У полоні системи або під захистом?

Олександр Воробйов

Дана стаття присвячена так званим корпоративних систем безперебійного електропостачання (СБЕ). Але це поняття має потребу в поясненні. У більшості випадків корпоративними СБЕ називають великі централізовані системи, виконані на основі потужних джерел безперебійного живлення (ДБЖ). Такі системи зазвичай створюються в масштабах будинку (або його значної частини) і призначені для електропостачання робочих станцій декількох десятків і більше співробітників. Крім того, в поняття корпоративних СБЕ доречно включити СБЕ штаб-квартири і філій великого підприємства (організації), територіально віддалених один від одного, але об'єднуються загальною побудовою СБЕ, системою моніторингу та управління, відомчими нормами і правилами.

Принципи побудови

Застосування централізованих схем СБЕ припускає, що користувачі зайняті в уніфікованого виробничому процесі на основі інформаційних технологій, і можливі витрати і ризики з-за порушень електропостачання відіб'ються на всіх співробітників. Типовими об'єктами централізованих СБЕ є видавничі центри, банки, проектні організації. Для окремих робочих станцій, зайнятих додатками, які мають особливо критичного характеру, передбачається резервування другого рівня з застосуванням ДБЖ малої потужності.

Корпоративні системи безперебійного електропостачання включають в себе СБЕ обчислювальних центрів, центрів обробки даних (ЦОД), телекомунікаційних центрів та інших зон так званого інтенсивного обладнання, де здійснюються централізована обробка, збирання, зберігання та передавання інформації. СБЕ таких об'єктів виділяються з централізованих СБЕ будівлі, проте їх слід розглядати як один з видів корпоративних СБЕ.

відмовостійка схема СБЕ з двостороннім живленням споживачів частіше застосовується саме на таких об'єктах, хоча централізовані схеми СБЕ на основі модульних ДБЖ для вирішення подібних задач є, з урахуванням скорочення витрат на придбання СБЕ, вдалою альтернативою. Можливість заміни модуля в «гарячому режимі» (hot-swap) дозволяє проводити ремонт і обслуговування ДБЖ без відключення навантаження. Важливим показником, що характеризує цю властивість модульних ИБП, є експлуатаційна готовність, яка для модульних відмовостійких ИБП класу «енергетичний масив »складає не менше 0,99999.

Традиційні схеми СБЕ, зокрема, розподілена система з резервуванням на другий рівні, також залишається актуальною. Зазвичай ця схема виконується як локальний (індивідуальний) ДБЖ для кожного сервера або стійки з обладнанням, підключається на харчування від централізованої СБЕ будівлі. Режим «гарячої заміни» в даному випадку також забезпечується за рахунок реалізації схемотехнічних і конструктивних рішень локальних ИБП, включення через STS, застосування інфокомунікаційної обладнання з двома і більше блоками живлення. Проте застосування модульних ИБП переважно і для розподіленої системи. Тут мова йде про резервування обладнання в масштабах монтажного шафи, куди встановлюється модульний ДБЖ.

В Нині для таких об'єктів, як ЦОД, пропонуються комплексні рішення, утворюють інженерну інфраструктуру. Вони включають в себе монтажні телекомунікаційні шафи 19 - і 21-дюймового форм-фактора зі всіма необхідними аксесуарами, панелі розподілу і перемикання харчування, кабельні конструкції для інформаційних та силових кабелів, системи охолодження і вентиляції і самі ДБЖ, які вже виступають як компоненти рішення захисту ЦОД. Пропоновані в даних рішеннях схеми СБЕ можуть бути різними: розподілені, централізовані, відмовостійкі (як з двостороннім харчуванням, так і на основі «енергетичних масивів» і з двостороннім живленням від «енергетичних масивів »).

Рішення зі створення СБЕ ЦОД містять аспекти відмовостійкості. Рішення з централізованим СБЕ в масштабах будівлі потребують інтеграції на рівні системи електропостачання, так як для мереж БЕ існують деякі особливості.

В частини надійності функціонування самої централізованої СБЕ, її ремонтопридатності та спрощення процедури сервісного обслуговування варто розділити рішення, в основі яких лежить застосування одиночного ИБП, і рішення із застосуванням декількох взаіморезерві-ючий ДБЖ. У першому випадку СБЕ виконується без резервування, і у разі поломки або виведення ДБЖ на обслуговування споживачі залишаються без захисту електропостачання.

