|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поспорили как-то два байпаса — кто из них важнее. — Конечно же, я, — начал статический байпас. В случае если нагрузка превысит допустимую величину или откажет инвертор, нет другого способа оперативно перейти на питание от сети. — Полная ерунда, — возмутился сервисный байпас. — Перегрузка чаще всего случается при коротком замыкании на выходе, когда никакой байпас уже не поможет, а лишь автомат или плавкий предохранитель. Хотя относительно инвертора ты, возможно, и прав. А вот без меня никакой ИБП не отремонтируешь. Ведь нет другого способа подать входное напряжение напрямую к потребителям, кроме как создав обходной путь. Поэтому я важнее.
— Может, это и так. Но ведь прежде чем
включить ручной байпас, вначале включают электронный, иначе не миновать
сбоя компьютерного оборудования, — поставил точку в дискуссии статический
переключатель.
Не будем вмешиваться в пререкания этих благородных сеньоров, пока самостоятельно не изучим данный вопрос. Итак.
Исторически так сложилось, что большинство источников бесперебойного питания имеют в своем составе инвертор. Он обеспечивает выработку напряжения для питания нагрузки при отключении электросети (в устройствах резервного и линейно-интерактивного типа) или постоянно (в системах с двойным преобразованием энергии). В случае выхода этого элемента из строя ИБП не сможет обеспечить резервное питание нагрузки. Именно поэтому инженеры предусмотрели наличие обходного пути (статический, он же — электронный байпас), который автоматически включается при перегрузке или выходе инвертора из строя. Тем не менее этот элемент присутствует далеко не во всех типах ИБП. Так, в резервных источниках переключение на батарею происходит при пропадании входного напряжения. Если в этот момент инвертор вдруг выйдет из строя, то переключение на внешнее питание выполнить будет невозможно. Поэтому и устанавливать статический байпас в ИБП резервного типа нет никакого смысла. Собственно, в основном рабочем режиме нагрузка и так практически питается от входной сети (если не считать фильтр). Линейно-интерактивные ИБП, в контексте исследуемого вопроса, также большую часть времени транслируют входное напряжение на выход, хотя и через отводы автотрансформатора. Им также статические байпасы ни к чему. А вот сервисные механические байпасы для подобных устройств корпоративного уровня могут оказаться достаточно полезными. Но об этом чуть позже. И лишь при использовании источников с двойным преобразованием инвертор работает постоянно. Выход его из строя может обесточить нагрузку, и поэтому есть смысл в организации ее автоматического переключения на обходной путь питания, минуя неисправные цепи (рис. 1). Этот переход осуществляется с помощью быстродействующего статического переключателя, выполненного на симисторах (двунаправленных тиристорах). Переключение на байпас происходит также в случае перегрузки ИБП — будь-то из-за больших пусковых токов, ошибок пользователей, подключивших к ИБП слишком большую нагрузку, короткого замыкания в цепи распределения либо по другим причинам.
И лишь при использовании источников с двойным преобразованием инвертор работает постоянно. Выход его из строя может обесточить нагрузку, и поэтому есть смысл в организации ее автоматического переключения на обходной путь питания, минуя неисправные цепи (рис. 1). Этот переход осуществляется с помощью быстродействующего статического переключателя, выполненного на симисторах (двунаправленных тиристорах). Переключение на байпас происходит также в случае перегрузки ИБП — будь-то из-за больших пусковых токов, ошибок пользователей, подключивших к ИБП слишком большую нагрузку, короткого замыкания в цепи распределения либо по другим причинам. Заметим, что при необходимости пользователь может принудительно перевести источник питания на электронный байпас. Это выполняется либо с помощью механического переключателя либо путем ввода соответствующей команды с экрана панели управления ИБП. Благодаря статическому переключателю время перевода нагрузки на внешнее питание составляет несколько миллисекунд и практически не сказывается на работе компьютерного оборудования. Хотя следует отметить возможный скачок уровня напряжения на выходе. Ведь в момент переключения нагрузка питалась от инвертора (220 или 230 В), а статический байпас обеспечил практически мгновенную подачу на нее напряжения входной сети, которое в критических ситуациях может выходить за допустимые пределы. Как правило, статический байпас во всех однофазных ИБП, а также трехфазных системах малой и средней мощности располагается в корпусе основного источника питания. Оборудование более высокого класса предусматривает установку внешних шкафов байпасов, объединяющих в одном корпусе статический и ручной (сервисный) переключатели. Но об этом чуть позже. Переключением в режим байпаса и выходом из него управляет внутренний контроллер ИБП. Напомним, что этот переход возможен только в режиме синхронности напряжений на выходе инвертора и сигнала на байпасном входе источника. В противном случае переключение на обходной путь не произойдет, и ИБП выключится, обесточив нагрузку. Переход на питание от входной сети может произойти также при подключении к выходу источника емкостной нагрузки, что приведет к кратковременному броску тока. Такую ситуацию контроллер ИБП может воспринять как перегрузку и сформировать сигнал перехода на байпас. Но в этом нет ничего непоправимого — через некоторое время после завершения переход¬ных процессов ИБП вернется к нормальному режиму работы. А кроме того, современные инверторы способны выдерживать достаточно большие кратковременные перегрузки без переключения на внешнюю сеть.
