По мере углубления процессов цифровизации экономики резко возрастает значение бесперебойного электроснабжения инфраструктуры предприятий и организаций для обеспечения непрерывности бизнеса, поскольку данная инфраструктура оказывается все сильнее завязанной на цифровые ресурсы, предъявляющие в силу особенностей своей технической природы жесткие требования к качеству электропитания (которое в нашей стране все еще оставляет желать лучшего).
Данный обзор itWeek посвящен трехфазным ИБП для производственных объектов, интерес к которым, согласно исследованиям, растет. Актуальными остаются также вопросы использования трехфазных ИБП в ЦОДах (в том числе и облачных), поскольку последние играют ключевые роли в поддержке цифровизованной инфраструктуры компаний, не располагающейся непосредственно на производственных мощностях, но имеющих прямое отношение к бизнес-процессам предприятий.
Как определить оптимальные характеристики ИБП-устройства для конкретных условий эксплуатации? На какой тип накопителей энергии в ИБП ориентироваться — статический, динамический или гибридный? Как выбрать конкретную модель ИБП или ИБП-решение? Как минимизировать затраты на весь жизненный цикл выбранного ИБП? Как оценить надежность поставщиков? Стоит ли использовать модель предоставления «чистого электричества» как сервис? Когда стоит применять программно определяемое электропитание (SD-Power) при использовании трехфазных ИБП? В этом обзоре мы постараемся найти ответы на перечисленные вопросы, а также выявить тенденции, происходящие в области разработки трехфазных ИБП, и прояснить их направленность.
Главные потребительские параметры трехфазных ИБП
Как считает менеджер по развитию направления «трехфазные ИБП» подразделения Secure Power компании Schneider Electric Павел Пономарев, при подборе ИБП главными потребительскими параметрами по-прежнему остаются мощность нагрузки и время автономной работы — без них обойтись невозможно. Все другие параметры заказчики уточняют, исходя из конкретных задач, стоящих перед их бизнесами. Так, если планируется наращивать нагрузку, они выбирают модульный масштабируемый ИБП, если нужно упростить обслуживание — предпочитают простой модульный ИБП.
В своей практике Павел Пономарев не сталкивался с требованиями сделать более удобным управление ИБП. Ему приходилось видеть благополучно работающие ИБП-системы, выпущенные более двадцати лет назад. Их интерфейсы заметно уступают современным, с графическими сенсорными экранами. Тем не менее они успешно эксплуатируются, поскольку главным требованием к пользовательскому интерфейсу остается поддержка русского языка, которую освоили почти все вендоры, даже предлагающие под своей маркой OEM-решения из Китая.
По словам Андрея Барашова, технического эксперта компании Tripp Lite, области применения трехфазных ИБП средней и большой мощности очень разнообразны, поэтому выбор наиболее важных для конечного потребителя характеристик ИБП зачастую определяется спецификой объекта. «В то же время можно сказать, что такие параметры, как надежность, энергоэффективность, капитальные и эксплуатационные затраты влияют на выбор ИБП для любого проекта», — отметил он и добавил, что заказчики всегда хотят оборудование, сочетающее в себе максимальные технические характеристики, малые габариты и более удобную для эксплуатации и наращивания мощности модульную конструкцию. Такие решения присутствуют на рынке у различных производителей и характеризуются высокими капитальными затратами, которые ограничивают их применение в проектах с ограниченным бюджетом. В связи с этим многие заказчики делают выбор в пользу ИБП, сбалансированных по соотношению цена/качество. Такие модели оптимизированы по нескольким ключевым для области применения характеристикам, при этом более конкурентоспособны по цене.
Трехфазные ИБП Tripp Lite SmartOnline S3MX — недорогое и надежное решение для критически важных задач
Компания Tripp Lite, ведущий мировой производитель решений по защите электропитания, успешно реализует на российском рынке проекты с использованием трехфазной системы ИБП SmartOnline S3MX.
ИБП серии S3MX выпускаются в диапазоне мощностей от 30 кВА до 200 кВА и имеют возможность параллельного подключения для наращивания мощности или резервирования. Они оснащаются встроенными батареями (для источников до 40 кВА) и/или дополнительными батарейными шкафами для обеспечения требуемого времени автономной работы.
