№ 4 (65) 2012

Владимир СКЛЯР

Системы постоянного тока широко используются не только в сфере телекоммуникаций, промышленности и энергетики, но и в некоторых случаях применяются также для питания сетевого и серверного оборудования в центрах обработки данных (ЦОД). и хотя тенденция проникновения электропитающих устройств такого типа в ИТ-сферу пока что в зачаточном состоянии, но есть все основания считать, что сражения за базовые принципы электропитания для потребителей корпоративного уровня еще впереди.

Идея использования систем постоянного тока все глубже проникает в умы разработчиков, и, неровен час, будут найдены решающие аргументы, которые заставят нас забыть о системах переменного тока как об удручающем и неудобном во всех отношениях архаизме. Фантастика? Возможно. Поживем — увидим.
 

Сегментация сфер применения

Системы непрерывного элек-тропитания постоянного тока используются в телекоммуникациях и промышленности. Причем, по мнению экспертов, это два до-
статочно разных сегмента рынка, которые слабо пересекаются и имеют свои характерные особенности. Отличия при этом состоят не столько в величине питающего напряжении (для телекоммуникаций — 24, 48 и 60 В, для промышленных систем — 110 и 220 В), сколько в требованиях к надежности таких решений, длительности времени резервирования, особенностях охлаждения и даже приверженности потребителя к тем или иным техническим реализациям. В информационных источниках производителей модельные ряды ЭПУ четко позиционируются по назначению.
 

При этом современное телекоммуникационное оборудование ориентировано на напряжение 48 В, и большая часть систем выпускается под этот номинал. Хотя совсем недавно для базовых станций мобильной связи было достаточно распространенным напряже­ние питания 24 В. Но есть ниши, в которых 24 В еще применяются

— трубопроводный транспорт, мор­ские буровые платформы, подво­дные лодки и пр. Если говорить о 60 В, то это уж и вовсе редкость, оставшаяся со времен СССР.

Особенность телекоммуникационного рынка состоит в том, что оператор мобильной или фиксированной связи при заказе обо-рудования, как правило, получает в комплекте сразу и системы питания. По словам экспертов, такая политика характерна для большинства производителей. Очевидно, что она очень осложняет бизнес дистрибьюторам ЭПУ, которые за-частую вынуждены ограничиваться заключением несвойственных для себя договоров на сервисное обслуживание, приемлемых скорее ин-теграторам комплексных решений.

Важным характерным отличием ЭПУ для промышленных применений является соотношение между стоимостью выпрямительного оборудования и аккумуляторных батарей. Если в телеком-сегменте эти составляющие примерно равновелики (вариации составляют ± 10%), то в индустриальных системах питания затраты на АКБ могут составлять 60-70% и выше.

При этом для промышленных применений, как правило, предлагаются либо готовые шкафные комплексы, в которые монтируются модульные системы, а также устанавливаются аккумуляторные батареи, либо уже на локальном рынке местные компании-интеграторы самостоятельно компонуют систему под требования заказчиков. Удобство готовых фирменных решений — в наличии на лицевой панели шкафа большого числа индикаторов, информирующих оператора о состоянии всех узлов и системы в целом, а также надежность заводского исполнения.

По мнению экспертов рынка, поставки систем постоянного тока в телекоммуникационный сектор Украины составляют 80-90% общего объема рынка.

Элементы и составные части ЭПУ

Собственно говоря, основные узлы электропитающих установок (ЭПУ) постоянного тока содержат выпрямитель с аккумуляторной батареей на выходе. Доля выпрямителей в общей стоимости ЭПУ наиболее высокая и, по оценкам экспертов, достигает 80-90%. Сами аккумуляторы обычно не поставляются производителями систем постоянного тока, а устанавливается интеграторами при монтаже оборудования у заказчика. При этом часто поставщики ЭПУ одновременно занимаются также и дистрибуцией аккумуляторных батарей. В составе ЭПУ нередко присутствует также контроллер, иногда, по мере необ-ходимости, добавляются инверторы и конверторы напряжения.

При этом контроллер обеспечивает функции сбора статистики, удаленного доступа, отключения аккумуляторов и нагрузки при выходе напряжения за установленные пределы. В любом случае, если это устройство даже выйдет из строя, то на основных функциях системы электропитания это не скажется. Хотя для операторов связи уведомление в удаленном режиме о пропадании питания или поломке оборудования является крайне необходимой функцией.

