Гарантированное электроснабжение и бесперебойное. Гарантированное электропитание

Работа большинства современных организаций строится на использовании техники, чувствительной к качеству энергии. Выход из строя компьютеров, банковской и медицинской аппаратуры, системы автоматики и других приборов влечет за собой серьезные последствия, которые порой могут быть непоправимы. Существующая система питания несовершенна, и процесс снабжения может внезапно прерваться. Чтобы этго не произошло, рекомендуется применение:

• систем бесперебойного электропитания (СБЭ), работа которых базируется на базе источников бесперебойного питания (ИБП, UPS);
• систем гарантированного электропитания (СГЭ), работа которых базируется на дизельгенераторных электростанций (ДЭС, ДГУ);
• систем бесперебойного и гарантированного электропитания, как сочетание двух вышеперечисленных систем.

Как правило, задача обеспечить бесперебойное питание возлагается на ИБП и дизельные генераторы, которые берут на себя питание ответственного потребителя на период отсутствия электричества в сети. Тем не менее, в данном случае играют роль и вспомогательные решения, среди которых может быть резервирование подвода силовых линий, системы тушения пожара и защиты от молнии. Важно понимать, что гарантированное электропитание должно быть обеспечено в условиях любых экстремальных ситуаций.

Ключевыми характеристика систем бесперебойного питания являются надежность, отказоустойчивость, энергоэффективность. Тем не менее, экономия электроэнергии, увеличение сроков эксплуатации аккумуляторов и увеличение КПД аппаратуры служат лишь частью решения задачи. К прочим значимым направлениям можно отнести разработку мощных аккумуляторных батарей и применение кинетических накопителей.

Экономия используемых ресурсов

Мир все больше внимания уделяет разработке и применению альтернативных источников электроэнергии, которые могли бы возобновляться сами по себе. Это особенно важно благодаря «зеленым тарифам», которые позволяют реализовывать излишек получаемой электроэнергии в сеть общественного использования, либо расходовать полученную энергию на личные нужды, понижая зависимость от внешних источников.

Дополнительной возможностью сэкономить энергоресурсы и увеличение эффективности бизнеса, служит подробный мониторинг затрат энергии и автоматизация процессов, связанных с этими расходами. Помочь в данном направлении могут особые технологии, именуемые «Интернет вещей» (IoT). Именно благодаря им оборудование стало работать на более «умной» автоматизации, да и сбор информации вышел на принципиально новый уровень.

Необходимость СГП в России

В России не только остро стоит вопрос электроснабжения, однако и наблюдаются проблемы с качеством электричества, которую поставляют потребителям по распределительным сетям общего назначения. Поэтому возникла необходимость в создании СГП - системы гарантированного питания. Она применяется в схеме релейной защиты, автоматики и технологической сигнализации электроустановок разного класса напряжения предприятий энергетики и других важных объектов.

СГП обеспечивает непрерывное питание ~ 220В:

• от централизованной сети переменного тока ~220В в штатном режиме,
• от резервной сети постоянного тока =220В при отключении напряжения в сети переменного тока, используя резерв аккумуляторов пользователя,
• от ресурса батарей источника бесперебойного питания в отсутствие напряжений, как в сети переменного тока, так и в сети постоянного тока.

Преимущества СГП:

• Стабильность параметров сети ~220В при подключении =220В с нулевым временем переключения в аварийный режим без возникновения переходного процесса на выходе устройства.
• Пользователь может самостоятельно подключить СГП, поскольку ее конструкция проста и понятна.
• При аварийных отключениях сохраняются регламентные требования.
• Напряжение сети постоянного тока =220В в СГП производится тремя однотипными каналами, обеспечивая трехкратный запас надежности, если при аварии отказывает один канал, СГП сохраняет свою работоспособность.
• Преобразователь напряжения работает в экономном режиме.
• Эксплуатация практичная и долговечная.

Конструкция СГП предполагает применение унифицированных элементов: источника бесперебойного питания, блока питания постоянного напряжения (преобразователь постоянного напряжения), реле переменного тока. Если что-либо выходит из строя, деталь легко можно заменить аналогичной. При необходимости можно обратиться в сервисную службу, однако устройство целиком предназначено для самостоятельной эксплуатации.

Современное оборудование (компьютеры, активное оборудование вычислительных сетей, телекоммуникационная аппаратура, банковская и медицинская техника, системы автоматики на предприятиях) является чувствительным к качеству электроэнергии и его подключение к существующей системе электропитания связано с повышенным риском нарушения его рабочего режима, а в ряде случаев – с риском выхода из строя. Чтобы обеспечить непрерывность процессов, можно использовать:

• системы бесперебойного электропитания (СБЭ) на базе источников бесперебойного питания (ИБП, UPS)
• системы гарантированного электропитания (СГЭ) на базе дизельгенераторных электростанций (ДЭС, ДГУ)
• системы бесперебойного и гарантированного электропитания, как сочетание СГЭ и СБЭ

В текущих условиях вопрос надёжности электроснабжения усугубляется проблемами, связанными с качеством электроэнергии, поставляемой потребителям по распределительным сетям общего назначения.

