Бесперебойное электропитание: как защитить оборудование от отключений и скачков напряжения

Электричество пропало всего на несколько секунд. Для человека это может выглядеть как короткое мигание света, но для инженерной инфраструктуры объекта последствия иногда оказываются гораздо серьезнее.

Перезагружается сервер, прерывается запись с камер видеонаблюдения, отключается сетевое оборудование, останавливается рабочая станция, теряются несохраненные данные. Если перебой происходит на производстве, последствия могут затронуть технологический процесс. На объекте с большим количеством посетителей необходимо также сохранить работу систем, которые отвечают за безопасность.

Именно поэтому на многих объектах предусматривается бесперебойное электропитание. Его задача — не просто «дать электричество от аккумулятора», а обеспечить корректную работу критически важного оборудования при авариях и нестабильности внешней сети.

Что такое бесперебойное электропитание

В основе системы находится источник бесперебойного питания — ИБП, или UPS. Он устанавливается между электросетью и защищаемой нагрузкой и контролирует параметры поступающего питания. При проблемах во внешней сети оборудование продолжает получать электричество от аккумуляторных батарей либо через предусмотренную схемой преобразования. Но полное отключение — только один из возможных сценариев.

Проблемами для техники могут стать:

• кратковременные провалы напряжения;

• повышенное напряжение;

• импульсные помехи;

• нестабильная частота;

• краткие отключения с последующим восстановлением сети;

• продолжительные аварии электроснабжения.

Поэтому задача правильно подобранного ИБП шире, чем просто работа «на батарее».

ТТ-ГРУПП занимается проектированием, монтажом, вводом в эксплуатацию и техническим обслуживанием систем бесперебойного электропитания, а также проводит аудит систем электроснабжения и подбирает необходимое электротехническое оборудование.

Где бесперебойное питание действительно необходимо

Ставить большой ИБП на каждый электрический прибор обычно не требуется. Сначала определяется, какое оборудование должно продолжать работать при аварии и насколько критична даже кратковременная потеря питания.

Серверы и сетевое оборудование

Для серверной внезапное исчезновение напряжения особенно нежелательно. ИБП дает время либо продолжить работу до восстановления электроснабжения, либо корректно завершить процессы и выключить оборудование. Одновременно защищается сетевой сегмент: коммутаторы, маршрутизаторы и другая техника, от которой зависит связь между системами объекта. Если резервируется сервер, но при этом отключается основной сетевой коммутатор, значительная часть преимуществ такого резервирования теряется. Поэтому систему рассматривают целиком.

Видеонаблюдение

Современное IP-видеонаблюдение зависит от электропитания сразу нескольких компонентов:

• камер;

• PoE-коммутаторов;

• видеорегистраторов;

• серверов;

• сетевого оборудования;

• систем хранения данных.

При отключении сети запись может прекратиться именно в тот момент, когда она особенно важна. Поэтому резервировать имеет смысл не отдельную камеру, а критическую цепочку оборудования.

СКУД и охранные системы

Контроллеры доступа, считыватели, охранные панели, сетевые узлы и другое оборудование также нуждаются в продуманном резервном питании. При этом необходимо учитывать алгоритм поведения системы во время аварии: какие двери должны сохранять контроль, какие устройства — переходить в безопасное состояние, сколько времени требуется поддерживать работоспособность.

Связь и телекоммуникации

Телефония, точки доступа Wi-Fi, сетевые контроллеры, оптическое оборудование и другие средства связи все сильнее зависят от электропитания. Иногда достаточно сохранить работу одного центрального узла, а иногда требуется резервировать несколько распределенных шкафов.

Автоматика и диспетчеризация

Если инженерные системы здания контролируются автоматикой, внезапное отключение контроллера может привести не только к потере данных, но и к нарушению управления оборудованием. Поэтому ИБП применяется для питания элементов автоматизации и диспетчеризации там, где это предусмотрено проектом и логикой работы объекта.

