Батарейный модуль для ибп что это такое

Обновлено: 06.07.2024

В статье подробно рассмотрена работа современной системы гарантированного электропитания. Показано, что ИБП, построенный по модульному принципу, обеспечивает «горячую» замену модулей ИБП, проводит постоянный мониторинг состояния АКБ, не имеет единой точки отказа и обеспечивает высочайшую надежность системы. Перечислены требования, которые необходимо учитывать при построении системы гарантированного электропитания на объекте.

Современные системы гарантированного электропитания необходимы для обеспечения электроэнергией потребителей первой категории в случае исчезновения напряжения питающей сети – в соответствии с ГОСТ 13109-87 и гл. 1.2.17 ПУЭ. Как правило, для решения данной задачи используется комплект оборудования, состоящий из следующих устройств:
- источника бесперебойного электропитания (ИБП);
- дизель-генераторной установки (ДГУ);
- блока автоматического ввода резерва (АВР).

Рассмотрим работу этого решения на структурной схеме (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема системы гарантированного электропитания, построенная с использованием модульного ИБП Enertronic modular SE ( увеличить изображение )

В нормальном режиме работы нагрузка питается от ввода питающей сети через АВР и модульный ИБП, работающий в режиме приоритета инверторов. ДГУ при этом находится в дежурном режиме и отслеживает параметры входной сети.

При пропадании напряжения на первом вводе АВР или его выходе за пределы допусков нагрузка продолжает питаться от инверторов ИБП от заряженной ранее аккумуляторной батареи. В это же время автоматика ДГУ, отследив пропадание сети на первом вводе АВР, незамедлительно выдает команду на запуск дизель-генератора и выводит его на постоянный режим работы.

Далее автоматика АВР, проанализировав появившееся напряжение на втором вводе, включает его. Питание от ДГУ подается на выпрямители модульного ИБП, которые начинают заряжать батарею и питать нагрузку через инверторы. Также с ДГУ на ИБП приходит сигнал «Работа от ДГУ», который блокирует синхронизацию внутренних генераторов частоты инверторов ИБП с байпасной линией. Блокировка обеспечивает стабилизацию частоты напряжения в нагрузке, то есть параметры выходного напряжения с ИБП не будут зависеть от режимов работы ДГУ.

Когда основное питающее напряжение появляется на вводе системы, автоматика АВР переводит питание нагрузки с ДГУ на основную сеть, после этого контроллер ДГУ примерно через 1–3 минуты останавливает дизель-генератор. Аккумуляторная батарея в данном случае обычно рассчитывается на питание нагрузки в течение 5–15 минут, что должно обеспечить возможность трехразового запуска ДГУ.

Рассмотрим более подробно работу ИБП на примере системы ‘Enertronic modular SE’. Он построен по модульной схеме с возможностью «горячей» замены (hot plug). Каждый модуль представляет собой отдельный «онлайн»-ИБП с двойным преобразованием энергии (VFI-SS‑111) в соответствии со стандартом IEC 62040‑3. Силовая часть модулей построена на IGBT-транзисторах и включает в себя выпрямитель, инвертор и электронный байпас. Такая система ИБП не имеет единой точки отказа. Благодаря децентрализованной параллельной архитектуре построения модулей, при которой каждый модуль ИБП является «мастером», обеспечивается высочайшая надежность питания нагрузки и системы в целом.

Рис. 2. Структурная схема системы гарантированного электропитания, построенная с использованием составного ИБП на выпрямительных и инверторных модулях ( увеличить изображение )

Представляемая схема построения ИБП позволяет свободно конфигурировать варианты подключения аккумуляторной батареи, что дает возможность разделить общую емкость аккумуляторной батареи на группы с небольшой емкостью. Каждая группа аккумуляторных батарей может быть подключена либо к конкретному модулю ИБП, либо к группе таких модулей или ко всей системе ИБП в зависимости от стоящих задач. Каждый модуль программируется для работы с конкретной батареей, что позволяет отслеживать ее состояние и своевременно сигнализировать о неисправности. Такое решение позволяет обеспечивать бесперебойным электропитанием нагрузку даже в случае неисправности одного или нескольких модулей ИБП или элементов батареи.