По мере развития информационных технологий возникла необходимость в выработки общих решений и принципов организации электроснабжения ЦОД.

Одним из важных аспектов развития современного общества являются информационные технологии. Для создания высокопроизводительной, отказоустойчивой информационной инфраструктуры в настоящее время применяются комплексные централизованные системы – центры обработки данных (ЦОД). В работе ЦОД, помимо собственно систем обработки и хранения данных, определяющую роль играют инженерные системы, обеспечивающие его нормальное функционирование, в том числе система электроснабжения.

Для регламентирования инженерной составляющей ЦОД в России рядом крупных организаций, прежде всего банков, были разработаны собственные ведомственные нормы проектирования, где частично рассмотрен вопрос о электроснабжении ЦОД - в частности: «ВНП 001-01/ Банк России «Здания учреждений ЦБ РФ»; «0032520.09.01.01.03.ЕТ.01.01/ ОАО Банк ВТБ «Единые требования по обеспечению подразделений ОАО Банк ВТБ бесперебойным электроснабжением средств связи и вычислительной техники», ОАО Сбербанк России «Методика построения систем энергоснабжения объектов Сбербанка России N°979-р» др.

В апреле 2005 г. Ассоциация изготовителей оборудования для передачи данных выпустила TIA-942 - первый стандарт на телекоммуникационную инфраструктуру центров обработки данных (Telecommunications Infrastructure Standards for Data Centres), в котором выдвинуты и систематизированы требования к инфраструктуре ЦОД.

Предназначенный для использования проектировщиками ЦОД на ранней стадии строительства и оборудования здания, стандарт TIA-942 регламентирует:

• требования к месту расположения дата-центра и его структуре;
• требования к архитектурно-строительным решениям;
• требования к кабельным сетям;
• требования к надежности;
• требования к параметрам рабочей среды.

В соответствии с TIA-942 все ЦОДы разделены на 4 уровня по степени резервирования инфраструктуры (надежности):

Уровень 1 – базовый. Резервирование отсутствует, для плановых и ремонтных работ необходимо отключение всей системы.
Уровень 2 – с резервированием. Резервирование реализовано по схеме «N+1», однако для технического обслуживания необходимо отключение системы.
Уровень 3 – с возможностью параллельного проведения ремонтов. Позволяет осуществлять плановую деятельность без нарушения работоспособности объекта, однако при отказе некоторых элементов системы, возможны перерывы в нормальном ходе работы.
Уровень 4 – отказоустойчивый. Предусматривает возможность проведения любой плановой деятельности, а также обеспечивает возможность выдержать по крайней мере один отказ без последствий для критически важной нагрузки. Это означает наличие двух отдельных систем бесперебойного электропитания, каждая из которых имеет резервирование «N+1».

Бесперебойность электроснабжения не является величиной абсолютной с точки зрения самого качества электропитания. При проектировании СБГЭ (системы бесперебойного и гарантированного электропитания) всегда отталкиваются от двух моментов:

– потребители электроэнергии подразделяются на группы по ответственности, т.е. назначается приоритет в электропитании для нагрузок;

– и в каждой группе выделяется самый требовательный к качеству электропитания потребитель.

В этой логике определяются требования к допустимому отклонению параметров сети питания, при которых нагрузка работает не отключаясь. По итогу, "система бесперебойного электропитания " создаёт такую сеть нагрузке, в которой отсутствует даже кратковременное отклонение параметров электропитания за допустимые нагрузкой границы.

Гарантированность электроснабжения подразумевает возможность длительного исчезновения электропитания технологического объекта только так, что это не приводит к аварийному состоянию оборудования и не создаёт опасности для людей и окружающей среды (). В "системе гарантированного электропитания " допускается кратковременное исчезновение электропитания, которое может быть связано с переключением между источниками электроснабжения.

Простыми словами, тут важно понять следующее, что если есть такая нагрузка, кратковременный сбой в питании которой приводит к тому, что алгоритм работы потребителя сбрасывается и требуется начинать незаконченное дело с нуля, или сбой электроснабжения может привести к фатальным последствиям, то такой потребитель однозначно требует бесперебойного питания. Длительность же автономного питания должна позволить закончить некий производственный цикл до его окончания. Примером такой нагрузки может являться оборудование в операционных клиник, или же оборудование хранения данных.

Если же кратковременный сбой в питании нагрузки не приводит к потере незаконченного производственного цикла, не создаёт условий катастрофических последствий, и работа может быть продолжена с любой точки останова, то такой потребитель потребует только гарантированного питания. Примером такой нагрузки может служить освещение помещений, или же эл . двигатель механической мельницы.

Для общего понимания места систем бесперебойного и гарантированного электропитания в электроснабжении объектов, следует обратиться к требованиям нормативных документов, и создать свою систему электропитания не хуже общих требований.

ПУЭ 7-е издание

и обеспечение надежности электроснабжения

1.2.17. Категории электроприёмников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта.