Не вся нагрузка одинаково важна

Одна из главных задач при проектировании — разделить оборудование на критическое и некритическое. Например, во время аварии нет необходимости продолжать питание всех офисных розеток, декоративного освещения и бытовых приборов. Но серверная, связь или часть систем безопасности должны оставаться работоспособными. Так появляется понятие приоритетной нагрузки. Предположим, общая мощность оборудования здания составляет десятки или сотни киловатт. Это не означает, что ИБП должен резервировать всю эту мощность. Иногда для аварийного режима достаточно выделить небольшой набор критически важных потребителей. Такое разделение существенно влияет на стоимость системы, ее габариты и требуемое количество аккумуляторных батарей.

Почему нельзя выбирать ИБП только «по ваттам»

На первый взгляд подбор кажется простым: сложить мощность оборудования и купить ИБП с немного большим числом на корпусе.На практике необходимо учитывать гораздо больше параметров.

Мощность нагрузки

У ИБП обычно указывается полная мощность в ВА и активная мощность в ваттах.Для проектирования необходимо понимать реальные характеристики подключаемого оборудования, а не ориентироваться только на одну цифру в названии устройства. Кроме текущей нагрузки нужен резерв. Система может расширяться: появятся дополнительные камеры, серверы или сетевые устройства. ИБП, который в первый день работает практически на максимальной мощности, оставляет слишком мало пространства для развития.

Пусковые токи

Некоторые устройства во время запуска кратковременно потребляют существенно больше энергии, чем в установившемся режиме. Если этот момент не учесть, формально подходящий по мощности ИБП может уйти в перегрузку.

Необходимое время автономии

Это один из ключевых вопросов. Одному объекту достаточно нескольких минут — чтобы пережить кратковременный перебой или корректно завершить работу серверов. Другому необходимо 30 минут, час или больше. Чем дольше требуется автономная работа при той же нагрузке, тем больше аккумуляторная емкость системы. Поэтому вопрос должен звучать не «на сколько хватает ИБП вообще?», а «сколько времени он должен обеспечивать именно нашу нагрузку?».

ИБП и генератор — не одно и то же

Эти устройства нередко воспринимают как альтернативы, хотя на крупных объектах они могут дополнять друг друга. ИБП способен принять нагрузку практически сразу. Он особенно полезен в первые секунды после пропадания внешнего электроснабжения. Дизель-генератору необходимо время на запуск, выход на рабочий режим и подключение нагрузки. Поэтому распространенный инженерный сценарий выглядит так:

внешняя сеть → авария → ИБП продолжает питание → запускается генератор → после выхода генератора на режим нагрузка переходит на резервный источник.

Если внешнее питание восстановится быстро, запуск генератора вообще может не понадобиться. Такой подход позволяет совместить мгновенное резервирование и продолжительную автономную работу. ТТ-ГРУПП указывает ИБП и дизель-генераторы среди решений, используемых для аварийного и резервного электроснабжения объектов.

Какие бывают ИБП

Для разных задач применяются разные архитектуры источников бесперебойного питания.

Резервные

В нормальном режиме оборудование получает питание от внешней сети. При ее отключении ИБП переходит на аккумулятор. Такие решения подходят для сравнительно простых задач, где допустимо небольшое время переключения.

Линейно-интерактивные

В этих устройствах дополнительно используются механизмы регулирования напряжения без постоянного перехода на батарею. Это может быть удобно там, где сеть периодически выходит за нормальные параметры, но полные отключения происходят нечасто.

Онлайн-ИБП

В системах Double Conversion питание постоянно проходит через двойное преобразование. Сначала переменный ток преобразуется в постоянный, затем инвертор формирует переменное напряжение для нагрузки. При переходе на аккумуляторы разрыва питания нагрузки не возникает. Такое решение применяется для чувствительной и ответственной техники — серверов, телекоммуникационного оборудования, систем безопасности и промышленной электроники.

Например, представленный в каталоге ТТ-ГРУПП SKAT-UPS 3000/1800 Бастион относится именно к онлайн-ИБП Double Conversion. Его мощность составляет 3000 ВА / 1800 Вт, указано нулевое время переключения, предусмотрены чистая синусоида, автоматический байпас и возможность подключения внешних батарейных модулей.

