Главная страница  |  Источники бесперебойного питания  |  Технологии ИБП

Технологии ИБП

В Eaton велись разработки инновационных технических решений в области защиты питания с момента получения их первого патента в 1962г. Являясь технологическим лидером, Eaton продолжает следовать за быстро меняющимися требованиями клиентов с помощью новых патентованных технологий.

Бестрансформаторная технология

Бестрансформаторная технология, которая используется в ИБП Eaton, увеличивает производительность и прибыль. Это достигается благодаря использованию небольших легких фильтрующих катушек, высокопроизоводительных IGBT-транзисторов в инверторе и выпрямителе, а также благодаря интеллектуальному алгоритму управления.. Бестрансформаторный ИБП обычно весит на 50% меньше, чем традиционные конструкции и занимает всего 60% от их площади. Низкий входной коэффициент гармоник (THD < 4,5% при полной нагрузке) и  высокий входной коэффициент мощности (> 0,99) поддерживаются вплоть до  примерно 10% нагрузки без дополнительного входного фильтра. В дополнение, КПД может достигать 94,5% и выше.

Система энергосбережения (ESS)

Инновационная технология Eaton под названием ESS позволяет ИБП достигнуть уровня КПД в 99%, что является лучшим результатом в промышленности, позволяя ИБП безопасно снабжать нагрузку питанием напрямую из электросети, пока параметры напряжения и частоты в сети укладываются в допустимые диапазоны. Быстрые алгоритмы контроля ESS постоянно проводят мониторинг качества входного питания. Если установленные предельные пороги нарушаются, ESS переходит на  алгоритм двойного преобразования менее чем за 2 миллисекунды. ESS доступна в  ИБП Eaton 9395 и 9390.

Система переменного подключения модулей (VMMS)

ИБП редко работают с полной нагрузкой, частичная нагрузка – это скорее правило, чем исключение. При нагрузке менее 40% от номинальной, эффективность ИБП снижается, соответственно, повышается общее энергопотребление системы. Решением проблемы является система VMMS от Eaton, которая позволяет ИБП работать с большей энергоэффективностью и на малых нагрузках. ИБП, оснащенный системой VMMS, может выбирать модули, которые могут быть временно отключены. Таким образом, функционирующие модули работают с более высокой эффективностью. Когда нагрузка возрастает, и требуется ресурс временно отключенных модулей, система немедленно включает их в работу. VMMS совместима как с одним многомодульным ИБП, так и с несколькими параллельными ИБП.

VMMS
Параллельные Eaton 9395 — 825 кВА
модульные ИБП и VMMS

Технология VMMS максимизирует КПД при неполной загрузке
номинальной мощности, не ухудшая надежности.

Технология Hot Sync®

Патентованная технология параллельного питания нагрузки Hot  Sync® гарантирует максимальную доступность системы, устраняя общую точку отказа. Технология Hot Sync основана на параллельной конфигурации, в которой два или более модуля разделяют общую нагрузку. При неисправности одного из  модулей остальные берут на себя его работу, изолируют поврежденный модуль и  продолжают питание без перерыва. Технология уникальна тем, что она дает возможность модулям ИБП работать полностью независимо, между устройствами не  требуется коммуникационных кабелей для передачи системной информации по  синхронизации фаз. Технология доступна для каждого из трехфазных ИБП.

Патентованная технология Hot  Sync
обеспечивает максимальную доступность для нагрузки.

Технология ABM

Технология ABM от Eaton продлевает срок службы батарей VRLA  с помощью применения интеллектуального алгоритма заряда. Традиционный метод постоянной подзарядки вызывает коррозию электродов и высыхание электролита, особенно в режиме резерва по причине продолжительного холостого заряда. ABM  использует более интеллектуальную процедуру зарядки, предотвращает избыточный заряд и тем самым снижает износ. ABM обеспечивает дополнительные возможности контроля состояния батареи и предварительное предупреждение о скором конце срока службы батареи. Также технология оптимизирует время заряда, что дает дополнительные преимущества при последовательных частых сбоях питания. ABM  используется в течение 15 лет в наших ИБП от 1 до 160 кВА и на данный момент используется в ИБП мощностью до 1100 кВА.

Технология ABM значительно увеличивает срок службы батарей.

Функция Easy Capacity Test

ИБП, оснащенные функцией Easy Capacity Test (Eaton 9390 и 9395), могут протестировать все силовые цепи на полную мощность без подключения внешней нагрузки. Благодаря тому, что ИБП используют свои выпрямители и  инверторы в качестве внутренних банков нагрузки и берут только минимальную мощность (всего 5%) из сети, потребление энергии на тестирование значительно сокращается.