Під другому випадку можна виділити послідовне резервування, паралельне резервування і резервування із застосуванням модульних ИБП класу «Енергетичний масив». Природно, що вартість подібних технологій вище, ніж рішень на одиночному ИБП, проте з позицій захисту інформації і самого бізнес-процесу альтернативу можна шукати тільки в самих схемах резервування СБЕ.

Принцип створення резервованих СБЕ не береться під сумнів. Існують вельми дорогі рішення, що дозволяють кваліфікувати їх як відмовостійкі СБЕ. В їх основі лежить принцип забезпечення двостороннього живлення споживачів від двох незалежних груп ИБП, резервування мережі живлення по двох незалежних вводам (мінімум) із застосуванням пристроїв автоматичного включення резерву (АВР) і аварійних дизель-генераторів, а також використання статичних тиристорних перемикачів - STS. Подібні рішення належать до ексклюзивних, призначеним для великих компаній, урядових установ і т. д. До ВІДМОВОСТІЙКО СБЕ можна також віднести системи, виконані з застосуванням модульних ИБП класу «енергетичний масив». Їх схемотехніка задумана саме як стійке до поломок пристрій. Цю рису можна перенести і на систему, якщо її живить частина виконана за принципами I групи надійності електропостачання за класифікацією Правил улаштування електроустановок.

Типова сучасна корпоративна СБЕ - це централізована система на основі групи паралельно включених ДБЖ або модульних ДБЖ. Якщо така схема виконана за принципом надлишковості N 1, то при виході одного ДБЖ (модуля ДБЖ) потужності що залишилися в роботі ДБЖ (модулів) достатньо для забезпечення споживачів без виникнення перевантаження.

ИБП є найбільш значущою складовою корпоративної СБЕ. Разом з тим функціонування СБЕ немислимо без кабельної мережі, розподільних щитів, заземлюючого пристрою, систем моніторингу та управління, допоміжного обладнання і систем, в першу чергу системи кондиціонування електромашинні приміщень. Обсяг статті не дозволяє торкнутися цих компонентів СБЕ *.

Тим не менше слід звернути увагу принаймні на дві особливості мереж СБЕ. Перше - мережі БЕ навантажені на імпульсні блоки живлення. Це найбільш масові споживачі - комп'ютери, принтери, активне мережеве обладнання і т. д. Режим роботи електричних мереж безперебійного електропостачання характеризується переважним характером нелінійної навантаження. У нейтральному провіднику (нульовий робочий провідник) навіть симетрично завантаженої трифазної мережі протікають струми, приблизно в 1,7 рази перевищують струм в лінійному провіднику. Ток має частоту 150 Гц, тобто складається переважно з третіми гармоніки, отже, нейтральний провідник повинен бути розрахований на його перебіг. При застосуванні ИБП, побудованого за принципом подвійного перетворення в режимі роботи on-line, струми в нейтральному провіднику будуть протікати тільки в мережі безперебійного електропостачання на ділянці після ДБЖ. Але при роботі ДБЖ в режимі «байпас» такі струми протікають, крім того, в лініях, живлять джерел безперервного живлення від мережі загального призначення. Таким чином, тут теж потрібно збільшення перетину нейтрального провідника. Це призводить до необхідності ще на етапі проектування виконувати перевірку пропускної здатності існуючих проведень будівель, за якими можуть протікати дані струми.

Наприклад, обов'язковій перевірці підлягає перетин нульового робочого провідника від трансформаторної підстанції (ТП) до ввідно-розподільчого пристрою (ВРП), від якої живиться СБЕ. Як правило, заміна існуючих ліній не потрібно, тому що потужність СБЕ менше потужності, на яку розраховані ТП і ВРУ, а нейтральний провідник, при симетричною навантаженні звичайними споживачами (освітлення, електродвигуни і т. д.), практично не завантажений.

Відключення струмів короткого замикання в ланцюзі ИБП також має свої особливості. Справа в тому, що вони порівнянні з робітниками, а керований инвертор ИБП в перший момент обмежує струм КЗ, що ускладнює селективне ** спрацьовування захисту. При неузгоджену виборі автоматів захисту коротке замикання буде відключати не селективно.

* Див також: Воробйов А. Електропостачання комп'ютерних і телекомунікаційних систем. - М.: Еко-Трендз, 2003.