Благодаря новейшим технологиям ИБП отличаются простотой управления и низкими эксплуатационными расходами, сочетают в себе современные технические характеристики и минимальные габариты. Так, ИБП мощностью 200 кВА занимает всего 0,56 м2, это меньше, чем площадь, занимаемая стандартной серверной стойкой высотой 42U. Компактные габариты позволяют размещать ИБП в стесненных условиях. Специалисты компании Tripp Lite неоднократно сталкивались с ситуациями, когда на объектах требуется организация системы бесперебойного питания небольшой мощности и при этом очень ограничено пространство для размещения оборудования.
В качестве примера можно привести задачу по организации бесперебойного питания рабочих мест и серверного оборудования офиса. Зачастую у заказчиков нет возможности выделить отдельное помещение для размещения ИБП, поэтому компактность установки здесь выходит на первый план и определяет саму возможность применения ИБП. В таких случаях выручают компактные решения на 30/40 кВА со встроенными батареями. Практика показывает, что ИБП S3MX являются одними из лучших в своем классе для решения подобных задач.
Другой фактор, определяющий успех серии S3MX, — невысокая стоимость, позволяющая успешно конкурировать со всеми игроками рынка ИБП. Так, стоимость модели S3M200KXD мощностью 200 кВА по сравнению со стоимостью аналогичной модели другого известного производителя меньше почти на 25%.
Высокая перегрузочная способность (до 150% в течение одной минуты) позволяет использовать ИБП данной серии для защиты оборудования предприятий розничной торговли, транспорта и аварийных служб, а также легких промышленных установок. В портфолио Tripp Lite немало подобных реализованных проектов.
ИБП серии S3MX идеально подходят и для более крупных объектов, а также объектов с высокими требованиями к резервированию. Возможность параллельной работы позволяет получить суммарную мощность до 400 кВА и допускает резервирование N+1. За счет двойного ввода питания при необходимости обеспечивается электроснабжение от двух разных источников. Блочный конструктив характеризуется повышенной ремонтопригодностью и возможностью оперативной замены поврежденных элементов на объекте. Наличие стандартных батарейных кабинетов разной емкости позволят регулировать необходимое время работы. Опциональная карта сетевого управления WEBCARDLX и бесплатное программное обеспечение предоставляют возможность дистанционного управления и контроля параметров посредством веб-интерфейса, SSH/telnet и SNMP, а также интеграции с широким спектром систем сетевого администрирования и платформ управления инфраструктурами ЦОДа.
Благодаря своим техническим характеристикам и невысокой цене данные ИБП являются отличным решением при создании инженерной инфраструктуры для небольших ЦОДов.
ПАРТНЕРСКИЙ МАТЕРИАЛ
На первое место потребительских предпочтений в списке параметров современных трёхфазных ИБП технический эксперт компании Vertiv Андрей Вотановский ставит надёжность, причем с акцентом на надежность системы электропитания в целом, а не надежность только ИБП. Другими параметрами, непосредственно влияющими на выбор заказчиков, он называет энергоэффективность (которая определяет затраты на эксплуатацию и общую стоимость владения) и стоимость решения в пересчёте на полный жизненный цикл ИБП. Остальные параметры, по его мнению, являются производными от упомянутых или относятся к построению конкретных систем электрообеспечения в целом.
Такие параметры, как модульность, единичный коэффициент мощности и КПД в 96%, по мнению руководителя направления трехфазных ИБП компании POWERCOM Григория Карулина, сегодня стали стандартом на рынке для современных трёхфазных ИБП. Объясняет это он так. Модульная конструкция позволяет минимизировать время ремонта и восстановления. Единичный коэффициент мощности и КПД 96% снижают совокупную стоимость владения за счет снижения теплопотерь и увеличения плотности мощности на единицу занимаемой площади. Эксперт обращает внимание на то, что во многих проектах развертывание ИБП из ИТ-сегмента заказчика перемещается в ведение поставщиков и монтажников электротехнического оборудования. В первую очередь, это моноблоки мощностью до 80 кВА. В проектах, где они используются, заказчикам наиболее важна оперативность поставок, при этом они стараются сами установить и запустить системы ИБП, сохраняя гарантию.
