Шина гарантированного питания что это

Система гарантированного и бесперебойного электропитания

1. Введение

1.1. Необходимость в создании системы

Система гарантированного электропитания служит для обеспечения электроэнергией требуемого качества (ГОСТ 13109-87) потребителей I категории (ПУЭ гл.1.2.17), в случае исчезновения напряжения основной питающей сети.

Система бесперебойного электропитания служит для обеспечения электроэнергией требуемого качества (ГОСТ 13109-87) без разрыва синусоиды питающего напряжения потребителей I категории особой группы (ПУЭ гл.1.2.17).

2. Описание решения

2.1. Общие сведения

2.2. Структура решения

В зависимости от требований к электропитанию потребителей, используются разные варианты построения схем электропитания. Рассмотрим несколько вариантов.

2.2.1. Использование на объекте схемы гарантированного электропитания

Такую схему целесообразно использовать в случаях частого исчезновения напряжения основной питающей сети и отсутствии на объекте потребителей I категории особой группы, которым необходимо для нормального функционирования электропитание без разрыва синусоиды питающего напряжения.

2.2.2. Использование на объекте схемы бесперебойного питания

Такую схему целесообразно использовать в случаях нечастого и кратковременного исчезновения напряжения основной питающей сети и при наличии на объекте потребителей I категории особой группы.

2.2.3. Использование на объекте схемы бесперебойного и гарантированного питания совмещённо

Если на объекте в качестве резервного источника электропитания используется и дизель-генераторная установка, и источник бесперебойного электропитания, то такая схема называется схемой повышенной надёжности с использованием бесперебойного и гарантированного электропитания.

Во время запуска ДГУ, ИБП переходит на аккумуляторные батареи, и питание потребителей бесперебойного электропитания осуществляется от батарей ИБП столько времени, сколько необходимо для запуска дизель-генераторной установки. Таким образом, питание потребителей бесперебойного электропитания осуществляется без разрыва синусоиды питающего напряжения.

При восстановлении питающего напряжения внешней энергосети при переключении потребителей от ДГУ к внешней питающей сети, потребители гарантированного электропитания кратковременно остаются без напряжения. Таким образом, питание потребителей переходит в нормальный режим. Дизель-генераторная установка, после полного останова, переходит в дежурный режим.

Питание от ДГУ возможно в течение промежутка времени, определяемого запасом топлива в топливном баке ДГУ и удельным расходом топлива (величина этого параметра зависит от нагрузки), а также возможностью дозаправки ДГУ во время работы. Если энергоснабжение от основного ввода не восстановится до окончания ресурса топлива в штатном топливном баке, то блок автоматики ДГУ остановит дизель-генератор.

Такую схему целесообразно использовать для объектов, требующих повышенной надежности электропитания.

3. Создание системы бесперебойного и гарантированного электроснабжения на объекте

3.1. Необходимые условия для создания на объекте схемы гарантированного электропитания

3.2. Необходимые условия для создания на объекте схемы бесперебойного электропитания

3.3. Необходимые условия для создания на объекте схемы бесперебойного и гарантированного электропитания совмещённо

Источник

В реально существующих электрических сетях напряжение не всегда соответствует ГОСТ 32144-2013. Регулярно происходят провалы напряжения и отключения электроэнергии, высокочастотные шумы и отклонения частоты. Подключение к таким сетям высокотехнологичного оборудования (компьютеров, телекоммуникационной аппаратуры, банковского и офисного оборудования), связано не только с повышенным риском нарушения функционирования, но и с возможностью выхода этого оборудования из строя.

«Системы RPSS», построенные на базе источников бесперебойного питания двойного преобразования, позволяют привести питающее напряжение к соответствию стандарту или обеспечить повышенное качество напряжения, требуемое заказчиком.

Основная область применения

Система гарантированного электроснабжения применяется в трехфазных распределительных сетях низкого напряжения до 1 кВ при изменении характеристик напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии пользователю электрической сети, относящихся к частоте, значениям, форме напряжения и симметрии напряжений.

Реализованная на ИБП с двойным преобразованием (источниках бесперебойного питания), система RPSS предотвращает:

Для Вас будут выполнены:

ИБП с двойным преобразованием, которые применяются для реализации данного проекта

В рабочем режиме вся мощность, подаваемая в нагрузку, проходит через выпрямитель/зарядное устройство и инвертор, таким образом, выполняется двойное преобразование (переменный/постоянный/переменный ток).

