Промышленные ИБП. Надежность – абсолютный приоритет

Изначально ИБП разрабатывались для защиты ИТ-оборудования в офисах, серверных комнатах, а затем и в центрах обработки данных. Для таких применений важны компактность, небольшой вес, высокий КПД, при установке в офисах – внешний вид устройств. Отказоустойчивость системы электропитания в ЦОДах обычно обеспечивают путем резервирования на уровне отдельных ИБП (N + 1), при этом надежность самих источников не всегда является главным приоритетом. Производители ИБП «для ИТ» 

стараются максимально «сжать» внутренний объем, использовать минимально допустимые размеры зазоров и силовых элементов, облегченные корпуса, иногда более дешевую элементную базу.

 

Промышленные ИБП – это отдельная категория устройств, которые изначально проектируются для работы на промышленных объектах и обеспечения электроснабжения различных нагрузок в технологических процессах. Такие ИБП должны соответствовать жестким требованиям в части надежности работы, в том числе в самых неблагоприятных внешних условиях. Используемые для их изготовления компоненты должны обеспечивать длительный срок службы в условиях воздействий негативных внешних факторов: ухудшения показателей качества электроэнергии, импульсных помех, изменения температуры, наличия пыли, влаги и т.д. При этом размеры, вес, КПД, внешний вид и другие показатели менее важны.

 

Компания Kehua, крупнейший китайский производитель ИБП, разработала специальную линейку оборудования для промышленного применения. В этих ИБП, представляемых на российском рынке компанией «Абсолютные Технологии», учтены все самые жесткие требования, предъявляемые промышленными объектами. Достаточно сказать, что Kehua – единственный поставщик ИБП, продукция которого сертифицирована для установки и используется на объектах атомной энергетики КНР.

 

 

Базовая серия промышленных ИБП Kehua – FR-UK. Эти аппараты мощностью до 600 кВА разных конфигураций (1/1, 3/1 и 3/3) построены с использованием трансформатора инвертора и шестипульсного тиристорного выпрямителя. Основное применение этой серии – транспорт и медицина.

 

Для выполнения более жестких требований на базе этой конструкции создана серия FR-UK DL в конфигурациях 3/1 (10--120 кВА) и 3/3 (10--60 кВА). Доработка состоит в установке 12-пульсного выпрямителя и входного трансформатора выпрямителя. Этот ИБП может работать в системах с внешней шиной 220 В постоянного тока (так называемая система оперативного тока). В стандартной комплектации ИБП серии DL имеют уровень пылевлагозащищенности IP31 и резервирование вентиляторов.

 

В аппаратах DL также применено многослойное двустороннее защитное покрытие плат специальными лаками (с достаточной вязкостью и высокой прочностью), которые используются в военных отраслях радиоэлектронной промышленности. Кроме того, для повышения устойчивости ИБП к электромагнитным помехам экранированы платы управления, дисплей и коммуникационные кабели. 

 

 

Как известно, наибольшей надежностью обладают ИБП с тиристорным выпрямителем и инвертором на IGBT-транзисторах с выходным трансформатором. (Хотя для ИТ-систем ради уменьшения размера и повышения КПД часто применяют менее надежные бестрансформаторные схемы с транзисторными выпрямителями.) Тиристорная схема выпрямителя в силу намного более простой конструкции как самих полупроводниковых элементов, так и управляющих цепей обеспечивает надежную работу в условиях сетей низкого качества, с искажениями формы напряжения, более высокую устойчивость к импульсным помехам и перенапряжениям. Именно такая схемотехника реализована в промышленных ИБП Kehua.

 

 

Для повышения надежности в ИБП Kehua выполнено полноценное резервирование плат питания (а не частичное резервирование цепей питания на одной плате), причем к ним подключаются разные линии питания переменного и постоянного тока (вход выпрямителя, вход байпаса, шина АКБ). Это позволяет не только реализовать функцию холодного старта (т.е. запуск ИБП от АКБ), но и повысить надежность работы ИБП в нештатных ситуациях и обеспечить контролируемое электропитание нагрузки даже при частичных отказах оборудования.