ИБП имеют коэффициент мощности cosϕ = 1 (работают без потери мощности как с индуктивной, так и с емкостной нагрузкой), встроенный компенсатор реактивной мощности и штатную защиту от перенапряжения на входе и выходе. Несколько ИБП, работающих в параллель, позволяют питать нагрузку мощностью до 4 МВт. Если необходимо создать систему с гальванической развязкой между вводной сетью и нагрузкой или обеспечить нестандартное напряжение питания нагрузки (например, 110 В), в системе устанавливается выходной трансформатор.

В случае, когда требуется организовать питание нагрузки одновременно постоянным и переменным током или обеспечить длительное время аккумуляторного резерва (до нескольких суток), систему гарантированного электропитания можно построить следующим образом: использовать отдельные выпрямитель, инвертор и электронный байпас, АВР на входе системы и ДГУ.

Ток выпрямителя выбирается исходя из следующих факторов: входного тока инвертора (при максимальной мощности нагрузки инвертора) + тока для заряда АКБ + максимального тока для питания нагрузки постоянного тока + запаса по току (20 %).

Использовать стандартный ИБП в таких случаях не удастся из-за того, что в стандартных ИБП выпрямитель обычно не рассчитан на питание дополнительной нагрузки помимо инвертора и батареи. В остальном принцип работы схемы будет такой же, как описан выше.

Вывод: создавая схему гарантированного электропитания на объекте, необходимо учитывать следующие требования:
- ДГУ должен быть укомплектован электронным регулятором скорости приводного двигателя и автоматическим регулятором выходного напряжения;
- необходимо применять модульный ИБП класса «онлайн», так как только при таком решении нагрузка будет гарантированно защищена от всех возможных негативных факторов;
- мощность ИБП должна превышать мощность нагрузки на 10–20 %;
- время аккумуляторного резерва ИБП должно составлять не менее 5–10 минут. Возможно применение как свинцовых (Pb), так и никель-кадмиевых (NiCd) батарей;
- в целях понижения нелинейного искажения тока, возникающего от ИБП, следует использовать ИБП с выпрямителями на IGBT-транзисторах или с 12‑пульсными тиристорными выпрямителями;
- соотношение мощностей ДГУ и ИБП должно быть равно 1,2 (для выпрямителей на IGBT-транзисторах).

Существуют различные подходы к построению отказоустойчивых систем энергоснабжения, и не утихают споры об эффективности и надежности каждого из них. Ниже мы рассмотрим одну из относительно новых архитектур ИБП, появление которой обусловлено возросшими требованиями к системам энергообеспечения со стороны корпоративного заказчика. Модульные ИБП готовы к любым хитростям со стороны системы питания - отказов не будет.

Отказоустойчивая инфраструктура и бесперебойное электроснабжение наиболее востребованы центрами обработки данных (ЦОД). В число задач при построении подобных объектов входит подбор ИБП необходимой мощности и конфигурации, размещение и обеспечение питанием активного сетевого оборудования, серверов, а также рациональное размещение кроссовых полей и прочих элементов структурированной кабельной системы (СКС). Кроме того, необходимо обеспечить охлаждение или вентиляцию установленных технических средств, обеспечить управление ИБП и мониторинг условий окружающей среды в серверной, аппаратной или коммутационном центре.

Начиная строить ОУС от ИБП, необходимо обеспечить его надежность или точнее обеспечить сохранение функций бесперебойного электроснабжения, т.е. в идеале обеспечить нулевое СВВУ (среднее время восстановления устройства) ИБП. Общепризнанным подходом в конструировании на сегодняшний день, позволяющим всемерно снизить СВВУ, является применение принципа «горячей» замены неисправных или требующих обслуживания узлов.

Очевиден подход, который применяется сегодня для создания наиболее ответственных и критичных узлов и устройств, работающих в составе ИС. Это разбиение узла (устройства и т.п.) на N параллельно соединенных модулей с добавлением , и т.д. модулей для повышения уровня резервирования (или избыточности) плюс возможность замены (увеличения или уменьшения) числа этих модулей на ходу, в «горячем» состоянии.