Аккумуляторные батареи (АКБ) обеспечивают заданное время питания оборудования при пропадании напряжения во входной сети. При этом они работают в так называемом буферном режиме, когда напряжение на выходе выпрямителя, выполняющего также функцию зарядного устройства, превышает номинальное напряжение аккумулятора. Например, при паспортном значении 48 В рабочее напряжение на выходе АКБ составляет 54 В. При наличии сети нагрузка питается напрямую с выпрямителя. Когда сеть пропадает, оборудование начинает использовать энергию, накопленную в АКБ.
 

Если на объекте возникает необходимость использования напряжения с номиналами, отличающимися от основного, то в этом случае используют повышающие либо понижаю-щие конверторы (преобразователи DC/DC). Установка конверторов, а не обычных выпрямителей, на необходимое напряжение зачастую вполне обоснована. Ведь в этом случае на выходе все равно потребуется установить дополнительную батарею (с номиналом напряжения, отличным от основного). При этом ее время резервирования должно быть сравнимо с аналогичным показателем для основной системы электропитания. А это — дополни-тельное место и расходы на покупку еще одной АКБ, но с другим номинальным напряжением. Использо-вание же конверторов позволяет обойтись одним аккумуляторным комплектом на всю систему элек-тропитания потребителя. Доля конверторов в общей стоимости ЭПУ составляет около 5-10%.

В случае использования на теле-коммуникационных или промышленных объектах компьютерной или серверной техники также возникает вопрос обеспечения ее гарантированным электроснабжением. Установка отдельного инвертора в этом случае снимает остроту проблемы, поскольку переменное напряжение 220 В будет подаваться потребителю в течение такого же времени, как и для других узлов системы. Если же нагрузка не является критичной, то ее можно вполне запитать от небольшого отдельного ИБП. Однако время резервирования в этом случае будет определяться емкостью батареи этого источника. Инверторы также занимают небольшую долю рынка — порядка 5% от общей стоимо¬сти оборудования электропитания.
 

В настоящее время ЭПУ строятся, как правило, по модульному принципу, который позволяет легко наращивать мощность системы электропитания до необходимой, а также обеспечивать резервирование по схеме N+1. Выпрямительные модули при этом подключаются к общей выходной шине. Взаимодействие между ними и балансировка нагрузки осуществляется через специальную сигнальную шину. Такой же принцип модульного наращивания используется при установке нескольких конверторов или инверторов..

Модульность и гибкость

На практике система электропитания представляет собой продукт, состав и структура которого формируются под требования заказчика. Это может быть как отдельный шкаф, так и готовый конструктив необходимой высоты для установки в 19-дюймовый шкаф или стойку.

Например, компания Eltek предлагает операторам достаточно популярную систему питания FlatPack2, включающую панель распределения постоянного тока высотой 4U и корзины Power Rack, в каждой из которых может быть размещено до 4 выпрямительных модулей FlatPack2 (всего до 16). В состав системы входят также блок контроля и управления, контакторы отключения нагрузки и батарей. АКБ в этом случае монтируются отдельно. Одним из достижений компании является выпрямительный модуль повышенной эффективности Flatpack2 High Efficiency, КПД которого составляет 96%, что позволяет значительно экономить потребляе-мую электроэнергию.

Похожие конструктивы (системы Guardian) предлагает для операторов связи также компания Power-One. Ее решения комплектуются выпрямительными модулями и контроллерами с возможностью удаленного мониторинга.

Аналогичные модульные системы Slimline представлены компанией Benning.

Модульные ЭПУ становятся стандартом дефакто для операторов связи, которые предпочитают наращивать мощность электропитания стандартными комплектами.

Отметим, что большинство производителей имеют в своем портфеле полный спектр решений для удовлетворения потребностей заказчиков.
 

В любом случае при проектировании и монтаже ЭПУ предлагаемые компоненты (выпрямительные блоки, контроллеры, инверторы и конверторы) будут установлены в шкаф или стойку и составят в итоге целостную систему электропитания.

