Применение статических и динамических ИБП

Когда идет речь о защите электропитания дата-центров, обычно упоминаются ИБП с двойным преобразованием. Но при построении крупных центров обработки данных (ЦОД) приходится выбирать между ИБП статическими и динамическими. Рассказываем, в чем их особенности, как они работают и в каких ситуациях применяются.

Источники бесперебойного питания характеризуются мощностью, конструктивным исполнением и типом. Но есть еще один критерий: архитектура, определяющая их разделение на статические и динамические.

К первым относятся ИБП off-line, line-interactive, on-line, с двойным преобразованием, с дельта-преобразованием и с маховиком-генератором. Три последних решения – это трехфазные статические ИБП для крупных дата-центров. Обычно их имеют в виду, когда говорят о статических решениях. К динамическим относят генераторные/аккумуляторные и ИБП с силовым модулем.

Отличия и особенности

Статическими (СИБП) называют ИБП, в конструкции которых нет движущихся элементов (вентиляторы – не в счет). Чаще всего в дата-центрах используют ИБП с двойным преобразованием, в которых есть выпрямитель и инвертор. Первый преобразует переменный ток в постоянный, а второй выполняет обратную функцию так, чтобы на выходе получился сигнал чистой синусоидальной формы.

При отключении электроэнергии или длительных помехах в сети защищаемое оборудование питается от аккумуляторных батарей постоянного тока. Как правило трехфазные модели обеспечивают от 5 до 30 минут автономной работы. За это время можно переключиться на резервные источники энергии или правильно завершить работу.

Если качество электроэнергии высокое, многорежимный ИБП (среди современных моделей таких большинство) переходит в экономичный режим работы и обеспечивает КПД до 99 %. При кратковременных помехах он переключается в обычный режим – с двойным преобразованием – и КПД понижается до 95–96 %.

Динамическими (ДИБП), дизель-роторными или ротационными называют ИБП, которые для передачи питания на нагрузку используют вращающиеся элементы – например, маховики. Их используют как временное хранилище энергии и включают, когда в сети исчезает электропитание. Пока есть стабильное напряжение, он раскручивается и накапливает энергию, а в критических ситуациях работает как электрогенератор. Аккумуляторных батарей в такой системе нет – это позволяет рационально использовать площадь дата-центров и экономить на эксплуатационных затратах.

Виды статических ИБП

Девять из десяти трехфазных ИБП в типичном ЦОД – это статические решения с двойным преобразованием. Они поддерживают нагрузку от 10 кВт до 1,6 мВт и работают автономно до четверти часа.

ИБП с дельта-преобразованием – усовершенствованные линейно-интерактивные источники бесперебойного питания. Их главное преимущество в высоком КПД, но достигается он при совпадении двух условий: стабильном напряжении и полной загрузке ИБП.

В неидеальных условиях эффективность работы этих ИБП ниже, чем у систем on-line, работающих в реальных условиях. Частично этот недостаток компенсируется способностью масштабироваться и низкими расходами на эксплуатацию.

ИБП с маховиком-генератором направляют энергию потребителям через инвертор, и у них нет батарей, которые ее накапливают. Таких ИБП в ЦОД не более 3 %, время защиты тоже небольшое: от 15 до 30 сек.

Виды динамических ИБП

Генераторные/аккумуляторные динамические решения оснащены вертикально установленным мотором-генератором. У такой установки компактные размеры (это явный плюс), но механические компоненты и другие конструктивные особенности усложняют, а значит, повышают расходы на техническое обслуживание. Внутри находятся батареи, которые подзаряжаются при наличии стабильного напряжения в сети. Когда появляются проблемы, питание выводится на мотор, соединенный с генератором.

В динамических ИБП с силовым модулем есть встроенный или внешний (подключенный) дизель-генератор. Плюс такого решения в том, что оно рассчитано на высокие – мегаваттные – нагрузки. В обычном режиме электроэнергия поступает потребителям через фильтр. Но если появляются проблемы с электропитанием, маховик подает энергию на мотор-генератор. Нескольких секунд их работы хватит, чтобы запустить дизельный двигатель.

Область применения

Динамические ИБП – нишевый продукт. Они хорошо зарекомендовали себя в ситуациях с частыми короткими бросками тока и при большом количестве гармоник. ДИПБ оптимальны для защиты спутниковых станций и станций телевещания с мощными усилителями, а также на режимных объектах с высоким уровнем секретности. Они встречаются в системах, обслуживающих параллельно моторы с регулярным включением и отключением. Иногда используют динамические ИБП с силовым модулем в мегаваттных ЦОД.

Статические ИБП распространены больше – ими оснащают дата-центры мощностью 20–200 кВт и в 95 % – с мощностью до 500 мВт. Если взять обычный ИБП для обычного дата-центра, то в 99 % случаев это будет статическое решение.

Особенности техобслуживания

Независимо от типа все ИБП нуждаются в техническом обслуживании, чтобы поддерживать их высокую готовность и стабильную работу. Механические компоненты в основе ДИПБ обслуживать сложнее, чем электронные.

• Раз в неделю: проверить температуру обмоток и подшипников, состояние батареи стартера, подогрева охлаждающей жидкости.
• Раз в месяц: оценить состояние угольных щеток (они быстро изнашиваются), протестировать переключение системы в аварийный режим.
• Раз в год: проверить байпас и выключить ИБП, почистить его, заменить масло и проверить стабилизатор частоты.
• Раз в 5 лет: заменить подшипники и проверить механизм свободного хода.

Сравните: статическим ИБП хватит ежегодного осмотра. При этом в условиях нормальной эксплуатации они служат в среднем на 50 % дольше, чем динамические. Но учтите, что специального техобслуживания требуют аккумуляторные батареи внутри СИБП, особенно свинцово-кислотные.

Разделение на статические и динамические ИБП используют давно, но ситуации, когда нужно сделать выбор между ними, практически не возникают. У ДИБП узкий сегмент потребителей, высокие требования к обслуживанию и малый срок службы. На их фоне СИБП выглядят универсальным решением для абсолютного большинства дата-центров мощностью менее мегаватта.