Таким образом достигается высокая отказоустойчивость за счет наличия , и т.д. модулей. При отказе любого из модулей остальные просто перераспределяют между собой его нагрузку. Для замены вышедшего из строя модулей не требуется отключение устройства в целом. Остающиеся в работе модули обеспечивают полноценное функционирование. Повышается экономическая эффективность по сравнению с удвоением (утроением и т.п.) устройства в целом. Изменения конфигурации возможны без выключения устройства, в «горячем» состоянии.

Модульная конструкция ОУС

Среди различных типов источников бесперебойного питания следует выделить модульные отказоустойчивые системы. Согласно терминологии, впервые примененной АРС, эти ИБП называются энергетическими массивами (power array). Весь класс этих устройств от различных производителей называют модульными отказоустойчивыми источниками бесперебойного питания (МОУ ИБП). Это сравнительно новый тип устройств, представляемый на рынке, начиная с середины . Его появление вызвано требованием осуществления равного значения эксплуатационной готовности всех компонентов технических средств в цепи инфокоммуникационных технологий.

В то время как серверное оборудование, средства хранения информации, аппаратура передачи данных и связи развивались по пути резервирования (кластеризация, зеркальные сервера, дисковые массивы, резервные каналы передачи данных, и в том числе удвоенные блоки питания), технологии ИБП с отставанием на шаг могли предложить только параллельную или последовательную схемы резервирования бесперебойного питания. Эти схемы не позволяли в полной мере избавиться от необходимости отключений питания при проведении профилактических и ремонтных работ. Небезупречны они и при возникновении неисправностей. Потребовалось новое устройство, принципиально отличное от традиционных моноблочных источников. Таким как раз стали модульные отказоустойчивые ИБП (МОУ ИБП).

Конструктивно МОУ ИБП представляет собой стойку (фрейм), где размещаются силовые модули, батарейные модули и модули управления. В стойке имеется терминал для подключения питания и выхода на нагрузку, байпас, силовая и информационная шины и разъемы. Имеются также слоты для подключения дополнительных устройств. Силовой модуль является блоком, содержащим выпрямитель и инвертор, устанавливаемый в стойку для параллельной работы с другими силовыми модулями. Батарейный модуль представляет собой кассету с аккумуляторной батареей (АБ), защитой от короткого замыкания в цепи АБ и платой диагностики. В ряде моделей можно устанавливать батарейные модули на место силовых, что позволяет наращивать время автономной работы в габаритах одной стойки. МОУ ИБП выполняются с батарейными модулями в отдельной стойке и с совмещенными силовыми и батарейными модулями в одной стойке. Это зависит главным образом от мощности устройства.

Мощность модульных ИБП

В энергетике потребляемые и генерирующие мощности являются одними из основных показателей. На основе мощностей силовых модулей энергетических массивов можно оценить направления развития этого перспективного типа ИБП.

Такой прием реализован в новой линейке модулей ИБП Newave UPS Systems ConceptPower/Upgrade Line с мощностями модулей , где модуль разбивается на два функциональных блока, а также в ИБП АРС Symmetra MW с модулями 200 кВА, где выполнено разделение модулей по трем отдельным фазам. Конструктив этого устройства позволяет производить замену силового модуля поблочно, с выделением функциональных частей преобразователя в отдельные конструктивные элементы. Процедура замена модуля при таком конструктиве не требует применения средств механизации.

Как было отмечено выше, ряд моделей энергетических массивов позволяют осуществлять комплектацию устройства таким образом, что количество силовых и батарейных модулей может находиться в разных соотношениях. Такая комплектация применяется, например, для осуществления избыточного резервирования по принципу и более для электроприемников с особо высокими требованиями к надежности электроснабжения (системы безопасности, технические средства органов государственного управления, транспорта, опасного производства, крупные платежные системы и т.д.). Кроме того, используется в комплектации необходимой установленной мощности или в комплектации АБ с большим временем автономной работы.