При этом удельная стоимость и конструктивные размеры новых поколений ЭПУ непрерывно снижаются, а их энергоэффективность растет. Еще 10 лет назад стоимость выпрямителя мощностью 1 составляла порядка $1000. Сейчас же устройство такого же размера обеспечивает уже мощность в два раза более высокую, а его цена — около $300. Выпрямительные модули предыдущего поколения имели КПД 92%. Сейчас же на смену им приходит оборудование с более высоким КПД — до 96%..

Кто на рынке всех сильнее?

История появления на украинском рынке зарубежных систем электропитания для телекоммуникационного сектора напрямую связана с экспансией мировых про изводителей оборудования связи. А дальнейшая судьба и перспективы развития рынка ЭПУ опять-таки будут напрямую зависеть от активности внедрения операторских решений на сети.

Поскольку указанные сегменты очень тесно связаны между собой, есть смысл сделать небольшой исторический экскурс. Известно, что оборудование связи иностранного производства начало появляться в нашей стране вместе с горбачевской перестройкой, а затем — с обретением независимости. С системами электропитания западного образца (табл.) операторы связи начали знакомиться, прежде всего, на примере оборудования компании Вenning. Хотя вначале то и операторов никаких не было. Появление и становление общеукраинского «Укртелекома» привязано к 1993 году. А первые мобильные операторы начали предоставлять услуги населению в 1993-1997 годах. Приобретая телефонные станции западного производства (EWSD, 5Е8Б и 1000Е10), а затем и выпуская их на отечественных предприятиях, инженеры обратили внимание, что системы электропитания на этом оборудовании лучше и качественнее, чем их отечественные аналоги.

В те далекие годы динамично развивалась как фиксированная телефонная связь, так и мобильная. Оператор иМС для своей сети закупал телефонные станции EWSD компании Siemens. Возможно, именно поэтому первые системы постоянного тока у них также были немецкого производства — Вenning. Несколько позже на рынке появился еще один оператор мобильной связи — компания «Киевстар», которая использовала оборудование Ericsson. Из-за территориальной близости стран производителей, а может быть, и по корпоративным соображениям, но для электропитания оборудования «Киевстар» использовались ЭПУ норвежского производителя — компании Eltek. Отметим, что норвежский Telenor является одним из акционеров Eltek, наряду с тем, что ему также принадлежит весомая доля «Ки-евстара». Так что нет ничего удивительного в этой бизнес-связке.

Именно Eltek в настоящее время является безусловным лидером украинского рынка систем постоянного тока для операторского сегмента. Большинство экспертов утверждают, что ее доля составляет от 50% до 70%. Присутствие остальных торговых марок оценивается по-разному, но в целом в диапазоне не выше 5-10%.

Еще недавно лидер рынка носил имя Eltek Valere (с 2007 года по 2012-й), и связано это было с приобретением в 2006 году американского производителя Valere Power с последующим предсказуемым выходом на американский рынок. Примерно в то же время в состав Eltek вошел немецкий завод Convertronic. С 2012 года название производителя вернулось к прежнему формату — Eltek, а сама компания сейчас входит в состав корпорации Eltek Group.

Поставки оборудования Eltek в Украине курирует Виктор Вольвач, директор по продажам в странах СНГ. Дистрибьюторами выступают «Бест Пауэр Украина», «Элтек Украина» и «Проэлектро». Первая из упомянутых компаний — самый давний украинский партнер норвежского производителя, занимавшийся поставками ЭПУ Eltek еще с 1999 года. Компания «Элтек Украина» появилась на рынке в 2004 году и специализируется на поставках оборудования в основном для украинских операторов связи.

«Проэлектро» — давний участник рынка систем электропитания. В свое время компания завозила системы Benning для операторов связи. Однако с момента появления в 2006 году на украинском рынке дочерней структуры этого немецкого производителя, — компании «Беннинг Пауэр Электро- никс» — все функции дистрибьютора перешли к дочерней фирме. В 2007 году «Проэлектро» заключила дистрибьюторское соглашение с Eltek и начала новую для себя фазу работы с системами постоянного тока. Но поскольку ранее компания выполняла поставки на рынок оборудования немецкой фирмы Convertronic (приобретенной впоследствии Eltek), то такой шаг стал, по сути, продолжением линии сотрудничества с предыдущей торговой маркой. В то же время у компании остались и партнерские отношения с «Беннинг Пауэр Электроникс», которые при необходимости позволяют обеспечивать нужный уровень сервиса по выполненным ранее проектам.

