки с точностью до 15%. При добавлении в схему несложных цепей управления точность разбалансировки по мощности уменьшается до 5%.

Параллельную схему из двух модулей совсем не обязательно строить с номинальной мощностью каждого из них, равной мощности нагрузки. Например, для питания нагрузки 600 кВА можно использовать два модуля по 600 или три модуля по 300 кВА. Последний вариант системы обладает полуторной избыточностью по мощности, следовательно, ее общая стоимость лишь в 1,5 раза превышает стоимость отдельного модуля, что с экономической точки зрения является удачным решением.

Схемы с параллельным резервированием позволяют производить техническое обслуживание отдельных модулей ИБП без прерывания питания критической нагрузки. Однако для обслуживания системы в целом или ее переконфигурирования, а также для проведения регламентных работ с элементами шины питания все-таки приходится переводить ее в режим bypass или отключать нагрузку полноcтью.

Последовательное резервирование

Cистема с последовательным резервированием (рис. 2) включает один или несколько основных модулей и один резервный. Каждый основной модуль работает на собственную нагрузку. Резервный модуль используется в качестве первичного источника питания входов bypass основных модулей системы. Обычно применяются резервные ИБП типа off-line.

Такая схема резервирования позволяет обслуживать основные и резервные модули, не отключая нагрузку или не ослабляя ее защиту. При этом выходы основных модулей системы и резервного синхронизированы.

Если напряжение на входе одного из основных модулей пропадает, данный ИБП начинает работать в автономном режиме. Если к моменту ее разряда питание не восстанавливается, автоматически включается цепь bypass, т. е. питание подается от резервного блока. Разумеется, в этом случае резервный блок питания становится недоступным для остальных основных модулей, и при вынужденном переходе в режим bypass второго основного модуля подключенный к нему сегмент нагрузки запитывается уже от незащищенного входа системы.

Последовательная схема резервирования хорошо подходит для модернизации уже работающих одномодульных систем путем подключения дополнительного, резервного модуля.

Еще одно преимущество этой схемы — возможность комбинировать в одной системе модули различных производителей, имеющих различную выходную мощность.

Однако этой конфигурации системы питания присущи и некоторые недостатки по сравнению с параллельной схемой — ей требуется большее число коммутационных устройств. Так, для схемы с четырьмя модулями (тремя основными и одним резервным) требуются три независимые линии bypass, имеющие отдельные защитные автоматы и, как следствие этого, теоретическое среднее время наработки на отказ системы с последовательным резервированием может оказаться ниже, чем у одномодульных ИБП или систем с параллельным резервированием.

Система с последовательным резервированием нуждается в дополнительной цепи коммутации источника питания входов bypass основных модулей (для систем, состоящих из трех и более модулей). И наконец, мощность каждого сегмента нагрузки ограничена номинальной мощностью соответствующего «основного» модуля ИБП.

Таким образом, применение схемы последовательного резервирования, с одной стороны, облегчает обслуживание модулей и переконфигурирование системы, а с другой — несколько снижает ее надежность. Наиболее эффективен вариант с двумя модулями (с одним основным и одним резервным). При увеличении числа основных модулей рекомендуется использовать другие схемы резервирования.

Резервирование шины питания нагрузки (Power-Tie™)

Сущность технологии Power-Tie (рис. 3) компании Liebert заключается в использовании двух независимых систем бесперебойного питания. Каждая из них должна иметь мощность, достаточную для питания критической нагрузки полностью. Для повышения надежности систем рекомендуется подключать их к фидерам независимых трансформаторных подстанций. Нагрузка разбивается на два сегмента, каждый из которых соединен отдельной шиной со «своей» системой бесперебойного питания. Автоматический переключатель и устройство управления, установленные в непосредственной близости от нагрузки, переводят систему в один из следующих режимов:

  • каждый ИБП питает свой сегмент нагрузки,
  • оба ИБП подключаются параллельно и обеспечивают питание всей нагрузки в целом,
  • вся нагрузка питается от одного ИБП.

Преимуществом данной конфигурации является использование в схеме резервирования двойного выходного фидера, т. е. система может поддерживать две независимые выходные цепи питания. Таким образом, резервирование схемы питания, когда элементы управления приближены к нагрузке, максимально повышает надежность системы. Появляется возможность технического обслуживания шины питания нагрузки без отключения ее.

Оборудование, имеющее дублированные электрические входы, может непосредственно подключаться к двойному фидеру данной системы. В то же время использование распределительных устройств с двойным входом (например, Liebert «Smart-Switch» и др.) позволяет также подключать нагрузку с единственным входом.