ИБП POWERCOM VGD
II-M — минимальная стоимость владения при максимальной энергетической плотностиКомпания POWERCOM в рамках развития линейки трехфазных источников бесперебойного питания выпустила на рынок новую модель — модульный ИБП VGD
II-M, который отличается гибкостью конфигураций готовых решений мощностью до 1.5 MВА и обладает единичным коэффициентом мощности.Новые ИБП VGD
II-M дополнили серию трехфазных решений Vanguard II и базируются на двух типах силовых модулей — R (10/15/25 кВА) и M (25/30/40/50 кВА), из которых можно собирать любые системы мощностью до 1.5 MВА. Количество возможных конфигураций исчисляется десятками. Модули могут устанавливаться как в специализированное шасси, так и в стандартную19-дюймовую стойку. Это важно, например, для центра обработки данных. Площадь, занимаемая устройством мощностью 300 кВА, составляет 0,66 кв. м, а мощностью 600 кВА — всего 2 кв. м, что позволяет экономить столь ценное пространство в ЦОД.Модульная конструкция ИБП VGD
II-M позволяет минимизировать время ремонта и восстановления, а резервирование на уровне модулей, стоек и параллельных систем повышает уровень отказоустойчивости. Готовые решения обладают единичным коэффициентом мощности и КПД до 96%, а также в них реализована функция аудита входной сети — ИБП осуществляет мониторинг параметров на входе, и если в течение определенного времени параметры входного напряжения в норме, то ИБП может перейти в псевдолинейно-интерактивный режим, повысив КПД до 98,5%. Эти характеристики позволяют снизить совокупную стоимость владения за счет уменьшения тепловых потерь и увеличения плотности мощности на единицу занимаемой площади.Вместо дискретных компонентов в выпрямителе и инверторе ИБП VGD
II-M используются модульные IGBT-транзисторы и их сборки (six-pack), которые обеспечивают чрезвычайно высокую компактность и надежность устройства в сочетании с высоким КПД. Объединение всех компонентов в одной модульной конструкции исключает дисбаланс технических характеристик компонентов, уменьшает число точек отказа и повышает надежность.Во всех трехфазных ИБП POWERCOM VGD
II-M имеется функция самотестирования, которая позволяет проводить испытания ИБП без реальной нагрузки. Поддерживается подключение батарейных шкафов различной конфигурации по емкости АКБ, что позволяет максимально оптимизировать время автономии и финансовые вложения. Для обеспечения совместимости с генераторными установками выпрямитель имеет функцию плавного пуска. Управление ИБП осуществляется с помощью современного большого сенсорного жидкокристаллического дисплея, имеется возможность управления по беспроводной или локальной сети, по интерфейсам RS-2332/485, а также установки внутренней SNMP-карты и организации полноценного мониторинга по протоколам MODBUS или PROFIBUS D (если заказчик использует SCADA от Siemens).ПАРТНЕРСКИЙ МАТЕРИАЛ
В качестве резюме данного раздела приведем мнение руководителя направления «Маркетинг» компании «Парус электро» Алексея Морозова: «Рынок расставил приоритеты требований к характеристикам ИБП со стороны заказчиков таким образом: цена и стоимость владения, модульность, масштабируемость, КПД и энергоэффективность».
Потребительские требования к узлам и компонентам трехфазных ИБП
Григорий Карулин выделяет два главенствующих подхода заказчиков к выбору ИБП-решений: первый — с акцентом на совокупную стоимость владения и минимальную изначальную стоимость при достаточном уровне качества; второй — на наличие продукции на складе в России для девелопмента и комплекса компетенций по проектированию, строительству, инженерному оснащению и отделке (фит-аут).
Затрудняясь выделить какие-либо конструктивные узлы ИБП, к которым заказчики на практике предъявляют особые требования, Андрей Вотановский говорит: «Обычно при выборе решения перед заказчиком стоит задача обеспечить определённый уровень сервиса при допустимых затратах. Например, для промышленных систем, наиболее важными будут надёжность и ресурс компонентов, а также соответствие конструктивным требованиям для тяжёлых условий эксплуатации. В то же время для ИБП в коммерческих ЦОДах главными будут энергоэффективность и стоимость владения наряду с системной надёжностью, позволяющей обеспечивать декларированный владельцем ЦОДа уровень сервисов без стрессовых сценариев при эксплуатации дата-центра. Решающее значение может иметь и минимальная занимаемая площадь».