В настоящее время продукция Benning занимает достаточно сильные позиции в украинском промышленном сегменте. При этом большая часть продаж оборудования этого производителя (60-70%) приходится на промышленный сектор.

Оборудование американской компании Power-One с 2002 года поставляет в Украину компания «Пауэр Эксперт», имеющая статус дистрибьютора. Производитель специализируется на ЭПУ для телекоммуникационного сектора и имеет в своем портфеле большой набор решений различной мощности. В течение многих лет поставки оборудования Power-Опе выполнялись большей частью для таких операторов, как УМС, «Укртелеком», «Укрком». Для питания базовых станций используются ЭПУ мощностью до 6,5 кВт при средней мощности потребления в районе 3 кВт. Это позволяет устанавливать комплект из расчета 4-5 выпрямительных модулей на один сайт оператора.

«Пауэр Эксперт» поставляет на рынок также модульные инверторные системы бельгийской компании СЕ+Т. Особенность этих решений в том, что на вход одновременно подается как постоянное напряжение (24 или 48 В), так и переменное 220 В. При этом на выходе инвертора установлен специальный коллектор, который позволяет объединять цепи подачи питания от входной сети и внутреннего инвертора. В случае отказа входной линии питания на нагрузку будет поступать напряжение, формируемое собственно инвертором от АКБ. При необходимости профилактических работ с батареями их можно беспроблемно отключить, поскольку нагрузка не будет обесточена. При этом отсутствует статический переключатель, который был бы необходим в традиционных решениях.

К тяжеловесам систем постоянного тока следует причислить также и компанию Emerson. ЭПУ данного производителя поставляются на украинский рынок, как правило, уже в составе операторского оборудования, будь то базовые станции мобильной связи или узловые АТС. Учитывая такую ситуацию, компания «Альфа Гриссин Инфотек Украина», являющаяся дистрибьютором оборудования Еmeeson в Украине, в этом году сформировала в рамках фирмы специальное подразделение по системам постоянного тока и обучила своих специалистов выполнению работ по сервисному обслуживанию ЭПУ Еmerson. В планах компании также прямые поставки таких систем, причем не только в операторский сегмент, но и для промышленности.

Перспективы этого направления связаны с активизацией работы на украинском рынке компании Huawei — поставщика операторских решений. По словам экспертов, оборудование этого произво¬дителя комплектуется системами электропитания, выпускаемыми на азиатском заводе Emerson. С учетом продолжающегося экономического кризиса может оказаться, что все большее стремление операторов к экономии финансовых ресурсов придет в равновесие с непрерывно возрастающим уровнем технических разработок этого производителя. В результате оборудование связи Huawei начнет применяться достаточно часто, вытесняя, тем самым, с рынка и оставшихся производителей систем постоянного тока.

Еще один европейский производитель ЭПУ — финская Efore Group — представлена в Украине своим дистрибьютором — компанией «НТТ Энергия». Для базовых станций мобильной связи завод-изготовитель выпускает системы POMO 500. Они просты в установке и позволяют сэкономить пространство в производственных помещениях. В состав системы входят модульные выпрямители на 48 В мощностью 500 Вт. Еще одна ЭПУ (POMO 1500) является универсальной с точки зрения области применения и состоит из выпрямительных модулей на напряжение 24, 48, 60, 110 и 125 В.

Системы постоянного тока азиатского производителя Delta представляет на украинском рынке компания «Синапс», обладающая статусом дистрибьютора и предлагающая комплексные системы собственной разработки, использующие компоненты упомянутого бренда — выпрямители и контроллеры. Это оборудование используется в системах электропитания серии СНЭ на 24 В и 48 В. «Синапс» предлагает на рынке также услуги по строительству базовых станций мобильной связи. Из сайта компании можно почерпнуть, что основные операторы, для которых «Синапс» выполнял строительство БС — «МТС Украина» и «Утел». Для этих же компаний выполнялись и поставки систем электропитания мощностью до 5 кВт.