ИБП этого типа включают в себя статический байпас (статический переключатель), который обеспечивает бесперебойное переключение нагрузки от инвертора напрямую в питающую сеть и обратно.

Нагрузка переключается на статический байпас в следующих случаях:

Преимущества

Следует учесть

Для уменьшения стоимости ИБП некоторые производители используют упрощенные схемы инверторов, форма выходного напряжения которых отличается от синусоидальной (аппроксимированная синусоида). Если подключенное оборудование критично к форме питающего напряжения, использование ИБП с аппроксимированной синусоидой может привести к выходу из строя оборудования или ИБП. Как правило, к форме напряжения критичны трансформаторы и электродвигатели, работающие на частоте сети.

Особенностью оборудования переменного тока является наличие пусковых токов. Для некоторых типов устройств (мощные трансформаторы, электродвигатели) пусковой ток может в несколько раз превышать номинальный. Если ИБП переменного тока выбирать без учета пусковых токов, то в момент включения может сработать защита от перегрузки.

На практике не всё оборудование используется одновременно. Поэтому реальная требуемая мощность ИБП может быть меньше чем установленная мощность оборудования. Этот момент учитывают с помощью среднестатистического коэффициента загрузки k _исп.

Необходимое количество модулей N, с учетом резервирования определятся по формуле:

Максимальная мощность, потребляется ИБП из сети в послеаварийном режиме – когда батареи ИБП разряжены. В этом случае ИБП потребляет из сети как мощность, необходимую для работы нагрузки, так и мощность заряда аккумуляторных батарей, которая составляет ориентировочно 10% от максимальной мощности ИБП.

Источник

Бесперебойное электроснабжение торговых центров или Shopping Must Go On

Вечером 9 декабря 2019 года предпраздничный шопинг посетителей торгового центра Eaton Centre в Торонто был прерван неожиданным блэкаутом. Торговые галереи погрузились в темноту, и единственным источником света осталась рождественская елка — ее фото многие поспешили запостить в соцсети как совершенно мистическое явление. Впрочем, среди твитов были и такие, где мистику объяснили легко и просто: елка была подключена к источнику бесперебойного питания. Сегодня мы поговорим о том, на каких ИБП арендаторы могут организовать бесперебойное электроснабжение для своих площадей в торговых центрах. Ведь shopping must go on, не правда ли?

Гарантированное и бесперебойное электропитание

Но вначале скажем, почему в заставку статьи был вынесен случай блэкаута в ТЦ Eaton Centre в Торонто. Речь идет об однофамильцах, этот торговый центр не имеет никакой связи с производственной компанией Eaton. Просто Eaton (Итон) — довольно распространенная фамилия среди талантливых эмигрантов, прибывших в США с Британских островов на рубеже XIX и XX веков. Один из Итонов основал торговую компанию, а другой — инженерную. А теперь вернемся к основной теме.

Торговый центр — это довольно сложный объект в смысле обеспечения гарантированного и бесперебойного электроснабжения. Как известно, администрация любого ТЦ готова сдать свободные площади практически любым арендаторам, лишь бы их бизнес находится в легальном поле. Может доходить до того, что на месте закрывшегося магазина одежды внезапно появляется булочная с мощными электрическими духовками или рыбная лавка с промышленными холодильниками. Иными словами, нагрузка на электросеть может меняться часто и практически непредсказуемым образом.

В таких условиях важно различать гарантированное и бесперебойное электропитание.

Гарантированным называется тип электропитания, при котором, помимо централизованного электроснабжения, задействован резервный источник автономного электроснабжения (обычно это ДГУ, дизель-генераторная установка). Крупные ТЦ может обслуживать несколько ДГУ. При гарантированном электропитании перерыв в электроснабжении потребителей от централизованной электросети разрешается только на время автоматического включения резервного источника питания (ДГУ, газового электрогенератора).

Бесперебойное электропитание предполагает наличие третьего независимого источника питания в виде ИБП, который питает потребителей в течение времени, необходимого для запуска автономного генератора и его выхода на расчетную нагрузку. Для запуска мощных ДГУ обычно требуется до 3-х минут, в зимнее время для уверенного старта в них постоянно подогревается охлаждающая жидкость.

Упрощенная схема электроснабжения ТЦ. Источник: Грандмоторс

Как правило, электроснабжение ТЦ строится по классической схеме разделения арендаторов и внутренних служб ТЦ на различные категории потребителей.