1.2.18. В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприёмники разделяются на следующие три категории.

Электроприёмники I категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Электроприёмники II категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприёмники III категории – все остальные электроприёмники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.

1.2.19. Электроприёмники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприёмников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприёмников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприёмников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроснабжение электроприёмников первой категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление нормального режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

1.2.20. Электроприёмники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприёмников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

1.2.21. Для электроприёмников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

Таким образом, становиться очевидным, что системы СБГЭ в части бесперебойного питания направлены, прежде всего, на удовлетворение нужд в качестве и надёжности электропитания потребителей 1 (первой) категории и особой группы первой категории, а в части гарантированного питания – потребителей 2 (второй) категории.

Обращайтесь за более детальными консультациями или подбором оборудования.

Энергетика принадлежит к числу базовых инфраструктур. И перебои в подаче электроэнергии, или же некачественное электроснабжение способны парализовать работу практически любой организации, вне зависимости от ее масштаба. В то же время в силу некоторых специфических черт российской энергетики (таких, к примеру, как использование воздушных линий электропередач или общей изношенности инфраструктуры) от проблем, связанных с некачественным электропитанием не застрахован никто. И чем чаще в новостях звучат сообщения о блэкаутах, вызванных веерными отключениями электроэнергии или повреждениями линий электропередач в результате ураганов или ледяных дождей, тем более актуальным становится вопрос: как обеспечить качественное электропитание на объекте в условиях общей нестабильности энергетики?

Все проблемы с электропитанием в общем виде можно свести к двум разновидностям:

• Некачественное электроснабжение (скачки или колебания напряжения; импульсные скачки при перепадах энергопотребления; отклонения частоты и т.д.).
• Отключения электричества.

Соответственно, задачи сводится к тому, чтобы

• обеспечить качество электрической энергии, стабилизировав параметры электропитания;
• при отключении электричества иметь возможность корректно завершить работу информационных систем;
• обеспечить оборудованию, которое должно работать непрерывно, возможность продолжать работу до восстановления электропитания (иными словами, бесконечно долго).

Специалистами компании «Рубатех» эти задачи решаются следующим образом:

При некачественном электроснабжении на входе в собственную электросеть устанавливаются фильтры высокочастотных помех и ограничители перенапряжений, что позволяет защитить оборудование от внешних помех. При скачках напряжения устанавливаются стабилизаторы питания различных типов (в зависимости от характера помех). Это не позволяет ликвидировать все виды помех (например, плавающую частоту невозможно перегенерировать заново), но тем не менее значительно повышает качество электропитания и помогает обеспечить нормальную работу оборудования.

Корректно завершить работу информационного оборудования помогают источники бесперебойного питания (ИБП). Как правило, мощности компьютерной техники не особенно высоки, и легко поддаются подсчету, так что установка ИБП в большинстве случаев не вызывает сложности у потребителей. Основная проблема, связанная с использованием ИБП – то, что его аккумуляторы не рассчитаны на длительное время работы. В большинстве случаев ИБП обеспечивает «резерв» в 6-7 минут, позволяющий выключить оборудование, но не дающий возможности продолжить работу. Это ограничение можно «обойти», подключив к ИБП дополнительные аккумуляторы. Но такое решение как правило, оказывается финансово неоправданным, поскольку стоимость аккумулятора, позволяющего компьютеру работать в течение часа после отключения электричества, вероятнее всего, превысит стоимость ИБП.

Для сохранения в работоспособном состоянии инженерных и охранных систем (таких, как системы пожаротушения или охранно-пожарной сигнализации) могут использоваться специальные резервированные источники питания. Благодаря тому, что в охранных системах используется низковольтное оборудование, резервированные источники питания позволяют оборудованию работать от аккумулятора на протяжении нескольких часов.

Если необходимо обеспечить бесперебойную работу оборудования при длительном отсутствии электропитания (особенно это актуально для предприятий с непрерывным циклом производства), используется двухступенчатая схема. Оборудование подключается к ИБП, время работы которого позволяет запустить (автоматически или вручную) резервный генератор, который позволит оборудованию продолжить работу как минимум на протяжении нескольких часов. Параллельно происходит зарядка ИБП от генератора, что позволяет при разрядке генератора произвести переподключение оборудования к новому автономному источнику питания. Отметим, что такие двухступенчатые схемы являются самыми сложными и требуют особого профессионализма при расчете нагрузок, временных интервалов и простраивании связей ИБП с генератором.

Также при решении любой задачи, связанной с обеспечением качественного электропитания, необходимо просчитывать экономическую эффективность принимаемых мер : достаточно часто решение, которое «напрашивается», оказывается на деле не решением проблемы, а источником новых проблем. Например, оператор, предоставлявший в обслуживание складской комплекс, не подключенный к системе электроснабжения, попытался решить проблему путем установки нескольких мощных генераторов. В результате себестоимость электричества оказалась непомерно высока, и вместо прибыли сдача склада принесла серьезные убытки.