Масштабируемость может осуществляться в пределах одного устройства, причем количество силовых и батарейных модулей может быть установлено с учетом дальнейшего доукомплектования при расширении состава или количества защищаемых электроприемников. Упоминавшийся модельный ряд ConceptPower/Upgrade Line МОУ ИБП Newave UPS Systems позволяет объединять значительное, теоретически неограниченное количество устройств, на параллельную работу. При этом сохраняются все функции, характерные для отказоустойчивого устройства (в первую очередь "горячая" замена). Не последнюю роль при осуществление масштабирования играет выбор мощности модуля или единичного устройства. При этом можно подобрать суммарную мощность установки с точностью до одного модуля, обеспечив резервирование N+1 с минимальной избыточностью, что дает существенную экономию средств.

Сам термин «модульный» может означать разные вещи для разных людей, поэтому важно тщательно проанализировать характер того, что описывается как «модульная система» при покупке ИБП, чтобы обеспечить постоянную защиту ЦОД.

При выборе системы ИБП, первоначальная стоимость обязательно подвергается сомнению, и это может привести к тому, что организации иногда будут покупать меньший продукт за меньшую цену. Однако важно проверить мелкий шрифт, чтобы убедиться, что вы выбрали модульную систему, которая действительно будет выполнять поставленную задачу: защитить критически важные возможности вашего центра обработки данных с высочайшим уровнем доступности. Интересно, что с некоторыми из систем ИБП более высокого качества, экономия затрат часто достигается в долгосрочной перспективе за счет повышения эффективности, что приводит к снижению эксплуатационных расходов и снижению общей совокупной стоимости владения (TCO), поэтому полный анализ затрат обычно стоит расчет.

Итак, в качестве своей основной цели, как центры обработки данных могут выбрать ИБП с максимальной доступностью? По сути, не должно быть никаких потенциальных точек отказа. Тщательное понимание конфигурации и определения модульной системы до заключения Контракта имеет решающее значение.

На самом базовом уровне один автономный ИБП, который защищает критическую нагрузку, называется конфигурацией N системы. Однако автономный ИБП не обладает какой-либо сопротивляемостью в случае неисправности устройства или его отключения для профилактического обслуживания. Параллельное подключение второго автономного ИБП такого же класса обеспечивает устойчивость и называется конфигурацией N + 1. Было бы возможно параллельное использование нескольких автономных блоков с отдельным наименьшим номинальным значением по мощности, например, если бы мы взяли предельно возможный вариант, у нас могло бы быть параллельно 101 x 1 кВА ИБП, который все еще предлагал бы конфигурацию N + 1 100 кВА. Очевидно, это не будет практичным, но вы получите общее представление. Используя эту концепцию, она может быть описана на самом простом уровне как модульная система ИБП. Однако для добавления большего количества автономных устройств необходима соответствующая электрическая инфраструктура – распределительное устройство и т.д.

Другим определением модульности является автономный ИБП, разработанный и изготовленный в модульном формате. Основные компоненты выпрямителя, инвертора и статического выключателя являются модульными. Если есть проблема, например, с выпрямителем, его можно легко заменить. Сложность этой конфигурации заключается в том, что если один из компонентов выходит из строя, вся функциональность ИБП снижается. Это может быть модульная система, но уровень ее доступности не будет большим.

Лучшее решение – это то, что мы называем: настоящий модульный ИБП. Это где несколько индивидуальных силовых модулей ИБП размещаются в одной стойке. Все отдельные силовые модули являются ИБП сами по себе, и все они содержат выпрямитель, инвертор и статический переключатель и работают в режиме онлайн параллельно друг с другом. Например, пять модулей ИБП 60 кВт обычно могут стоять в одной стойке, предлагая мощность системы240 кВт в конфигурацию N + 1. При необходимости «горячая замена» модуля занимает около 30 секунд, в то время как остальные модули продолжают защищать критическую нагрузку. Ни в коем случае систему не нужно переводить в сервисный байпас и, следовательно, на незащищённую сеть.

Некоторые другие модульные системы включают выпрямитель и инвертор в свои модули, но статический переключатель является централизованным и отдельным. Это приводит к потенциальной единственной точке отказа. Замена отдельного статического переключателя может занять всего несколько минут, но в зависимости от местоположения на его замену может уйти несколько часов. В течение этого времени система не сможет перейти в режим статического байпаса. В настоящей модульной системе, в которой статический переключатель включен в каждый модуль, остальные модули в корпусе ИБП продолжают защищать нагрузку до тех пор, пока она не будет заменена. Это значительно повышает уровень доступности. В Centiel мы разработали нашу передовую модульную систему бесперебойного питания 4-го поколения CumulusPower, которая обеспечивает лучшую в отрасли доступность 99,999999% (девять девяток), с низкой совокупной стоимостью владения (TCO) благодаря управлению максимальной эффективностью (MEM) и низкими потерями энергии. Наша команда разработчиков уже много лет работает с центрами обработки данных, находясь на переднем крае технологического развития, и мы являемся надежными консультантами некоторых ведущих мировых организаций в этой области.