 

В ИБП штатно применяются устройства защиты от импульсных помех и перенапряжений класса С. Благодаря их наличию повышается устойчивость ИБП к помехам в сети, которые возникают при грозовых разрядах, при переключениях силовых трансформаторов, коммутации мощных электродвигателей. При возникновении перенапряжения срабатывает защита, но ИБП продолжает функционировать в штатном режиме. Срабатывание защиты фиксируется в журнале событий ИБП и сопровождается выдачей предупредительного сигнала в системы мониторинга ИБП.

 

 

Трансформатор выполняет ряд важных функций. Во-первых, он обеспечивает более высокий ток короткого замыкания на выходе и соответственно надежное срабатывание аппаратов защиты (автоматических выключателей или предохранителей) в цепях распределения питания. При этом в случае нештатной ситуации в нагрузке отключается только тот участок сети, где произошло КЗ. ИБП продолжает работать в штатном режиме, бесперебойно поставляя электропитание остальным потребителям.

 

Во-вторых, трансформатор обеспечивает гальваническую развязку между цепями постоянного и переменного тока. Это одно из наиболее часто встречающихся отраслевых требований к ИБП. Связано оно, в частности, с тем, что ИБП часто используют не собственную АКБ, а батарею системы оперативного тока, которая заряжается отдельными выпрямительно-зарядными устройствами. Более того, только для гальванически изолированных цепей возможно применение устройств контроля изоляции/сигнализации утечки тока на землю (если гальванической развязки нет, такие устройства контроля применять нельзя). Эти устройства необходимы для обеспечения защиты оборудования и персонала в соответствии с жесткими отраслевыми нормами.

 

В-третьих, низкочастотный силовой трансформатор инвертора является эффективным фильтром и накопителем энергии. ИБП лучше выдерживает пиковые нагрузки, завышать его мощность не требуется. Кроме того, снижается влияние на ИБП помех, генерируемых нагрузкой. Это особенно важно, поскольку промышленные ИБП часто применяют для защиты приводов и клапанно-регулирующей арматуры, содержащей большое число электромагнитных клапанов и электродвигателей. Такие потребители имеют высокие пусковые токи, как правило, в 5--10 раз превышающие номинальный потребляемый ток. А при запуске мощных электродвигателей существенно искажается форма потребляемого тока.

 

Трансформатор инвертора -- обязательный элемент всех промышленных ИБП Kehua. В моделях DL дополнительно устанавливается входной трансформатор выпрямителя, который обеспечивает полную гальваническую развязку постоянного тока от входа и выхода.

 

 

В конструкции промышленных ИБП большое внимание уделяется надежности работы при повышении температуры окружающей среды вплоть до +40°С. Это достигается за счет системы принудительного охлаждения с раздельными воздушными каналами, а также системы резервирования и контроля работоспособности вентиляторов. Благодаря резервированию при отказе одного вентилятора штатная работа ИБП на 100%-ную нагрузку может продолжаться. Для надежной работы управляющая электроника постоянно контролирует температурные режимы основных компонентов ИБП. 

 

При построении высоконадежных систем электроснабжения часто применяется резервирование по схеме N + 1 или N + 2. При параллельной работе ИБП необходимо обеспечить устойчивость к отказам на информационной шине между ИБП, что достигается дублированием кабеля управления по схеме «кольцевая шина». Тем самым гарантируется устойчивая работа параллельной системы даже при повреждении сигнального кабеля.

 

Для промышленных объектов важно обеспечить удобное и безопасное техническое обслуживание оборудования и его ремонт. Поэтому все компоненты промышленных ИБП доступны для обслуживания спереди. Замена вышедших из строя или исчерпавших свой ресурс элементов по модульному принципу сокращает время простоя. Во входных и выходных цепях установлены автоматические выключатели для удобной и безопасной работы, а система управления ИБП контролирует их состояние.

 

***