Источник: EATON CORPORATION. Справочник по ИБП

Роторные ИБП / Flywheel

В основном все технологические разработки последних лет в  области ИБП сводились к улучшению параметров этих устройств путем комбинации схем и компонентов. В последнее время новый виток интереса возник в отношении возможности применения механических инерционных систем бесперебойного питания. Эту категорию устройств, известных на рынке под названием «роторный ИБП», или flywheel, сегодня можно встретить в офисах компаний, в центрах обработки данных, на предприятиях телекоммуникационной отрасли и военных объектах. Роторные ИБП обладают специфическими свойствами, которые отличают их от традиционных систем. По сравнению с мощными ИБП они меньше по размерам и  значительно легче. Для роторных ИБП не существует таких строгих ограничений в  отношении параметров окружающей среды (кондиционирование, вентиляция), как для ИБП. Их использование в отрасли ИБП связано с определенными ограничениями по  применению аккумуляторных батарей.

Роторные ИБП: Ограничения по применению АКБ

Во-первых, батарея не всегда готова к работе: она может разрядиться либо вообще выйти из строя. В отличие от всей системы ИБП батарея —  это расходный материал с ограниченным сроком службы. Даже если по EUROBAT срок службы аккумуляторной батареи составляет 10 лет, отсчет времени ее жизни начинается немедленно после того, как в нее залили электролит. То есть в момент приобретения ИБП необходимо принимать во внимание время, проведенное АКБ на  складе завода-изготовителя и магазина, а также условия хранения. Время жизни аккумуляторной батареи ограничено количеством циклов заряда и разряда; стоимость АКБ, которая приобретается на длительное время, может быть весьма высока.

Роторные же ИБП полностью лишены такого свойственного аккумуляторным батареям недостатка, как ограниченное количество и частота циклов заряда и разряда. Системы на основе маховика потенциально готовы служить дольше, и у них не возникает проблемы утилизации, как в случае АКБ. Пожалуй, единственным недостатком является относительно короткое время автономной работы: такая система способна держать нагрузку в 160 кВА 30 секунд.

Устройство роторного ИБП

Идея заменить аккумуляторную батарею в схеме ИБП либо дополнить другим компонентом — генератором постоянного тока — оказалась заманчивой. Таким решением стал маховик — flywheel, представляющий собой емкость в виде большого цилиндра; в нем закреплен вал на подшипниках, на  котором в свою очередь установлен массивный маховик. Из цилиндра откачан воздух, так чтобы в вакуумной среде сила сопротивления была сведена к минимуму: благодаря этому КПД такой системы превышает 0,99. Вращаясь с помощью двигателя постоянного тока, установленного на входе и подключенного к сети электропитания, маховик имеет большой момент инерции. На его валу установлен генератор, который преобразует энергию маховика в постоянный ток.

В качестве резервного компонента системы запасающий энергию маховик может быть установлен параллельно батареям. Как только маховик отработал, напряжение снижается до определенного уровня, и, если питание в сети не восстановилось, открывается переключающий элемент и начинают разряжаться аккумуляторные батареи.

Статистика по типам неполадок в электросетях

Статистика свидетельствует, что короткие пропадания электропитания происходят часто, а вот крупные аварии, — редкость. Существуют три статистических локальных максимума в перерывах работы основной электропитающей сети. Первый — когда нарушения в электропитании короткие, около 100 миллисекунд. Это те отключения, исправление которых происходит с помощью различного рода автоматики, без участия человека. Второй локальный максимум приходится на длительность в прекращении подачи питания около 3 минут. Это те  аварии, которые ликвидируются путем вмешательства человека. Третий локальный максимум составляют нарушения в работе сети продолжительностью 15 минут, но  таких случаев существенно меньше. Как правило, это плановые отключения, в  течение которых электрики могут провести ремонтные работы.

Преимущества роторного ИБП

Работа маховика параллельно с аккумуляторными батареями позволяет существенно продлить срок их службы. Ведь в 90% случаев отключения носят краткосрочный характер, и крутящийся маховик с запасенной энергией успевает переключиться на генератор постоянного тока, а вся система —  поддержать нагрузку и при возвращении питания от основной цепи вернуться к  обычному режиму работы. В результате в подавляющем большинстве случаев такое переключение будет происходить без участия батареи, которая от частого переключения в режимы заряд-разряд быстро изнашивается. При наличии маховика большую часть переключений он принимает на себя. Маховик также подвержен износу, но механическому, который проще устранить. К тому же в отличие от  батареи, которая заряжается в десятки раз дольше, чем работает, маховик раскручивается буквально на глазах. Время зарядки этого устройства сопоставимо с временем работы. При замене аккумуляторной батареи на механический маховик заказчик получает устройство, практически всегда готовое к работе и не имеющее расходных материалов. Недостаток маховика — ограниченное время автономной работы — компенсируется установленной в параллель АКБ. В параллель может быть поставлено и несколько маховиков, но целесообразность такого масштабирования системы ограничена общей стоимостью конструкции и ее габаритами.