** Під селективністю спрацьовування пристроїв захисту електричної мережі розуміється відключення короткого замикання на пошкодженій ділянці мережі без відключення непошкоджених ділянок.

Ще однією особливістю режимів роботи мереж СБЕ є наявність технологічних струмів витоку. Імпульсний блок живлення має симетричний LC фільтр для придушення перешкод, середня точка якого сполучена з корпусом пристрою.

За вимогам безпеки пристрій заземлений. Виникає ланцюг через ємність фільтра на землю, що і призводить до технологічної (не від пошкодження ізоляції) витоку. Вимогами Правил улаштування електроустановок (ПУЕ) визначено необхідність застосування пристроїв захисного відключення (УЗО) в групових розеткових мережах. Дотримання цієї вимоги без урахування струмів витоку в ланцюгах з імпульсними блоками живлення може призводити до помилкові спрацьовування УЗО і відключень навантаження.

В деяких публікаціях наводиться значення струму витоку 2-3 тА на одне пристрій. Питома величина струму витоку за спеціально зробленим вимірами складає близько 2 mА на 1 А струму навантаження. Це значення питомої величини струму витоку характерно для робочих станцій, принтерів та інших офісних засобів інформатизації. Згідно з ГОСТ Р 50807-94, відключає значення струму ПЗВ перебуває в діапазоні 0,5-1 номінального струму, а сумарне значення струму з урахуванням приєднується електроприймачів не повинно перевищувати 1/3 номінального струму ПЗВ.

Вийти з цієї ситуації можна взагалі не застосовуючи УЗО. Необхідно забезпечити час відключення надструмів в мережі безперебійного живлення не більш ніж за 0,4 секунди і виконати захисне занулення відповідно до вимог Глава 1.7 ПУЕ та ГОСТ 50571.21 та ГОСТ 50571.22.

***

Існують п'ять варіантів відключення короткого замикання в ланцюзі ИБП:

-- коротке замикання вимикається селективно - захисним апаратом пошкодженого ділянки мережі. Це найбільш сприятливий варіант;

-- коротке замикання відключати не селективно-вступним захисно-комутаційним апаратом електричного щита, від якого відходить пошкоджена лінія. При цьому знеструмлюються споживачі, що живляться від цього щита. ИБП залишається в роботі і живить споживачів від інших, що залишилися включеними щитів;

-- коротке замикання не встигає відключитися в ланцюзі ДБЖ. Це викликає перевантаження інвертора і спрацьовування його захисту. Знеструмлюються всі споживачі даного ИБП;

-- коротке замикання не встигає відключитися в ланцюзі ДБЖ. Перевантаження інвертора викликає перехід на байпас. Струм короткого замикання в ланцюзі байпаса відключається селективно, тому що він вже не обмежується інвертором, і виникають передумови для селективного відключення. ДБЖ на короткий час втрачає функцію безперебійного електропостачання, по мережі можливе проходження перешкод від короткого замикання. , Що залишилися, споживачі залишаються в роботі;

-- коротке замикання не встигає відключитися в ланцюзі ДБЖ. Перевантаження інвертора викликає перехід на байпас. Струм короткого замикання в ланцюзі байпаса не вдається відключити селективно. Усі споживачі знеструмлюються.

Загальні принципи розрахунку селективності не відрізняються від розрахунків у мережах загального призначення, але проектувальникам необхідно враховувати зроблені зауваження.

Вимоги до технічних засобів, нормативна документація

Серед корпоративних СБЕ не можна обійти увагою такі, здавалося б, тривіальні системи, як СБЕ відділень або філій, які зазвичай будуються як централізовані (у ряді випадків із застосуванням одиночних ИБП, за наявності телекомунікаційного центру, файл-серверів і засобів зв'язку - по дворівневої схемі). Основна особливість створення СБЕ у філіях полягає в необхідності дотримання вимог корпоративного стандарту на виконання СБЕ. Це обумовлено тим, що виробництво на основі ін-фокоммунікаціонних технологій не повинно залежати від місцевих умов електропостачання конкретного відділення або філії. Вимоги корпоративних стандартів на СБЕ повинні включати в себе:

-- уніфікацію парку обладнання;

-- корпоративні знижки від постачальника або виробника;

-- моніторинг стану ДБЖ з єдиного центру;