«Большинство потребителей, — отмечает директор по развитию компании IPPON в России Павел Лебедев, — не формулируют свои требования к отдельным узлам и компонентам трехфазных ИБП в силу своего отношения к ИБП как к конечному целостному продукту. При этом они дружно склоняются к тому, что ИБП должны иметь безопасную и доступную для пользователя коммуникацию, а это означает наличие в них сетевых карт (NMC) и (бесплатного) ПО для удаленного контроля состояния ИБП. Заказчикам также важно, чтобы органы управления ИБП были простыми и понятными, и эти требования стабильны на протяжении многих лет».
Innova RT 33 Tower: защита трёхфазного электропитания особо критичных узлов инфраструктуры
Сегодня мы наблюдаем поступательное развитие автоматизированного производственного оборудования и крупных распределённых систем управления. Чтобы эти решения могли стабильно работать, им необходимо достаточное для их функционала и, что критически важно, надёжное электроснабжение. Последствия перебоев в подаче электроэнергии могут поставить под угрозу безопасность сотрудников на производстве, привести к повреждению оборудования, остановить на неопределённый срок работу информационных систем, от которых зависит не только управление производственными процессами, но часто и сама возможность предоставлять услуги потребителям.
На этом фоне всё больший акцент делается на обмене данными между производственными площадками и системами управления ресурсами предприятия, которые также зависят от надёжного энергоснабжения.
ИБП — это основной элемент системы бесперебойного питания, призванной защищать ответственное оборудование, не допускающее перерывов в электроснабжении, считает Андрей Барашов. «Ключевыми параметрами таких систем является надежность и возможность обслуживания или ремонта ИБП без перерыва в электроснабжении. Поэтому наличие внутреннего электронного и механического байпасов для таких систем необходимо, — пояснил он. — Безусловно, различные области применения предъявляют различные требования к надежности систем. Где-то может быть достаточно резервирования на уровне N+1, для самых серьезных задач может потребоваться и 2(N+1). Если требования к надежности определяются по большей части областью применения и в целом не изменились, то требованиям энергоэффективности в настоящее время уделяется все большее внимание».
Со своей стороны Павел Пономарев отмечает, что внимание к задачам обеспечения безопасности ИБП не соответствует активизации киберпреступности в условиях массовой цифровизации, в то время как у вендоров понимание важности этих задач есть. Для снижения вероятности человеческих ошибок, которые являются основным источником ИБ-инцидентов, он предлагает идти проверенным путем повышения безопасности сетевых карт: небезопасные протоколы по умолчанию отключаются, доступны только протоколы с шифрованием (SSH, HTTPS, и т. д). На примере своей компании эксперт говорит о целесообразности самостоятельной разработки вендором карт сетевого управления для своих ИБП (вместо использования карт сторонних производителей) и оперативного реагирования на ситуацию, например, увеличивая длину ключа шифрования до 2048 бит или снабжая ИБП гигабитными сетевыми портами.
На требованиях заказчиков к ИБП, по мнению Павла Лебедева, сказываются масштабы их бизнеса и принадлежность к той или иной отрасли. Так, именно для крупных корпоративных заказчиков важна защищённость от хакерских атак через протоколы шифрования (SSH, SNMPv3), а в медицинской сфере особенное внимание, как он считает, уделяется надежности и простоте управления. На запросы заказчиков также сильно влияет конкуренция в отраслях, в которых они работают.
Алексей Морозов обращает внимание на существенный рост спроса (независимый от отраслевой принадлежности заказчиков) на блочно-модульные конструкции и высокую энергоэффективность, поскольку именно эти свойства определяют стоимость владения оборудованием.
Жесткие требования при выборе модели ИБП, полагает Павел Пономарев, могут вытекать из конкретных задач, которые представителям заказчика формулирует бизнес и с которыми они приходят к поставщикам. Если, например, нужно снизить операционные расходы, то представители заказчика будут выбирать решение с максимальным КПД и длительным межсервисным интервалом или решение вовсе без сервисного обслуживания части компонентов (например, с компонентами, рассчитанными на весь срок службы ИБП). Одновременно он делает важное замечание: если закупками управляет не техническая служба, технические специалисты, скорее всего, просто получат то, что стоит дешевле.