Привлекательной выглядит идея работы подобного устройства с  двигателем переменного тока — но к такому генератору уже не добавишь обычную аккумуляторную батарею. Чтобы добиться большого времени автономной работы, можно вместо двигателя переменного тока установить дизель-генератор.

На тех предприятиях, где входная линия электропитания зарезервирована (имеется несколько фидеров), и нагрузку надо защитить лишь на  короткое время переключения, ИБП на основе маховика могут быть использованы вообще без батарей.

Производители роторных ИБП

На рынке хорошо известны системы класса flywheel производства американского концерна Eaton, а также американской компании APC, входящей в состав концерна Schneider Electric. Первой гибридной инновацией ИБП, где в качестве добавления к АКБ применяется маховик, стала компания CHLORIDE, которая использует для построения таких решений оборудование фирмы VYCON. В  России две такие системы — VDC и VDC-XE — предлагает компания «Клорайд Рус».

Источник: CIO

ИБП на топливных элементах

Ряд компаний уже заявил о начале промышленных поставок источников резервного питания на основе топливных элементов. Эта технология известна давно: работавший в середине XIX века в этой области Уильям Грув оставил интересные научные труды. Надо заметить, что технология топливных ячеек успешно применялась в 1960–1980 годах в ряде космических программ — в частности Appolon, Space Shattle, Gemini. Интерес к альтернативным способам получения энергии с помощью топливных ячеек стал возрождаться в середине 1990−х.

Сегодня в самых разных областях, включая телекоммуникации (на базовых станциях), корпоративный сектор ИТ (в центрах обработки данных), эта технология находит применение для поддержания работы измерительных приборов.

Принцип работы ИБП на топливных элементах

Топливный элемент — это экологически чистое электрохимическое устройство, преобразующее химическую энергию различного горючего (водород и водородосодержащие газы, спирты, углеводороды) и окислителя в электрическую энергию постоянного тока. Побочными продуктами этого процесса являются вода и выделяемое тепло.

На вход элемента подается горючее (например, водород), который смешивается с кислородом из воздуха, а на выходе образуются электричество, вода и тепловая энергия. С помощью параллельного соединения можно сформировать пакет топливных элементов; общее напряжение этой системы суммируется из величин напряжений, создаваемых отдельными элементами. Сила тока зависит от площади мембраны элемента, мощность — от величины пакета ячеек, а  продолжительность работы — от габаритов топливного резервуара. Наиболее известные изготовители топливных ячеек — компании Grove, 3M, Ballard, IdaTech, Sulzer Hexis, Plug Power, Viessman, European Fuel Cells.

Преимущества технологии топливных элементов

Одним из важных преимуществ использования этой технологии является продолжительность автономной работы. Сопоставимые по цене с батареями и дизель-генераторами системы резервного питания на топливных элементах могут стать им хорошей заменой.

Производители ИБП на топливных элементах

На российском рынке системы резервного питания предлагают три производителя. Резервный источник питания на топливных элементах мощностью 10 кВт производства APC предназначен для центров обработки данных. Система работает на водороде и обеспечивает несколько часов работы ответственных приложений. Это решение, интегрированное в комплексную систему InfraStruXure, представляет собой 19−дюймовую стойку, способную обеспечить до 30 кВт мощности. Система хорошо масштабируется путем соединения в параллель с другими такими же  устройствами. Компания Rittal предназначает свои системы Electra Gen TM для уличного применения на базовых станциях операторов сотовой связи. Устройство вырабатывает до 5 кВт напряжения 48 В постоянного тока.

В рамках этой же технологии Chloride строит свои системы с  использованием топливных элементов фирмы IdeTech. На российский рынок такие решения поставляет компания «Клорайд Рус». Генераторы тока IdeTech могут работать на двух видах топливных элементов — с уже готовой водородно-кислородной смесью либо с использованием метанола. Правда, оба варианта иногда вызывают недоверие у руководства заказчика: в первом случае из-за опасения взрывоопасных свойств водорода, а во втором — из-за возможности применения не по назначению и нанесения тем самым вреда здоровью.