Для рядовых арендаторов ТЦ — магазинов, кафе, спортивных залов, косметических кабинетов и т.п., обеспечение централизованным гарантированным или бесперебойным электропитанием может быть слишком дорогой опцией. В таких случаях экономически целесообразно использовать так называемую децентрализованную схему бесперебойного питания, о которой речь пойдет ниже.

Децентрализованная схема ИБП — преимущества и недостатки

Децентрализованные и централизованные схемы бесперебойного электропитания не являются взаимоисключающими. Эти две стратегии можно и нужно сочетать. Например, критические потребители (плюс те, кто специально заплатил) внутри ТЦ защищены большими промышленными ИБП, но в конкретном магазине, который не имеет гарантированного питания, могут быть локально использованы ИБП начального и среднего класса для обеспечения защиты кассовых аппаратов, сервера, принтера и иной техники.

Разберем плюсы и минусы децентрализованной схемы электроснабжения и вначале — о преимуществах использования локальных ИБП:

Вот когда лучше воспользоваться централизованным бесперебойным питанием:

Рекомендации по типу и мощности ИБП для арендаторов ТЦ

Рассказ о трех типах ИБП, — оффлайн-ИБП, линейно-интерактивном типе и онлайн-ИБП, — можно найти почти в каждой статье на данную тему, но без этого не обойтись, если давать советы по выбору источников бесперебойного питания.

Схемы трех типов ИБП: a) офлайн, b) линейно-интерактивный, c) онлайн. Источник: Eaton

Наиболее простые и дешевые резервные ИБП (offline, back-UPS, stand-by) во многих случаях не рекомендуются ввиду того, что подаваемое из сети напряжение напрямую полается на нагрузку. Хотя напряжение в резервных ИБП фильтруется, но оно никак не регулируется — если в сети пониженное или повышенное напряжение, то именно такое и поступит на нагрузку.

Питание от батареи в резервных ИБП включается только при полном пропадании напряжения на входе, и на выход подается аппроксимированная (приближенная) форма синусоиды напряжения, что плохо влияет на работоспособность оборудования с трансформаторными блоками питания, электромоторов, дросселей, аудио- и видеоаппаратуры класса Hi-Fi, котлов отопления с циркуляционными насосами, холодильников и кондиционеров, насосов для воды. Категорически не рекомендуется использовать резервные ИБП для защиты лабораторного оборудования и медтехники, которые можно запитывать только напряжением с идеальной синусоидой.

Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive) — самые практичные с точки зрения соотношения «цена/качество электропитания». Важным отличием линейно-интерактивных ИБП от офлайн-ИБП является наличие стабилизатора напряжения (также называемого автотрансформатором, AVR, Automatic Voltage Regulator). Поэтому линейно-интерактивный ИБП наиболее полезен при использовании в условиях, когда входное напряжение может меняться широких пределах. Возможности стабилизации напряжения у таких ИБП довольно значительные — от 150-160 В до 270-290 В на входе в зависимости от модели, при этом на выходе будут стабильные 230 В. Современные линейно-интерактивные ИБП, такие как Eaton серий 5P и 5PX, имеют микропроцессорное управление и обеспечивают идеальную синусоиду выходного напряжения.

Онлайн-ИБП (online, double conversion) — полная противоположность офлайн-ИБП в смысле качества электропитания: какое бы ни было напряжение или помехи в электросети, на нагрузку поступит идеальная синусоида. Внутри ИБП производится двойное преобразование — переменное входное напряжение преобразуется в постоянное, а затем опять в переменное, уже с идеальными параметрами. Единственный недостаток онлайн-ИБП — это высокая стоимость.

Компания Eaton рекомендует арендаторам ТЦ следующие модели линейно-интерактивных ИБП:

Линейно-интерактивный ИБП Eaton 5P с чистой выходной синусоидой. Источник: Eaton

Помимо упомянутых моделей ИБП начального (Ellipse) и среднего класса (Series 5), в продуктовой линейке Eaton присутствуют 9-я серия ИБП, сделанных по технологии двойного преобразования, с широкой гаммой моделей для защиты корпоративных серверов, а также для работы в составе дата-центров и на производственных объектах.

Источник

Электропитание ИТ-оборудования: безопасность или бесперебойность? часть 2

Продолжаем статью, цель которой — поделиться опытом и показать ключевые особенности и частые ошибки возникающие при проектировании и организации подсистем электроснабжения ИТ-инфраструктуры и ЦОД в целом. Но хотелось бы немного расширить аудиторию и посвятить несколько разделов базовым элементам обеспечения электробезопасности и защиты оборудования и людей.

