16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/345-346/200217.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 13-14 (345-346) июль 2018 года

Преимущество модульной архитектуры при выборе источника бесперебойного питания (ИБП)

Электротехника Зуев А. Г., Главный инженер по технической поддержке ИБП
ИБП для ЦОД Modulon DPH

Одно из требований, стоящих перед современными ИБП, наряду с качеством электрических параметров оборудования – его надежность и экономические показатели. Попытаемся разобраться с особенностью применения разных типов ИБП, отличающихся архитектурой построения.

Итак, по своей архитектуре ИБП принято делить на моноблочные и модульные устройства. К моноблочным системам относят ИБП, состоящие из минимального набора силовых узлов на уровне одной электротехнической установки (блока, стойки), без предусмотренного резервирования их с целью поддержания всех заявленных функций и без возможности их оперативной замены. К модульным системам можно отнести ИБП с возможностью резервирования всех силовых узлов (в некоторых случаях и логических цепей) на уровне отдельных, быстро и удобно заменяемых функциональных модулей с поддержанием всех заявленных функций. Цепи электронного и ручного байпаса не являются полноценным резервом, так как при их применении ИБП утрачивает ряд своего функционала.



Экономическая эффективность

Справедливо рассматривать моноблочные и модульные ИБП в экономическом аспекте, где оба типа устройств имеют свои преимущества и недостатки.

Моноблоки – дешевле по цене, но увеличение мощности системы или добавление необходимого резерва требуют покупки еще одного или нескольких однотипных ИБП, а это уже становится дорогим решением. Кроме того, как правило, моноблок состоит из дорогостоящих элементов (компонентов), рассчитанных на соответствующие мощности, а их диагностика и замена требуют дополнительных затрат (например, невозможность ремонта в сервисном центре и вынужденный выезд инженера на место установки оборудования). Все перечисленное в целом увеличивает стоимость ремонта.

Модульные ИБП – как правило, дороже моноблоков, но они позволяют более экономично постепенно наращивать мощность системы и обеспечивать требуемый резерв. Стоимость одного функционального модуля (например, силового модуля) – значительно меньше стоимости целого ИБП, а ремонт неисправного компактного узла, состоящего из недорогих компонентов, может выполняться без сопутствующих расходов на территории сервисного центра поставщика или производителя, что в целом не приводит к большим затратам.



Надежность

Но не следует забывать о надежности системы питания. Не погружаясь в глубину понятий и определений теории надежности, вспомним ее основные положения.

Надежность, как известно – свойство объекта сохранять во времени способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002-2015). Надежность является комплексным понятием, включающим в себя: безотказность, ремонтоспособность, восстанавливаемость (самовосстанавливаемость), долговечность, сохраняемость, готовность.

Применение любого ИБП уже повышает надежность системы в целом по таким свойствам, как, например, безотказность, восстанавливаемость и готовность. ИБП продолжает питать нагрузку при возникновении отказа или сбоя во входной электрической сети и способен вновь подать питание в нагрузку после разряда собственной батареи при восстановлении электроэнергии на входе и т. д.

Можем отметить, что у модульных ИБП лучше такой показатель ремонтопригодности и восстанавливаемости, как среднее время восстановления (mean restoration time) – математическое ожидание времени восстановления (математическое ожидание – это среднее значение случайной величины), так как восстановление работоспособности системы требует только замены функционального модуля, а не ремонта ИБП. В свою очередь это повышает коэффициент готовности (availability factor) – комплексный показатель готовности системы, обозначающий вероятность того, что ИБП в конкретный момент времени окажется в работоспособном состоянии.

Имеются также известные нам количественные показатели безотказности:

вероятность безотказной работы (reliability) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ ИБП не возникнет;

средняя наработка на отказ (mean operating time to failure – MTTF) – математическое ожидание наработки ИБП до отказа;

средняя наработка между отказами (mean operating time between failuresfailure – MTBF) – математическое ожидание наработки ИБП между отказами.

Очевидно, что указанные показатели безотказности взаимосвязаны между собой, а вероятность безотказной работы ИБП зависит от надежности составляющих его элементов (компонентов и отдельных узлов).

Такие из перечисленных выше свойств надежности, как долговечность и сохраняемость, существенно не зависят от выбора архитектуры ИБП, и в данной статье мы не будем о них говорить.


ИБП без резервирования

Если рассматривать модульные ИБП без резервирования по мощности, то отказ любого из функциональных модулей приводит к неисправному состоянию всей системы. В этом случае наша модульная система по параметрам надежности эквивалентна системе из последовательно соединенных элементов, отображающих структурную схему надежности ИБП (см. рис. 1).

Рис. 1



В соответствии с теоремой умножения вероятностей независимых событий известно, что вероятность безотказной работы всей системы будет равна произведению вероятностей безотказной работы каждого функционального (силового) модуля. И как следует из формулы (1), вероятность безотказной работы всей системы будет меньше (хуже), чем вероятность безотказной работы одного функционального модуля или моноблочного ИБП с аналогичными показателями надежности:

P(t)Ʃ = P(t)1•P(t)2 …. •P(t)n = ∏ (P(t),(1)

где P(t)Ʃ – вероятность безотказной работы всей системы (относительная величина, находящаяся в пределах 0–1);

P(t)i – вероятность безотказной работы отдельного функционального модуля (i = 1,2 … n).