Основное преимущество технологии Power-Tie — отключение любого из ИБП или любого участка цепи без потери напряжения на выходе системы и без перевода нагрузки на питание в режиме bypass.

Системы с синхронизацией выхода (LBS)

Схема с синхронизацией выхода LBS похожа на технологию Power-Tie. В ней используются две независимые системы бесперебойного питания с двумя независимыми выходными шинами. Системы обладают достаточной мощностью, чтобы питать всю нагрузку целиком, но в отличие от технологии Power-Tie в них отсутствуют силовые соединения на выходе модулей (рис. 4). Синхронизация модулей во всех режимах (включая запрещенный bypass и автономный режим работы ИБП) осуществляется с помощью дополнительной цепи синхронизации с точностью до трех градусов.

Система LBS предназначена для питания нагрузки от двух электрически независимых синхронных фидеров. Нагрузка с дублированным электрическим входом подключается к ним непосредственно, а для подключения нагрузки с единственным входом требуются дополнительные быстродействующие статические переключатели (например, Liebert «Static Transfer Switch»). В отличие от остальных схем резервирования (кроме Power-Tie) данная система не имеет уязвимых участков.

Наличие дублирующей шины питания нагрузки делает систему LBS более эффективной и надежной по сравнению с одномодульными системами и системами с параллельным или последовательным резервированием.

Отсутствие электрической связи между выходными фидерами обеспечивает полную независимость одной цепи питания от другой. Допускается даже подключение ИБП к независимым трансформаторным подстанциям.

При формировании системы LBS в каждый ИБП устанавливается интерфейсная карта синхронизации и монтируется небольшая настенная панель управления.

В нормальном режиме блок синхронизации минимально взаимодействует с ИБП и активизируется только при появлении фазового рассогласования между фидерами.

Системы с синхронизацией выхода (LBS) являются самой экономичной реализацией топологии с двойной шиной питания нагрузки.

Распределительные устройства

После выбора топологии с двойной шиной питания нагрузки (Power-Tie или LBS) остается лишь выбрать устройство распределения мощности, отвечающее конкретным требованиям. Конфигурация их может быть любой:

  • с двумя вводами и ручной коммутацией нагрузки с единственным вводом;
  • с двумя вводами и автоматическим включением резервного модуля;
  • с двумя вводами и со статическим переключателем (например, Liebert «Static Transfer Switch» или Liebert «Smart-Switch»), обеспечивающим мгновенную коммутацию;
  • с двумя резервными вводами через два распределительных устройства, когда нагрузка с единственным вводом подключена к статическому переключателю с двумя резервными входами, что позволяет проводить профилактику одного ИБП и одного распределительного устройства, не отключая нагрузку;
  • нагрузка с двойным электрическим вводом подключается через два распределительных устройства, что позволяет проводить профилактику одного ИБП и одного распределительного устройства, не отключая нагрузку.

***

При построении систем бесперебойного электропитания уже недостаточно полагаться только на надежный одномодульный ИБП. Теперь все чаще необходимы действительно бесперебойные схемы, допускающие техническое обслуживание без отключения нагрузки и исключающие риск, связанный с питанием от «грязной» сети. Приведенные в данном обзоре схемы резервирования имеют свои преимущества и недостатки. Одномодульная система оптимальна в тех случаях, когда допустимы плановые отключения нагрузки. Параллельная система обладает боўльшей надежностью и допускает обслуживание не прерывая нормального питания нагрузки. Система с последовательным резервированием пригодна для модернизации уже существующей одномодульной установки.





  
10 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Наперегонки со светом

локальные сети

• Недорогие серверы на базе Pentium II

• Экранировать или не экранировать?..

• Интеграция NetWare и Windows NT

• Локальная сеть - кварц или медь?

• RAID: концепция живет и развивается

• Новые программные средства закрывают брешь в управлении Windows NT

бизнес

• NT-серверы IBM вырываются вперед

• SMCC расширяет каналы сбыта

• Слияние двух надежд

интернет и интрасети

• Ingram - поставщик услуг электронной коммерции

• Лоцманы в море информации

корпоративные сети

• Бум пропускной способности

• Технология ATM и современные корпоративные сети

• Хвала Общей информационной модели

• Объектное расширение реляционной СУБД: зачем и как (Часть II. Как?)

• Выбираем пограничный коммутатор ATM

услуги сетей связи

• Интернет и ТфОП: вопросы подключения маршрутизаторов к городским АТС

• Проблемы внедрения технологии DSL

защита данных

• Средства контроля безопасности на базе протокола IP

• Резервирование в централизованных системах бесперебойного электропитания

системы учрежденческой связи

• Аспекты техобслуживания цифровых УПАТС



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