Очевидно, что всю строгость требований заказчика поставщики ощущают при поставках на специальные объекты (например, объекты атомной промышленности), где требуется соответствовать ряду отраслевых сертификаций и аудитов с выездом аудиторов на заводы-изготовители для получения положительного заключения Ростехнадзора о применимости заложенного в проект оборудования.
Аренда систем ИБП и «чистое электричество» как сервис
Вряд ли без аренды бесперебойного питания сегодня обходятся такие крупные мероприятия, как, например, Петербургский международный экономический форум, отмечает Павел Лебедев, при всем том, что построение и содержание «чистых» систем электропитания как сервиса очень затратно, экономически нецелесообразно, и потребности в них ограничены.
«Может быть, в будущем ситуация поменяется, однако сегодня мы не видим запросов на „электричество как сервис“, — отмечает Павел Пономарев. — Возможно, это реализуемо для больших мощностей, когда ИБП находится в обособленном контейнере снаружи питаемого объекта. Однако и в этом случае не все так просто: для поддержки работы (фактически круглосуточной) где-то рядом должен размещаться персонал производителя или поставщика, который большую часть времени будет отдыхать, очевидно, за счет заказчика». Заказчики же обычно сами стараются проводить регламентное обслуживание систем электроснабжения, а если еще и ЗИП хранится на объекте заказчика, то серьезно сокращается время восстановления по сравнению с моделью предоставления электричества «как сервис».
Как полагает Андрей Барашов, на данный момент услуга аренды ИБП может быть востребована для отдельных единичных решений. «Трудно представить применение арендованного ИБП в коммерческом дата-центре, где минута простоя может достигать нескольких тысяч долларов», — пояснил он.
Мнения о том, что модель по предоставлению «чистого электричества» как сервиса не получила в России развития, придерживается и Андрей Вотановский. Что же касается аренды ИБП, то, как он считает, эта модель практически всегда связана с местом предоставления услуги. Например, при аренде помещений можно предоставлять сервис по бесперебойному питанию от существующей на арендуемых площадях системы электроснабжения. В целом сервис по предоставлению именно ИБП в аренду имеет ряд ограничений, связанных, в частности, с эксплуатацией батарейного массива, хранение которого в период отсутствия спроса требует постоянных затрат; скорее всего эти затраты включаются в стоимость аренды, что делает ее мало привлекательной. Кроме того, заказчики предпочитают иметь полный контроль над столь ответственной системой, как ИБП, влияющей на ключевые бизнесс-процессы.
Не видит интереса со стороны заказчиков к подобным сервисам и Григорий Карулин: «Заказчики могут арендовать ДГУ на время строительных и монтажных работ или при долговременных перебоях с электропитанием. Что же касается критически важных нагрузок, их защищают „чистым электричеством“ иначе, например, выполняя требования к проектной документации в соответствии с классификацией TIER при строительстве и сертификации ЦОД».
На пути к модели «ИБП как услуга» на российском рынке Алексей Морозов видит такие препятствия, как необходимость подбора конфигурации ИБП под конкретную задачу и дополнительные издержки по строительно-монтажным и пусконаладочным работам при вводе в эксплуатацию. Как правило, ИБП оказываются компонентом более сложной системы (порой заключенной в единый контейнер). Это может быть автономное электропитание на базе ДГУ, где применение ИБП обеспечивает электропитание на время выхода генератора на рабочий режим и снижает его износ за счет уменьшения количества запусков при кратковременных перебоях в электросети. Или мобильный ЦОД, имеющий в своем составе интегрированную систему бесперебойного питания на базе модульного ИБП.