Тем, кто пропустил первую часть или хочет вспомнить первую часть можно пройти сюда.

Для тех кто понимает, что такое автомат и УЗО, для чего они необходимы, что и от чего защищают – переходите к разделу Нужны ли УЗО для IT-оборудования, серверной, ЦОДа?.

Часть вторая

Посмотрим какая взаимосвязь между энергетикой и конечным ИТ-оборудованием, будем разбираться в вопросе- в каких случаях перебоев в сети питания операционная система гарантированно должна работать без сбоев.

Вопросы переключения на резервный источник питания

Электроснабжение информационного оборудования организовывается с резервированием. Рассмотрим организацию электроснабжения в части ЩБП-БРП-БП (щит бесперебойного питания-блок распределения питания- блок питания). Типы резервирования бывают следующих типов:

Для переключения между основным и резервным вводом могут использоваться:

Заказчик внедряет локальную серверную вместе с IT-инфраструктурой двух этажей под офис фирмы. На этапе обсуждения системы электропитания у него возникает желание поставить все информационное оборудование с одним блоком питания (БП), а второй слот под БП серверов оставить свободным, и на всю стойку смонтировать единый ATS стоечного исполнения. (рис.4, схема).

Внешний вид тыльной стороны сервера с дублированными блоками питания
Как Заказчик аргументировал свое желание:

Согласно нормативной базе ГОСТ 32144-2013 (Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электроэнергии в сетях общего назначения. Дата введения – 1 июля 2014 года), основной причиной сбоев в работе информационного оборудования могут стать провалы напряжения, которые

обычно происходят из-за неисправностей в электрических сетях или в электроустановках потребителей, а также при подключении мощной нагрузки

длительность провалов напряжения может быть до 1 минуты

Эта фраза говорит нам, что информационное оборудование должно обеспечиваться ИБП и/или быстродействующими АВР, так как провалы напряжения подобной длительности являются допустимыми и нормальными с точки зрения большой энергетики, но будут являться фатальными для ИТ-оборудования и сервисов.

К слову, стоит отметить, что в данный момент в действующей нормативной базе РФ имеются противоречия в части измерении величин, относящихся к качеству электроэнергии, подробнее можно почитать в статье технического руководителя направления нашей компании Виктора Чердака (источник digitalsubstation.com)

В последние годы государственные стандарты в области измерений параметров электрической энергии, относящихся к КЭ, активно развивались и были неоднократно переработаны

Важным изменением стала замена ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [16] на ГОСТ 32144-2013. Данные стандарты определяют различную номенклатуру показателей качества электроэнергии.

А вот насколько быстродействующим? Как определить то время в миллисекундах, за которое сервис (и сервер) заказчика не упадет, а операционная система не уйдет в «critical error»?

Существует стандарт CBEMA (Computer and Business Equipment Manufacturers Association), который после некоторых корректировок ныне известен как «кривые ITIC» (Information Technology Industry Council), а ее варианты включены в стандарты IEEE 446 ANSI. Согласно этим нормативам, электронные схемы блоков питания должны сохранять работоспособность в течение 20 мс (или 0,02 секунды, то есть период).

Те самые кривые ITIC

Согласно требованиям к блокам питания серверных и компьютерных систем Server System Infrastructure можем сказать, что параметр блока питания Tvout_holdup во время провала напряжения питающей сети обеспечивает работу информационного оборудования минимум 21 мсек. То есть, полный период сети – это гарантированное время нормальной работы сервера или коммутатора. Параметр Tpwok_holdup определен минимально 20мсек.

Справка: Hold-up time (время удержания) — это временной промежуток, в течение которого блок питания может поддерживать выходные напряжения в определенных пределах после пропадания на его входе питающего напряжения. В большинстве компьютерных блоков питания Hold-up time характеризует еще и через какой промежуток времени power good сигнал (PWR_OK) скажет системе, что напряжения, вырабатываемые блоком питания, нестабильны (для компьютерных блоков питания этот параметр обычно более 16 мс).

Вот одна из таблиц из документа

А это диаграмма (time-line) с регламентируемыми алгоритмами работы БП

Теперь посмотрим, какое время переключения заявляет APC, например, для стоечного переключателя нагрузки марки AP7721. Видим, что тут у нас обычно 8-12 мс, но 18 мс – это максимальное время переключения.

Можем сделать вывод, что время переключения на резервный ввод для стоечного переключателя нагрузки соответствует спецификации работы блока питания серверного оборудования. Получается, что сбоев в работе информационного оборудования не будет.

