info@upser.ru
Основные преимущества и недостатки модульных ИБП
Постоянно растущий рынок информационно-коммуникационных технологий, в частности сфера управления кризисными ситуациями, нуждается в обеспечении непрерывности выполнения бизнес-процессов, и именно модульные ИБП являются лучшим решением в этой области.
Успешность модульной конструкции ИБП в первую очередь обусловлена огромными достижениями в производстве полупроводниковых систем. Первые монолитные источники бесперебойного питания с двойным преобразованием были представлены в 1970-х. Они были основаны на трансформаторных ИБП, использовавших выпрямитель для преобразования входного сигнала (переменный ток) в постоянный сигнал для зарядки резервных батарей. Кроме того, сигнал подавался на инвертор, где он обратно преобразовывался в переменный ток. Однако, чтобы преобразователь вырабатывал ток мощностью, которой достаточно, чтобы справляться с критическими нагрузками, требовался выходной трансформатор.
В середине 1990-х годов, когда силовые полупроводниковые технологии достигли высокого уровня развития, был представлен биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Как результат, производители ИБП перешли на выпуск безтрансформаторных решений. Типичный источник бесперебойного питания с биполярным трансформатором использует более технологичный выпрямитель, благодаря которому инвертор способен вырабатывать переменный ток, мощности которого достаточно чтобы справляться с критическими нагрузками. Поэтому, с того момента производители стали отказываться от использования трансформатора в своих продуктах.
Ключевые преимущества современных ИБП вытекают именно из отсутствия трансформатора в их конструкции. Они характеризуются более высокой эффективностью, увеличенным коэффициентом входной мощности, сниженным коэффициентом нелинейных искажений. Кроме того, они требуют меньше капитальных и эксплуатационных затрат, обеспечивают длительный срок службы батарей, вырабатывают меньше шума. Не менее важным является то, что безтрансформаторные ИБП являются более компактными и весят значительно меньше.
Так, средняя площадь, занимаемая системой ИБП мощностью 120 кВА, сократилась с 1,32 до 0,53 кв. м, при этом масса снизилась с 1,2 т до 370 кг.
Благодаря более компактным размерам и экономичности, возникла возможность использования модульных систем, обеспечивающих защиту от критических нагрузок за счет включения нескольких негабаритных ИБП, подключенных параллельно, вместо установки единого массивного и крупногабаритного блока. Модульность системы обеспечивает множество преимуществ, таких как высокая отказоустойчивость, повышенная эффективность, длительное время бесперебойной работы, простота эксплуатации и обслуживания.
Например, для обеспечения энергоснабжения датацентра (ЦОД) требуется установка мощностью не менее 120 кВА. Поскольку ЦОД является важным объектом, к которому предъявляют высокие требования касательно энергоснабжения, необходимо использовать систему ИБП с достаточным показателем избыточного резервирования. То есть, система ИБП должна поддерживать работоспособность ЦОД даже в случае отключения одного из источников бесперебойного питания. Простейший вариант решения – создание системы на основе двух монолитных ИБП мощность 120 кВА каждый, разделяющих нагрузку. Так, в случае сбоя одного ИБП, второй может взять на себя рабочую нагрузку, поскольку вырабатывает сигнал такой же мощности.
Альтернативный вариант – установка модульной системы, состоящей из четырех ИБП мощность по 40 кВА каждый. Такая система является как основной, так и резервной, поскольку в случае выхода из строя одного модуля, остальные 3 смогут взять на себя рабочую нагрузку (3*40=120 кВА). Как первая (монолитная), так и вторая (модульная) системы работают по схеме N+1 (N – число блоков ИБП в составе системы, обеспечивающих критическую нагрузку). Дополнительные ИБП обеспечивают отказоустойчивость модульной системы, поскольку выход из строя одного ИБП не повлияет на энергоснабжение ЦОД. При необходимости можно создать систему с дополнительной избыточностью по схеме N+n, где n – число дополнительных модулей.
Ключевым достоинством модульной системы является ее компактность, обусловленная относительно небольшими габаритами каждого модуля. Она также оставляет возможность наращивания мощности в пределах одной модульной установки, позволяя экономить полезное пространство в ЦОД, что крайне важно на подобных объектах.
Такая масштабируемость системы является одним из ключевых преимуществ, особенно очевидное при длительной эксплуатации. Так, по мере расширения датацентра может возникнуть необходимость в увеличении мощности питающей системы, например, со 120 до 150 кВА. Достичь этого можно путем добавления еще одного модуля ИБП.
До появления модульных систем единственным вариантом был монтаж еще одного блока ИБП мощностью 120 кВА, что привело бы к перерасходу полезной площади ЦОД, необходимости прокладки дополнительны кабелей, затратам на инсталляцию.
Доступность – еще одно важное преимущество модульных систем. Этот параметр выражается как соотношение среднего времени безотказной работы (MTBF) и среднего времени восстановления работоспособности (MTTR). В случае выхода из строя, автономные установки в среднем ремонтируют в течение 6 часов, в то время как модульные системы возвращают в рабочее состояние в среднем за 30 минут. Модульная система поддерживает вариант «горячей» замены вышедшего из строя модуля, тем самым повышая коэффициент доступности почти до 100%.
Таким образом, модульные системы обладают более высокой отказоустойчивостью и отличной ремонтопригодностью. Это крайне важно для обеспечения бесперебойно работы ЦОД, а также способствует значительной экономии средств на проведение ремонтных работ. Кроме того, необходимость в высококвалифицированных кадрах и специализированном оборудовании отсутствует.
Экономическая эффективность модульных систем обусловлена несколькими особенностями, а именно: безопасность в процессе эксплуатации, повышенная энергоэффективность, простота обслуживания. Несмотря на то, что начальные капитальные затраты на установку и ввод в эксплуатацию модульной системы примерно на 10-15% выше, чем затраты на монтаж монолитного ИБП, совокупная стоимость владения (общая величина целевых затрат на эксплуатацию системы с момента ввода в эксплуатацию до момента выхода из строя или состояния владения) модульной системы значительно ниже. Большинство модульных систем окупаются уже в течении первого года их эксплуатации (владения ими), поскольку они характеризуются более высокой энергоэффективностью и более низкими эксплуатационными затратами.
Владелец модульной системы почувствует разницу в стоимости владения практически сразу после ее приобретения. Автономная система, включающая трансформаторы, имеет в 2-3 более высокую массу, чем ее модульный аналог. Это отразится на транспортных расходах, которые могут увеличиться на 50%. Кроме того, необходимая площадь для установки монолитной системы превышает в 2-3 раза площадь, требуемую для инсталляции модульного аналога. Стоимость монтажа и запуска в эксплуатацию монолитной установки составляет примерно на 50% больше, чем модульной. Как уже было сказано ранее, эксплуатационные затраты модульной системы значительно ниже. Кроме того, она характеризуется более низкими сопутствующими затратами (на 10% ниже).
Есть еще множество других факторов, таких как расходы на управление и логистику, так как доставка запасных частей монолитной системы обходится значительно дороже. Ремонт модульной системы зачастую производят именно на уровне модулей путем их «горячей» замены. Это способствует сокращению времени ремонта, отсутствию необходимости в хранении габаритных запасных частей на складе. Фактически, на складе может храниться лишь один модуль наибольшей мощности, которой достаточно для решения любых внештатных ситуаций.
Замена целого модуля вместо ремонта отдельных элементов системы способствует сокращению затрат на подготовку специалистов, снижению времени простоя системы. Для выполнения «горячей» замены не требуются высококвалифицированные специалисты. Это также способствует снижению затрат на обслуживание модульной системы на 67%.