Зачем ИБП нужен байпас

Байпас позволяет организовать альтернативный путь питания нагрузки. Это особенно важно при обслуживании или неисправности самого источника бесперебойного питания. Представим серверную, оборудование которой нельзя надолго отключить. Если ИБП требуется вывести из работы для обслуживания, наличие грамотно спроектированного байпаса позволяет сохранить питание нагрузки в предусмотренном системой режиме. На ответственных объектах возможность обслуживания должна учитываться еще на этапе проектирования. Система, которую нельзя безопасно вывести в ремонт без остановки всего объекта, создает дополнительные эксплуатационные риски.

Аккумуляторы — расходная часть системы

ИБП может выглядеть совершенно исправным: дисплей работает, индикаторы горят, ошибки отсутствуют. Но реальная автономность определяется состоянием батарей. Аккумуляторы постепенно стареют и теряют емкость. На скорость этого процесса влияют режим заряда, температура, количество циклов разряда и условия эксплуатации. Поэтому одна из распространенных ошибок — установить систему и вспоминать об аккумуляторах только после фактического отключения электроэнергии.

Проверять резервное питание лучше заранее. В зависимости от оборудования техническое обслуживание может включать:

• визуальный осмотр;

• проверку соединений;

• контроль параметров батарей;

• проверку зарядного устройства;

• тестирование ИБП под нагрузкой;

• проверку перехода на аккумуляторы;

• анализ журналов событий;

• очистку оборудования;

• контроль температурного режима.

ТТ-ГРУПП выделяет обслуживание систем бесперебойного электропитания в отдельное направление электромонтажных работ.

Температура имеет значение

Аккумуляторные батареи особенно чувствительны к условиям эксплуатации. Поэтому при размещении мощных ИБП и батарейных шкафов важно учитывать вентиляцию помещения и температурный режим. В серверной эта задача становится общей для нескольких инженерных систем: ИБП выделяет тепло, серверное оборудование выделяет тепло, кондиционирование поддерживает требуемую температуру. Проектировать каждый компонент независимо друг от друга в таком помещении нерационально.

Нужен ли ИБП для небольшой системы видеонаблюдения

Даже небольшой объект может выиграть от резервирования питания. Например, для нескольких камер нет необходимости устанавливать промышленный источник мощностью в десятки киловатт. Можно использовать локальное решение непосредственно в узле видеонаблюдения. В каталоге ТТ-ГРУПП представлены, например, уличные коммутаторы TFortis со встроенным UPS.

PSW-2G+UPS-Box TFortis рассчитан на подключение до четырех IP-камер или других PoE-устройств. Он имеет встроенный ИБП, оптический кросс, два оптических порта и защитное уличное исполнение IP66.

Для более крупного узла есть PSW-2G6F+UPS-Box TFortis, рассчитанный на подключение до шести IP-камер или других PoE-устройств и также оснащенный встроенным источником бесперебойного питания. Это хороший пример распределенного подхода: резервировать можно не только центральную серверную, но и удаленные сетевые узлы непосредственно рядом с оборудованием.

Когда нужен проект бесперебойного электропитания

Чем больше объект, тем менее оправдан подход «купим несколько ИБП и подключим».

Проект необходим, когда требуется:

• резервировать несколько групп потребителей;

• обеспечить заданное время автономии;

• использовать ИБП большой мощности;

• организовать несколько уровней резервирования;

• совместить ИБП с генератором;

• предусмотреть автоматический ввод резерва;

• создать байпас;

• организовать мониторинг оборудования;

• увязать резервное питание с общей схемой электроснабжения;

• обеспечить возможность дальнейшего расширения.

При проектировании системы электроснабжения ТТ-ГРУПП предусматривает решения по бесперебойному и гарантированному питанию, а также проектирует распределительные сети, щитовое оборудование, заземление и молниезащиту.

Сколько должна работать система от батарей

Единого правильного значения не существует. Продолжительность определяется задачей. Для серверной автономность может быть рассчитана так, чтобы оборудование успело корректно завершить работу. Если ИБП используется совместно с генератором, батареям зачастую необходимо закрыть интервал между аварией внешней сети и стабильным запуском резервного источника. Если генератора нет, расчет может выполняться на существенно более длительное время.

При выборе учитываются:

• мощность подключенной нагрузки;
• требуемая автономность;
• емкость и количество аккумуляторов;
• эффективность преобразования;
• условия эксплуатации;
• перспективы расширения оборудования.