А что у нас с экономической составляющей и какой из вариантов более выгоден и отказоустойчив?

Предположим, у нас в стойке имеются три небольших сервера, в которые можно поставить по два блока питания и три устройства с недублированными блоками питания. Все критически важны и отказ любого из устройств выведет в отказ всю систему заказчика в целом. Стоечный переключатель нагрузки нам в любом случае понадобится. Это порядка 18 тыс. рублей.

Заказчик заявляет, что PDU (БРП) им не нужны, значит, в бюджете будет лишь стоимость ATS – те же 18 тыс. рублей. В качестве замены блокам распределения питания (PDU) Заказчик предлагает использовать распределение питания «на борту» стоечного переключателя нагрузки. Также Заказчик планирует купить сервера с двумя слотами под блоки питания, но в комплектации с одним БП ради экономии. (рисунок 4)

Вроде бы действительно, Заказчик прав, деньги совершенно другие. Но давайте посмотрим с точки зрения отказоустойчивости и удобства обслуживания обоих вариантов:
Вариант заказчика: Единая точка отказа – стоечный переключатель нагрузки. Если с ним что-то случится, то мы теряем всю стойку целиком. Значит, надо иметь ЗИП прямо на площадке, что прибавляет к смете 18 000 рублей. Блоки питания в серверах стоят по одному, они тоже являются точками отказа. Значит, желательно иметь хотя бы один, а лучше все три блока питания в резерве на площадке. Примем, что нужны три БП в ЗИП – это еще плюс 36 тыс. рублей. Нужно проверять мощность, которую может коммутировать стоечный ATS. Cейчас мы исходим из того, что 3 кВт или 16А нам хватит на все оборудование стойки. Если нам понадобится ATS на 32А (7кВт), то это будет уже значительно дороже (более 100 тыс. руб). То есть бюджет варианта Заказчика при детальном рассмотрении надежности вырастает до 160 тыс. рублей. При этом в случае ЧП несмотря на то, что запасные части будут на площадке понадобится down-time для замены устройства.

Единая точка отказа (SPOF, Single Point Of Failure) — узел, линия связи или объект системы доступности данных, отказ которого может вывести из строя всю систему, или вызвать недоступность данных

Вариант Открытых Технологий: По рисунку 3, но при необходимости добавляется ATS для мелкого сетевого оборудования с единственным блоком питания.

Точка отказа – тот самый ATS. Если с ним что-то случится, то мы теряем всю стойку целиком. Согласны с тем, что надо иметь ЗИП прямо на площадке. Но в нашем случае, если отказывает только ATS, то это может повлиять лишь на работу коммутаторов и вспомогательного оборудования. Сами серверы спокойно продолжат работу. Блоки питания в ЗИП не нужны. Так как при выходе из строя одного из дублированных блоков питания сервер продолжит работу на оставшемся, и, скорее всего, дождется нового блока питания от вендора, вне зависимости от удаленности площадки.

Таким образом, подключать все оборудование стойки на единый ATS можно, но не рационально, так как в этом случае получаем единую точку отказа по питанию. Закупка серверов с дублированными блоками питания предпочтительна в любом случае, так как отказоустойчивость на уровне информационного оборудования увеличивается в разы.

Стоечный переключатель нагрузки обеспечивает корректное и почти мгновенное переключение на резервный ввод, информационное оборудование даже не почувствует этого, программные продукты и операционные системы продолжат корректно работать. Стоечные блоки распределения питания в любом случае нужны и экономить на них не надо. Видимая экономия на капитальных затратах по распределению питания может обернуться нерешаемыми проблемами при эксплуатации, например, необходимости «гасить» всю стойку только для того, чтобы переместить ATS в другой юнит или провести ревизию стоечного переключателя нагрузки. В любом случае для дублированных блоков питания должен быть ЗИП, а он не всегда возможен или имеется.

Внешний вид съемного блока питания сервера:

Реальные возможности подключения нового мощного сервера к существующей стойке должны оцениваться с учетом изначального проекта электроснабжения, текущего состояния и нагрузки электросети стойки, серверной, ИБП, генератора…. С точки зрения подключения в стойке также стоит учитывать:

А как у вас построена система распределения в стойке?
Каков ресурс БП для ИТ-оборудования и алгоритм их программного резервирования?
Какие вы предпочитаете БРП использовать: базовые, с мониторингом? насколько полезна в практике функция «управляемый БРП/PDU» и помогла ли она вам когда либо?

Источник