Модульные ИБП с резервированием

Если мы рассматриваем модульные ИБП с резервированием по мощности, то картина меняется принципиально. У нас имеется один или более (M-n) функциональных модулей, предназначенных для резервирования всей системы. Где n – минимально необходимое количество функциональных модулей для питания нагрузки (например, силовых модулей), а M-n – количество резервных модулей. Это означает, что в общей системе, при выходе из строя некоторого количества функциональных модулей, предусмотренного резервом, система продолжит исправно работать. В этом случае структурная схема надежности имеет параллельное ответвление, а суммарная вероятность безотказной работы определяется более сложным расчетом (см. рис. 2).

Рис. 2



Но обо всем по порядку. Для упрощения расчетов безотказности, рассмотрим модульную систему со схемой резервирования 1+M (система с нагруженным резервом – когда все модули учувствуют в работе), т. е. система остается в исправном состоянии, пока в работе находится хоть один функциональный модуль (см. рис. 2):

P(t)Ʃ = 1 − ∏ (1 − P(t)i), (2)

где P(t)Ʃ – вероятность безотказной работы всей системы (относительная величина, находящаяся в пределах 0–1);

(1 – P(t)i) = Q(t)i – вероятность отказа функционального модуля i;

P(t)i – вероятность безотказной работы отдельного функционального модуля i (i = 1,2 … 1+M).

Формула (2) получается из анализа того, что отказ системы наступает, когда выйдут из строя все входящие в нее элементы, и соответственно вероятность отказа системы (в соответствии с теоремой умножения вероятностей для независимых событий) определяется выражением:

Q(t)Ʃ = 1 - P(t)Ʃ = ∏ Q(t)I = ∏ (1 − P(t)i), (3),

где Q(t) Ʃ – вероятность отказа всей системы,

отсюда получаем указанную выше формулу (2):

P(t)Ʃ = 1 - Q(t)Ʃ = 1 − ∏ (1 − P(t)i).

Теперь для примера выполним расчет надежности системы из трех функциональных модулей, собранной по схеме резервирования N+1, где N = 2 (см. рис. 3).

Рис. 3



Считаем, что вероятность безотказной работы для каждого функционального модуля одинакова и составляет – P(t)i = 0,9:

Вероятность безотказной работы без резерва (двух модулей) P(t)Ʃa = ∏ (P(t)i) = 0,92 = 0,81 (3).

Вероятность безотказной работы цепи резерва (одного модуля) P(t)Ʃb = 0,9 (4).

Вероятность безотказной работы всей параллельной системы (системы из трех модулей)
P(t)Ʃ = 1 − ∏ (1-P(t)i) = 1 − (1 – 0,81) •(1 − 0,9) = 0,98 (5).

Как следует из полученного результата (5), при наличии резервирования в модульной системе суммарная надежность выше (лучше) надежности каждого в отдельности функционального модуля и выше надежности аналогичной моноблочной системы.



Вывод

ИБП с модульной архитектурой наиболее эффективны и оптимальны в применении, при условии добавления в общую систему резервных модулей (модуля). Т. е. необходимо обязательно использовать резерв по мощности. В противном случае данные ИБП выигрывают у моноблочных устройств только по показателям ремонтопригодности и восстанавливаемости, а по показателям надежности и экономичности (высокой стоимости) – проигрывают.

Компания Delta Electronics производит широкий спектр моделей ИБП, предназначенных для различных сегментов рынка. К модульным системам относятся устройства серий NH Plus и DPH. Данные ИБП обладают лучшими в своем классе надежностью и продолжительностью безотказной работы. Гарантируя высокую эксплуатационную готовность, они способствуют сокращению эксплуатационных затрат.




Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 13-14 (345-346) июль 2018 года:

  • Россия – Корея: укрепляя инновационное сотрудничество
    Россия – Корея: укрепляя инновационное сотрудничество

    Республика Корея выступит партнером крупнейшей в России международной промышленной выставки ИННОПРОМ-2018, которая начнет свою работу 9 июля в Екатеринбурге. Более 100 корейских компаний примут участие в выставке, чтобы укрепить сотрудничество между Россией и Кореей. ...

  • Чтобы не купить «кота в мешке»: как проверить надежность поставщика СИЗ
    Чтобы не купить «кота в мешке»:  как проверить надежность поставщика СИЗ

    В последние два года в России наблюдается существенный рост рынка средств индивидуальной защиты (СИЗ). Это связано с появлением новых правил по охране труда при работе на высоте, вступлением в силу новых ГОСТов. ...

  • Михаил Лаврухин, директор направления ВИЭ компании КРОК: Окупаемость проектов ВИЭ: не так сложно, как кажется
    Михаил Лаврухин, директор направления ВИЭ компании КРОК: Окупаемость проектов ВИЭ: не так сложно, как кажется

    Популярность возобновляемых источников энергии во всем мире стремительно растет. Драйвером их развития является экологическая политика развитых стран, направленная на снижение выбросов CO2, повышение энергоэффективности энергетической системы в целом, а также на замещение органического топлива и снижение зависимости от его импорта. Для увеличения доли ВИЭ в энергобалансе, на различных институциональных уровнях внедряются механизмы подде...

  • Источник непрерывного производства
    Источник непрерывного производства

    С момента внедрения конвейера Генри Фордом производство становилось все более поточным и автоматизированным. Сегодня к этому тренду добавился еще один – увеличение количества операций в рамках одного конкретного станка или автомата....

  • Дмитрий Козак тушит бензиновую лихорадку
    Дмитрий Козак тушит бензиновую лихорадку

    «Один из самых закрытых российских зампредов», – такую характеристику получил Дмитрий Козак, человек, которому поручено курировать промышленность и энергетику в обновленном правительстве РФ. ...