Дополнительный батарейный модуль может подключаться к ИБП для увеличения доступного времени автономной работы. К одному ИБП может быть подключено до четырех батарейных модулей.

Артикул		BCFT004
Ввод	Напряжение	208/220/230/240 В переменного ток
	Частота	50/60 Гц
	Защита по входу	Возвращаемый автоматический выключатель
Выход Зарядн. устр-ва	Напряжение	82.5 ± 0.5 В
	Ток	1.4A
	Защита по выходу	Предохранитель
Батареи	Тип батарей	Свинцово кислотные, необслуживаемые, с регулируемым клапаном
	Хар-ки батарей	2 цепочки из 6-х бат. 12В 9 Ач / 72В
	Время перезаряда	8 часов до уровня 90% емкости
Комплектация		Руководство пользователя, входной кабель электросети, комплект для установки

Время автономной работы (минуты) при полной нагрузке

Тип аккумуляторов	Кол-во внутр. аккумуляторов	Время автоном. от внутр. батарей	+1 БАТ	+2 БАТ	+3 БАТ	+4 БАТ
12В / 9Ач	6	3	17	31	52	69

ВНИМАНИЕ: Приведен приблизительный расчет времени работы от батарей, который зависит от конфигурации нагрузки, заряда батарей и температуры окружающей среды.

Если оборудование было повреждено в процессе доставки, сохраните коробку и упаковочные материалы и обратитесь к поставщику. Если Вы обнаружили повреждения после приема груза сообщите о скрытых повреждениях.

ВНИМАНИЕ: Проверьте дату последнего заряда аккумуляторов. Если прошло более 3 месяцев с даты последнего подзаряда зарядите аккумуляторы перед использованием.

Для установки дополнительных батарейных модулей с ИБП

Ленточный кабель соединяет панель управления ЖК-дисплеем и ИБП. Не тяните за кабель и не отсоединяйте его.

Подключите кабель дополнительного батарейного модуля в батарейный соединитель как показано на рисунке. Возможно небольшое искрение в момент подсоединения кабеля к ИБП. Это не создаст опасности для сотрудников. Плотно и надежно вставьте кабель от батарейного модуля в батарейный разъем ИБП.

К одному ИБП можно подключить до четырех дополнительных батарейных модулей. Красный провод соединяется с красным, черный с черным и желтый с желтым. Плотно сожмите оба разъема для надежного соединения. Для подключения второго дополнительного батарейного модуля открепите кабель на первом батарейном модуле и аккуратно вставьте его в батарейный разъем на втором дополнительном батарейном модуле. Повторите эту операцию для всех дополнительных батарейных модулей.

Установка лицевой панели дополнительного батарейного модуля. Перед установкой лицевой панели убедитесь, что батарейные кабели аккуратно проложены через кабельный канал. Вставьте скобы пластиковой лицевой панели в отверстия на левой стороне корпуса. Повторите эти действия для всех дополнительных батарейных модулей. Для ИБП поместите сторону лицевой панели с ЖК-дисплеем в соединитель, после этого поместите другую сторону в два других соединителя и нажмите до плотного соединения панели и корпуса.
Убедитесь, что все соединительные провода ИБП и дополнительных батарейных модулей располагаются за лицевыми панелями и недоступны для пользователя.
Для установки дополнительных батарейных модулей вернитесь к первому пункту инструкции.