-- централізоване сервісне обслуговування;

-- навчання персоналу. Крім того, слід створити типове технічне завдання і на його основі типовий проект СБЕ відділення (філії). Це дозволить уникнути всякого роду помилок проектування, тому що в ряді випадків доводиться вдаватися до послуг проектувальників, які не мають достатнього досвіду в технологіях СБЕ, але виконують проектування об'єкту в цілому. В даному випадку проводиться так звана прив'язка типового проекту до конкретного об'єкта, при цьому зберігаються основні технічні рішення, що передбачаються в корпоративному стандарті. Повністю покладатися тільки на технічне завдання СБЕ для відділення і філії не слід з вищезазначених причин.

Корпоративна система безперебійного електропостачання в загальному випадку складається з СБЕ: будівлі головного офісу; центру обробки даних головного офісу; відділень (філій).

СБЕ будівлі головного офісу є централізованою системою на основі паралельно включених ДБЖ або ИБП класу «енергетичний масив».

СБЕ центру обробки даних головного офісу переважно будувати на основі комплексних рішень з інженерної інфраструктури ЦОД.

СБЕ відділень (філій) будується відповідно до вимог корпоративного стандарту і з прив'язкою типового проекту до конкретного об'єкта.

Відомий ряд корпоративних стандартів і норм проектування, що містять в тій чи іншій ступеня вимоги до СБЕ:

-- «Концепція електропостачання інформаційно-обчислювальних, телекомунікаційних та слабкострумових систем установ центрального апарату Банку Росії », Москва, 1998;

-- ВНП-001-01. Банк Росії. Будинки установ Центрального банку Російської Федерації;

-- РМ-01-93. Российская державна телерадіокомпанія «Останкіно». Генеральна технічна дирекція. Об'єднання з проектування та будівництва об'єктів телебачення і радіомовлення. Рекомендації з проектування нових, реконструкції та розширення діючих апаратно-студійних комплексів (АСК) телебачення і радіомовлення;

-- СН 512-78 (із змінами 2000 р.). Інструкція з проектування будинків і приміщень для електронно-обчислювальних машин;

-- Єдині вимоги щодо забезпечення Головний організації ВАТ "Внешторгбанк" безперебійним електропостачанням засобів зв'язку та обчислювальної техніки. Москва, 2005;

- TIA-942. Telecommunications Infrastructure Standart for Data Centers. 2005.

Системи моніторингу і управління

Говорячи про корпоративні СБЕ, не можна обійти увагою системи моніторингу і управління. СБЕ філій, додаткових офісів, територіально віддалених об'єктів великого підприємства, організації обумовлюють реалізацію виробничого процесу на основі інформаційних технологій в єдиному ритмі з дотриманням вимог щодо захисту і збереження інформації і підтримкою безперервності бізнесу. У вирішенні цього непростого завдання істотну допомогу надають системи моніторингу та управління СБЕ.

В висновок важливе зауваження: корпоративні СБЕ головного офісу, як правило, створюються у великих будівлях, що мають велику кількість Інфоком-мунікаціонних і інженерних систем. Іноді такі будівлі відносять до розряду «інтелектуальних» будівель. Одне з визначень ІЗ можна коротко сформулювати так: будівля, яка забезпечуєт продуктивну і економічно ефективну середовище шляхом оптимізації чотирьох елементів: структури, систем, обслуговування, управління та їх взаємозв'язків. З взаємозв'язку елементів З випливає дуже важлива вимога до умовами створення корпоративних СБЕ - проектування СБЕ у складі комплексного проекту на оснащення З інженерною інфраструктурою, технологічними (інфокомунікаційних-ними) системами і системами безпеки.

Найважливішою частиною інженерної інфраструктури є система електропостачання, що включає системи загального призначення, гарантованого і безперебійного електропостачання.

В будь-якому випадку - чи будується новий будинок з розряду «інтелектуальних», будівля «Традиційної ідеології», чи здійснюється реконструкція або створюється СБЕ в існуючому будинку - системи безперебійного електропостачання слід проектувати і будувати з ув'язкою з системами загального та гарантованого електропостачання (у відношенні потужностей, електромагнітної сумісності, розміщення обладнання і т. д.). Запорукою ефективного та надійного функціонування корпоративної СБЕ завжди є проект.

Список літератури

Журнал «Connect!», № 11.2005