Системы Chloride на основе топливных элементов мощностью 3 и 5 кВт могут использоваться как автономно, так и в гибридных комбинациях с  маховиками и батареями. В некоторых случаях они могут использоваться параллельно с батареями». У таких решений очень высокий уровень готовности и  практически отсутствуют ограничения по сроку службы. Системы на топливных ячейках могут одинаково хорошо работать на коротких и длинных интервалах.

Недостатки технологии топливных элементов

Заслуживающая внимания проблема заключается в том, что топливная ячейка не может храниться при отрицательной температуре. В процессе работы устройство само себя обогревает, но если в зимнее время вовремя не  подать топливо системе, установленной на улице, то ячейка может погибнуть.

Источник: CIO

Технология F.M.M.T. (Flexible Multi Master Technology)

F.M.M.T. – это технология, которая обеспечивает совместную работу систем управления блоками в параллельной системе ИБП. Технология получила название «гибкой мультимастерной» (Flexible Multi Master Technology), поскольку она гибко перераспределяет роль мастер-устройства по  нескольким мастер-контроллерам.

Зачем нужна технология F.M.M.T.

Эта технология предназначена для повышения надежности и  устойчивости функционирования параллельных систем, состоящих из нескольких онлайновых источников AEG. Более подробно задача, для решения которой предназначена технология F.M.M.T., такова. В любой параллельной системе устройства всегда неравноправны, и всегда есть роль мастер-устройства – того, к  которому подстраиваются остальные. Соответственно возможны отказы системы по  мастеру (они бывают двух типов: отказ в самом блоке и отказ в случае событий извне — по входу или по выходу, в нагрузке). Отказ мастера – это уязвимость, так как параллельная система в момент перевыборов отказавшего мастера неустойчива. Система закрывает эту уязвимость настолько быстро, насколько быстро она обеспечит появление нового мастера и подстройку других блоков под работу этого мастера.

Преимущества технологии F.M.M.T.

Каждый вендор решает задачу повышения устойчивости параллельной системы ИБП по-своему. В том или ином виде происходят перевыборы мастера в параллельной системе (voting).

У других (не-AEG) производителей есть понятие «Мастер-ИБП» — выделенный ИБП, который принимает на себя роль ведущего. У AEG PS – другое понятие – «Мастер-Контроллер». Его роль может быть распределена между контроллерами. Мастер-контроллеры могут находиться в различных ИБП параллельной системы. Причем распределение по различным ИБП может задавать сервис-инженер при пусконаладке параллельной системы.

Чем это хорошо? У ИБП AEG перевыборы касаются только одной из подсистем. В случае развала системы обеспечивается переход на статический байпас. Это существенно повышает стабильность и устойчивость работы системы.

Пример: отказал мастер-ректифайер на ИБП №1. Автоматически роль мастера передается контроллеру на остающихся слейвах.

Описание технологии F.M.M.T.

Рассмотрим параллельную систему из нескольких ИБП. В  параллельной системе из нескольких ИБП контроллеры одного функционала получают разные роли: один назначается мастером (управляющим), все остальные – слейвами (подчиненными). Для чего? Чтобы обеспечить согласованную работу трех контроллеров трех ИБП. Точно так же распределяются по ролям контроллеры байпасных линий, и контроллеры выпрямителей. Мастер-контроллеры каждой из  подсистем (выпрямителя, байпаса и инвертора) могут размещаться в различных ИБП параллельной системы.

Система продолжает обеспечивать электропитание нагрузки, даже если выходит из строя один из контроллеров. Например, выходит из строя выпрямитель. Это не приведет к прекращению электропитания нагрузки, так как контроллер инвертора останется полнофункциональным.

Рис. Технология F.M.M.T. компании AEG  Power Solutions

Когда в ходе ввода в эксплуатацию системы (commissioning) производится назначений условий мастерам (прописываются мастера по устройствам вручную или автоматически), — обеспечивается «размазывание» ответственности по  всей системе (Distribute the responsibility to the complete system). Дальше в  случае отказа действует сама система, «решая», что ей делать, — как именно «размазать» мастеров по блокам и обеспечить чтобы не было двух мастеров в  каждом из блоков.

Рис. Технология F.M.M.T. компании AEG  Power Solutions обеспечивает повышенную надежность параллельной системы ИБП

Применение технологии F.M.M.T.

Технология F.M.M.T. сослужит хорошую службу на любом непрерывном производстве, в любых непрерывных процессах.

В каких моделях ИБП используется технология F.M.M.T.

AEG Protect 3, 4, 5, 8.

Источник: AEG Power Solutions

Наверх

АНОНСЫ