Конфигурация батарейных модулей

Установите через ЖК-панель ИБП количество подключенных дополнительных батарейных модулей. Для достижения максимального времени автономной работы правильно установите количество батарейных модулей. Обратитесь к таблице 2 за соответствующими данными о количестве и типе батарей. Используйте кнопки со стрелками вверх и вниз для выбора количества батарей в соответствии с фактическим:

ИБП и батарейные модули	Кол-во цепочек батарей
Только ИБП (внутренние батареи)	1 (по умолчанию)
ИБП + 1 БАТ	3
ИБП + 2 БАТ	5
ИБП + 3 БАТ	7
ИБП + 4 БАТ	9

ВНИМАНИЕ: ИБП содержит одну цепочку батарей, каждый дополнительный батарейный блок содержит по две цепочки батарей, соединенных параллельно.

НЕ ОТКЛЮЧАЙТЕ батареи когда ИБП работает в режиме от батарей. Батарейный модуль может заменяться при включенном ИБП, но необходимо учесть, что при нарушении электропитания в этот момент подключенное к ИБП оборудование не защищено. При замене батарей желательно отключить кабель питания.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ

Сервисное обслуживание батарей должно выполняться квалифицированными сотрудниками.
Батареи могут представлять опасность электрического удара или ожога при высоком токе короткого замыкания. Примите необходимые меры предосторожности при работе с батареями: 1) Снимите часы, кольца и прочие металлические предметы. 2) Используйте инструменты с изолированными ручками. 3) Не кладите металлические предметы на верх батарей. 4) Одевайте резиновые перчатки и обувь.
При замене батарей используйте тот же тип и количество батарей или батарейных модулей. Для заказа новых батарей свяжитесь с авторизованным сервисным центром.
Батареи необходимо правильно утилизировать согласно требованиям местного органа управления.
Не помещайте батареи в огонь, они могут взорваться под воздействием температуры

Замена дополнительного батарейного блока RT

ВНИМАНИЕ: БАТАРЕЙНЫЙ МОДУЛЬ ИМЕЕТ БОЛЬШОЙ ВЕС. ДЛЯ ЕГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТРЕБУЕТСЯ НЕ МЕНЕЕ ДВУХ ЧЕЛОВЕК.

При выходе из строя батареи необходимо выполнить следующие действия для замены на новый блок батарей в устройствах модульной конструкции:

Для установки дополнительных батарейных модулей с ИБП

Снимите лицевую панель батарейного модуля.
Отсоедините соединительные кабели батарейного блока и ИБП. Открутите винты перегородки блока батарей как показано на рисунке 4, после этого выньте перегородку через левую сторону.
Возьмитесь за ручку на передней стороне блока батарей и потяните на себя вынимая его из корпуса.
Вставьте новые блоки батарей придерживая их за середину. Убедитесь, что блоки вставлены полностью до конца.
При необходимости замените перегоревшие предохранители со стороны лицевой панели.
Внешний вид задней панели.

Тестирование новых батарей

Подключите ИБП с дополнительными батарейными модулями к электросети на 48 часов для зарядки батарей.
Включите ИБП нажатием соответствующей комбинации кнопок.
Нажмите комбинацию кнопок запуска теста для начала тестирования батарей. ИБП начинает тестирование батарей если батареи полностью заряжены, ИБП находится в нормальном режиме работе без активированных сигналов тревоги и допустимом напряжении байласа. Во время теста ИБП переходит в режим работы от батарей и разряжает батареи в течение 10 секунд. Светодиодные индикаторы на передней панели перестанут мигать после завершения теста.

Переработка использованных батарей

Свяжитесь с местным центром переработки опасных отходов для получения информации о правильной утилизации использованных аккумуляторов или ИБП.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
Не помещайте батареи в огонь, они могут взорваться под воздействием температуры. Необходима правильная утилизация батарей. Обратитесь за инструкциями к местному органу, занимающемуся переработкой отходов.
Не открывайте и не повреждайте батареи. Разлитый электролит может быть вреден для кожи и глаз. Он может быть токсичен.

ВНИМАНИЕ
Не выбрасывайте аккумуляторы или батарейные модули с бытовым мусором. Эти устройства содержат свинцово-кислотные батареи и должны правильно утилизироваться. За подробной информацией обратитесь в местный центр переработки опасных отходов.

ВНИМАНИЕ
Не выбрасывайте электронные блоки с бытовым мусором. Для правильной утилизации обратитесь в местный центр переработки опасных отходов

Читайте также: