Построение систем гарантированного энергоснабжения

Для электрических сетей общего назначения в Российской Федерации характерно низкое качество электрической энергии: отключения, высокочастотный шум, отклонения частоты, провалы напряжения и др. Очевидно, что подключение к реально существующим электрическим сетям высокотехнологического оборудования, чувствительного к ухудшению качества электрической энергии (компьютеров, активного оборудования вычислительных сетей, телекоммуника-ционной аппаратуры, банковского и офисного оборудования, производственного оборудования, работающего в непрерывном технологическом процессе), связано не только с повышенным риском нарушения функционирования, но и выхода данного оборудования из строя. В этих условиях установка статических ис-точников бесперебойного питания (�БП), работающих в режиме on-line (двойного пре-образования), как сред-ства получения электроэнергии требуемого качества, является необходимой предпосылкой обеспечения ус-тойчивой работы компьютерного и телекоммуникационного оборудования. Построение систем гарантированного энер-госнабжения (СГЭ) для комплекса потребителей, территориально расположенных более чем на одном этаже, и, тем более, в нескольких зданиях, может производиться по различным схемам. В качестве примера рассмотрим две основные структуры СГЭ — централизованную и распределенную (локализованную). Централизованная система содержит один �БП, к которому подключены все ответственные потребители. В распределенной системе каждый потребитель (или группа локальных потребителей) запитывается от отдельного (локального) �БП. Распределенная структура СГЭ Основным преимуществом такой системы является возможность ее реализации без переделки сетевой разводки, особенно при использовании «розеточных» �БП, простота наращивания или изменения конфигурации. При отказе одного из �БП происходит отключение только части системы, и при наличии одного аппарата в «холодном» резерве последствия отказа могут быть устранены в течение нескольких минут. Другим важным преимуществом этой системы может быть также то, что при соответствующем выборе типов �БП для их размещения не потребуется выделения специальных помещений. Недостатком распределенной системы является неэффективное использование ресурсов аккумуляторных батарей из-за невозможности обеспечения одинаковой нагрузки для всех �БП. Время автономной работы всей системы определяется наиболее нагруженным аппаратом с наиболее разряженными при предыдущих отключениях питания батареями, при этом время автономной работы не может быть увеличено отключением нагрузки от других �БП. Также существенным недостатком этой системы является и ее низкая устойчивость при перегрузках, вызванных ошибочным подключением дополнительной нагрузки или коротким замыканием. Повышенная чувствительность к перегрузкам обусловлена тем, что запас мощности локальных �БП может быть сравним с пусковой мощностью не только кондиционера или пылесоса (5—10 кВт), но и лазерного принтера или ксерокопировального аппарата (2—5 кВт), и даже цветного монитора с экраном размером 19—21 дюйм с петлей размагничивания (1—2 кВт). Другой существенный недостаток распределенной СГЭ имеет место при использовании большого количества однофазных �БП. Как уже от-мечалось выше, значитель-ная часть современного компьютерного и телекоммуникационного оборудования имеет блоки питания, характеризующиеся нелинейным характером потребления (cosj=0.7—0.8). При подключении нескольких подобных потребителей к однофазной сети (с рабочим напряжением 220 В), являющейся составной частью трехфазной сети энергоснабжения (рабочее напряжение 380 В), в нейтральном проводнике возникают токи, пиковые значения которых могут превосходить значения токов в фазных проводниках. С учетом того факта, что электрические сети в нашей стране выполняются с нейтральным проводником меньшего (по сравнению с фазным) сечения, неизбежны перегрузки и возникновение помех в нейтрали, которые приводят к снижению надежности сети электропитания. Повышение надежности электропитания возможно при прокладке кабельных сетей с наибольшим (в 1,5—1,7 раза) сечением нейтрального проводника по сравнению с фазными проводниками. К сожалению, такие работы в части городских сетей энергоснабжения, как правило, чрезвычайно затруднены. Централизованная структура СГЭ Преимущества этой системы определяются концентрацией запаса мощности и емкостью батарей. Такая система менее чувствительна к локальным перегрузкам и даже выдерживает короткие замыкания, переходное сопротивление которых превышает некоторую величину, определяемую запасом выходной мощности �БП. Увеличение времени автономности достигается простым отключением менее ответственных потребителей. Другим преимуществом централизованной СГЭ, построенной на базе мощного трехфазного �БП, является исключение перегрузок нейтрального проводника на входе �БП, что повышает надежность всей сети электропитания и, что существенно, не требует проведения работ по перекладке кабельных линий, по которым осуществляется энергоснабжение здания. Недостатком централизованной системы является более высокая по сравнению с распределенной системой вероятность локального отказа, выражающегося в обесточивании потребителей из-за неисправности разветвленной выходной сети электропитания или выхода из строя (связанного с возникновением короткого замыкания в цепи питания) одного из потребителей. Стоимость аппаратных средств централизованной системы при равной мощности и одинаковых схемотехнических решениях �БП, естественно, ниже по сравнению с распределенной системой. Однако при выборе данной структуры СГЭ необходимо учитывать стоимость возможной переделки сети электропитания в случае реконструкции действующей системы, а также необходимость выделения специального помещения и квалифицированного персонала. В чистом виде каждая из рассмотренных систем применяется достаточно редко. �спользование централизованной системы целесообразно при концентрации оборудования, выполняющего единую задачу и состоящего из компонентов одного класса надежности и одинаковых по характеристикам энергопотребления. Такие системы применяются, как правило, в издательских комплексах, крупных центрах спутниковой связи и т. п. Типичными для распределенной системы являются такие административные учреждения (мэрия, министерство), в которых большое число персональных ЭВМ работает в режиме независимых рабочих станций зачастую без объединения их в локальную вычислительную сеть. Для устранения недостатков каждой из систем на практике применяют двухуровневую систему, которая представляет собой комбинацию централизованной и распределенной системы. Задача оптимизации такой системы с точки зрения мощности и стоимости оборудования состоит в определении наиболее ответственных потребителей и минимизации числа групп потребителей путем соответствующего конфигурирования локальной вычислительной сети. При выборе двухуровневой структуры, кроме установки одного �БП большой мощности (или комплекса параллельно функционирующих �БП), отдельные наиболее ответственные потребители защищаются с помощью локальных �БП меньшей мощности. Целью резервирования является защита такого оборудования, как, например, файловые серверы и наиболее ответственные рабочие станции управления ЛВС, коммуникационное оборудование, системы связи от обесточивания вследствие аварий кабельной сети внутри здания, вызванных локальными повреждениями, короткими замыканиями или перегрузками (в том числе сети чистого электропитания, подключенной к основному �БП).