Эксперты также обращают вни-мание на активность отечествен¬ного производителя ЭПУ — тернопольскую компанию «Интеграл» (http://integral.pp.ua). Эта фирма была основана в 1995 году и специализируется на выпуске компонентов и систем электропитания для предприятий энергетики, связи, пожарной и охранной сигнализации. Компания активно взаимодействует с отечественными операторами фиксированной связи, выполняя, в частности, достаточно регулярные поставки для «Укртелекома». Например, только за 2008 год было реализовано свыше 600 комплектов оборудования, в том числе 100 из них — на 60 В и 450 — на 48 В. Поскольку по другим годам компания сведений не приводит, следует понимать, что это был самый успешный период в деятельности производителя..

Цифры и экспертные оценки

Рынок систем постоянного тока достаточно специфичен. Здесь заказчиками являются операторы фиксированной и мобильной связи, а также промышленные предприятия. От их потребностей, точнее, от состояния телекоммуникационных рынков, а также динамики развития и модернизации энергетических и промышленных объектов, напрямую зависят объемы продаж ЭПУ постоянного тока.

На начальных этапах становления отрасли мобильной и фиксированной связи в Украине рынок ЭПУ быстро и интенсивно развивался. Каждая базовая станция нуждалась в системе электропитания. А за время развертывания операторских сетей были установлены десятки тысяч таких станций по всей стране.

Зная количество установленных комплектов сетевого оборудования различными операторами (а такие данные публикуются), можно относительно легко посчитать ежегодный объем рынка систем электропитания. Для этого достаточно перемножить число введенных в строй базовых станций мобильных операторов на стоимость ЭПУ мощностью 5-6 кВт. Именно на такое потребление, как правило, рассчитывают опе¬раторы свои системы. Для справки, стоимость системы питания мощностью 5-6 кВт без батарей лежит в диапазоне $4-5 тыс. А если учитывать комплект батарей емкостью, например, две группы по 300 А ч, то к этой сумме нужно добавить еще $2,5-3,0 тыс.

Конечно, в этом случае не будут учтены системы, предназначенные для питания коммутационных станций, различного сетевого оборудования, решения для организации фиксированной связи.

За последнее время (не самое удачное для операторов мобильной связи) среднегодовой объем рынка ЭПУ эксперты рынка оценивают величиной порядка $10 млн. Учитывая, что ЭПУ поставляются операторам связи не только для базовых станций, а также наличие промышленного сектора, указанная сумма объема рынка соответствует примерно 910-ти установленным базовым станциям. Желающие могут вооружиться калькулятором и убедиться, что в 2005-2008 годах этот показатель был гораздо выше.

Украинский рынок систем элек-тропитания для операторов связи намного более емкий, чем промышленный сегмент, по оценкам составляющий $2-3 млн. Но в то же время проекты, например, в энергетической сфере гораздо привлекательнее как для производителей оборудования, так и для поставщиков решений.

Несмотря на кажущуюся схо¬жесть предлагаемых систем непрерывного электропитания, эти два рынка кардинальным образом отличаются друг от друга. Телекоммуникационный рынок ЭПУ переживший в свое время бурный рост и стабилизацию, теперь вступил в фазу стагнации. Тем не менее объемы заказов на системы электропитания все еще остаются на достаточно высоком уровне, чтобы побороться за этот пирог.

Это первая попытка разобраться в хитросплетениях рынка систем постоянного тока. Его телекоммуникационный сегмент сильно привязан к состоянию рынка фиксированной и мобильной связи; промышленный — более независимый. Перераспределение продаж в сторону индустриальных решений — знак времени. Хотя шансы на подъем телекоммуникационного сектора до конца не исчерпаны и связаны с развитием мобильных систем связи следующего поколения, а также услуг широкополосного доступа.

Автор благодарит Дмитрия Искренко («Пауэр Эксперт»), Рената Хайрова («Бест Пауэр Украина»), Владимира Погорецкого («Беннинг Пауэр Электронике»), Виктора Вольвача (ЕШк), Вадима Шандренко («Элтек Украина»), Дениса Фомкина («Проэлектро»), Олега Гученко («СВ-Альтера»), Леонида Кашпарова («Альфа Гриссин Инфотек Украина»), Вячеслава Ягодзинского («Синапс») за консультации и помощь в написании статьи.

Владимир СКЛЯР,

СиБ 

№ 4 (сентябрь) 2012