Направления разработок ведущих вендоров трехфазных ИБП
Производимые разработчиками изменения в узлах ИБП, по мнению Павла Пономарева, направлены на удовлетворение потребностей заказчиков, прежде всего на повышение надежности, снижение стоимости устройств и их обслуживания. Достижению этой цели служат, в частности, решения, позволяющие обеспечить за счет внутренней схемотехники ИБП при КПД системы 99% коррекцию гармоник нагрузки, заряд батарей и нулевое время перехода на батареи при любых проблемах в сети электропитания (включая пропадание напряжения или короткое замыкание), сохраняя при этом соответствие выходного напряжения ИБП требованиям стандарта МЭК
По мнению Андрея Вотановского производимые разработчиками изменения в ИБП направлены на углубление взаимодействия между основными их подсистемами: «Так, реализация режима частичного преобразования (VI), значительно повышающего энергоэффективность при сохранении контроля качества питания, показывает пример глубокой интеграции между подсистемами современных ИБП двойного преобразования».
Со своей стороны Алексей Морозов отмечает изменения в схемах преобразователей, нацеленные на использование решений с повышенным КПД, что позволяет снижать издержки и сокращать выделение тепла при работе ИБП.
Постоянным потребителем таких силовых электронных компонентов, как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), как отмечает Павел Лебедев, остаются разработчики ИБП. Стремление производителей компонентов современной силовой электроники уменьшать размеры своих изделий в свою очередь отражается на дизайне инверторов и выпрямителей ИБП, который именно эти компоненты и их технические характеристики определяют. Модернизация микропрограммного обеспечения для управления силовыми компонентами внутри ИБП, на которую эксперт также обращает внимание, требует применения в конструировании ИБП более производительных микропроцессоров (DSP).
«Не секрет, что на рынке идет конкуренция между статическими ИБП с аккумуляторными батареями и дизельно-роторными ИБП. К недостаткам классических ИБП относят габариты и вес аккумуляторных батарей, а также их относительно небольшой срок службы, — отмечает Андрей Барашов. — Указанные проблемы призваны решить литий-ионные батареи, поэтому усилия большинства вендоров направлены на внедрение данного типа АКБ в свой модельный ряд». По его словам, на данном этапе идет постепенное улучшение технических и массо-габаритных характеристик ИБП за счет применения современной элементной базы и оптимизации схемных решений. Все большее внимание уделяется модульности и ремонтопригодности ИБП, а также возможностям интеграции ИБП в систему мониторинга — выпускаются сетевые карты, поддерживающие различные интерфейсы, разрабатывается специальное программное обеспечение.
Григорий Карулин подчеркивает роль систем интеллектуального мониторинга и управления ИБП, позволяющих задействовать скрытые резервы этих устройств. Так, применение интеллектуального аудита состояния входной сети внутри самого ИБП может дополнительно сэкономить
«Упрощению масштабирования мощности внутри одной модельной линейки и снижению стоимости при массовом производстве типовых компонентов, — отмечает Андрей Вотановский, — способствует унификация и разделение силовых компонентов ИБП на стандартные модули по функциональному признаку (принцип Lego). Унификация в рамках нескольких модельных линеек компонентов ИБП, не принимающих участия в процессе преобразования электроэнергии (например, систем взаимодействия с оператором или сетевых карты мониторинга), позволяет снизить стоимость и упростить процесс управления».
К передовым решениям в области разработки ИБП Григорий Карулин относит модульные системы: «Усилия инженеров теперь нацелены на снижение совокупной стоимости владения, увеличение плотности мощности на единицу занимаемой площади, что обусловлено сокращением бюджетов на проектирование, в результате чего заказчики вынуждены создавать собственные центры технической экспертизы и полностью контролировать проекты на всех стадиях жизненного цикла, чтобы не выходить за рамки выделенных бюджетов. Модульность, как отраслевой стандарт, сильно помогает сократить время как на развертывание систем, так и на их обслуживание».
После успешного прохождения основного этапа развития модульных систем с резервированием силовой части и развитой системой контроля и коммуникации в качестве актуальных задач вендорских НИОКР Алексей Морозов видит повышение КПД и увеличение плотности мощности систем бесперебойного питания.
Учитывая тенденции на потребительском рынке, лидирующие ИБП-вендоры, по мнению Павла Лебедева, стремятся сделать свои продукты простыми, сократить число органов управления ИБП через внедрение многофункциональных сенсорных ЖКИ, уменьшить габариты за счет применения компактных компонентов, упростить взаимодействия пользователя с оборудованием с помощью «умного» микропрограммного обеспечения.