Поэтому заявление «этот ИБП работает один час» без указания нагрузки практически ничего не говорит о реальной системе.

Мониторинг: узнать об аварии раньше пользователя

Современный ИБП может быть частью системы мониторинга. Это особенно полезно, когда оборудование находится в отдельной серверной, техническом помещении или на удаленном объекте. Можно контролировать состояние сети, работу от батарей, уровень нагрузки и некоторые другие параметры, а при наличии соответствующих интерфейсов — передавать информацию в систему мониторинга. Например, SKAT-UPS 3000/1800 из каталога ТТ-ГРУПП оснащен USB, RS-232 и слотом для SNMP-карты, что позволяет интегрировать его в инфраструктуру контроля оборудования. Для организации, у которой десятки инженерных узлов, такой подход значительно удобнее ручной проверки каждого устройства.

Реальный пример: ИБП для музейного комплекса

Один из проектов ТТ-ГРУПП показывает, что резервное питание актуально далеко не только для серверных и промышленных предприятий. Специалисты компании установили источник бесперебойного питания в здании музейного комплекса. На объекте использовался трехфазный ИБП RAMbatt Trio TRIOTT20 TRIOTT20A10 мощностью 20 кВА с входом и выходом 380 В и нулевым временем переключения на батареи.

Необходимость резервирования здесь вполне практическая: внезапное отключение способно остановить интерактивное оборудование, нарушить проведение экскурсионных программ и вызвать сбои в работе инженерных систем. На сайте проекта также отмечается возможность сохранения питания аварийного освещения и корректного отключения оборудования при длительной аварии. Такой пример хорошо показывает главный принцип: систему бесперебойного питания подбирают не по типу здания, а по последствиям возможного отключения электроэнергии.

Ошибки, которые становятся заметны только при аварии

Проблемы резервного электропитания долго могут оставаться скрытыми. Электричество в здании есть — значит, кажется, что все работает. Но при первом серьезном отключении выясняется, что батареи потеряли емкость, нагрузка выросла после установки нового оборудования, часть устройств вообще не подключена к резервной линии, а автономности вместо расчетных 30 минут хватает на пять. Поэтому еще при проектировании важно задать несколько простых вопросов:

• Что действительно должно работать при аварии?

• Какова фактическая мощность этой нагрузки?

• Как долго ее необходимо поддерживать?

• Что произойдет после разряда аккумуляторов?

• Есть ли генератор?

• Можно ли обслужить ИБП без отключения критической нагрузки?

• Как оператор узнает о неисправности батареи?

Именно ответы на эти вопросы превращают отдельный UPS в полноценную систему бесперебойного электропитания.

Бесперебойное электропитание с ТТ-ГРУПП

ТТ-ГРУПП выполняет проектирование систем бесперебойного электропитания, подбор оборудования, монтаж ИБП, пусконаладочные работы и дальнейшее техническое обслуживание систем бесперебойного питания. Эти услуги входят в направление электромонтажных работ компании.

При комплексной работе резервное питание может быть связано с другими направлениями ТТ-ГРУПП: проектированием и монтажом систем электроснабжения, щитового оборудования, заземлением и молниезащитой, системами освещения и автоматизацией. Для оборудования безопасности доступны также проектирование и монтаж видеонаблюдения, СКУД, охранных и противопожарных систем, СКС, ЛВС и ВОЛС.

В каталоге ТТ-ГРУПП предусмотрен отдельный раздел «Источники бесперебойного питания и АКБ». Здесь можно подобрать оборудование под конкретную задачу, в том числе профессиональный онлайн-ИБП SKAT-UPS 3000/1800 Бастион для серверного, телекоммуникационного и другого чувствительного оборудования. Для распределенных систем видеонаблюдения также представлены коммутаторы TFortis со встроенным UPS, позволяющие обеспечить резервное питание удаленных IP-камер и сетевых узлов.

При новом строительстве или модернизации существующего объекта специалисты ТТ-ГРУПП могут оценить нагрузку, определить требуемую автономность, разработать схему резервирования, подобрать оборудование и выполнить монтаж. Такой подход позволяет создать систему, которая действительно сохраняет работу важного оборудования в тот момент, когда внешнее электроснабжение перестает быть надежным.