Наращивание мощности «по горизонтали» (другими словами, параллельное включение сразу нескольких ИБП на общую нагрузку) — самый простой способ получить систему питания с резервированием (рис. 2). При этом выходы источников соединяются друг с другом, инверторы синхронизируются по напряжению на байпасном входе и управляются, как правило, от одного ИБП, назначаемого «мастером». Поскольку каждый ИБП имеет при этом собственный статический байпас, то переход в обходной режим осуществляется синхронно всеми устройствами. Если параллельная система построена по схеме N+1, то выход из строя одного из источников не приводит к немедленному переключению на входную сеть — ведь мы имеем дело с резервируемой системой электропитания. Просто в этом случае вышедший из строя ИБП отключается от нагрузки.
В параллельных системах одновременность срабатывания статических байпасов обеспечивается за счет быстродействия используемых электронных компонентов и управления из одной точки. Индивидуальные байпасы при таком включении находятся на общей управляющей шине. Для этого при инсталляции системы выполняется ряд необходимых перекоммутаций и соединений. В качестве примера ИБП, обе-спечивающего работу в параллельном режиме, можно привести систему Galaxy 7000 (рис. 3). Как видно из иллюстрации, каждое устройство имеет собственный статический и сервисный байпасы, которые могут выполнять свои функции при параллельном включении нескольких ИБП. Однако считается, что при большом числе источников (больше 4-х) целесообразно применение централизованного модуля, объединяющего в себе функции статического и сервисного байпасов (рис. 4). При этом аналогичные системы отдельно стоящих источников блокируются либо у производителя заказывается специальная конфигурация ИБП без обходных цепей.
Однако не всегда производители параллельных решений придерживаются идеологии «мультибайпасности». Для систем большой мощности предлагаются отдельно выполненные независимые бай-пасные системы, включающие как статические, так и механические соединители. В этом случае при наращивании «по горизонтали» одиночные ИБП могут вообще поставляться без индивидуаль¬ных статических и сервисных байпасов.
Статический байпас в модульных системах Модульные ИБП появились из-за необходимости организации наращиваемых отказоустойчивых систем, позволяющих легко увеличивать необходимую мощность и обеспечивать при этом необходимый уровень резервирования — N+1, N+2, 2(N+1). Кроме того, относительно небольшой размер и вес модулей позволяет в случае неисправности их легко заменять, причем за достаточно короткое время. Модульные системы строятся в виде наращиваемых «по вертикали» блоков, представляющих из себя либо полнофункциональные ИБП, либо специализированные модули. В первом случае каждый «кирпичик» системы электропитания содержит в себе выпрямитель, инвертор, аккумуляторную батарею, блок управления, статический байпас. Здесь мы имеем систему, аналогичную параллельному включению нескольких ИБП. Во втором случае решения представляют собой набор функциональных модулей, каждый из которых выполняет свою определенную задачу. Здесь система электропитания содержит специализированные блоки — силовые, батарейные, управления, статического и сервисного байпаса. Именно в модульных решениях при втором способе реализации мы видим появление реальной возможности вынесения байпаса за пределы силового блока, и более того, использование единого байпаса для всей системы электропитания. Выделение статического и сервисного байпаса в отдельное устройство, дополняющее силовые и батарейные модули, вполне логично. Во-первых, мощность одного такого устройства можно рассчитать «с запасом» под реальную нагрузку. Во-вторых, отпадают опасения касательно гарантированной одновременности переключении группы независимых байпасов. Хотя, в общем-то, это не такая уж и большая проблема — управлять ими можно, подавая сигнал через общую шину от одного контроллера; одновременность переключений здесь гарантирована.
Любое устройство, в том числе и такое, как
ИБП, нуждается в профилактике и ремонте, замене батарей. Механизм, который
позволяет отключить ИБП от питающей сети, обеспечивая при этом
непрерывность питания нагрузки, получил название «сервисный байпас». На
первый взгляд это достаточно простое внешнее устройство, позволяющее
полностью обесточить ИБП, отключив его вход от питающей сети, а выход — от
нагрузки. В некоторых системах для этого используются несколько
переключателей (контакторов), позволяющих в ручном режиме полностью
обесточить ИБП.
Непродуманная реализация такой схемы может привести к кратковременному отключению нагрузки на время срабатывания механических соединителей. Даже в случае, если это будут электронные реле, перерыв в подаче электроэнергии на нагрузку составит ощутимое время и приведет к сбою компьютерного оборудования. Чтобы избежать такой проблемы, применяют достаточно сложную, особенно для непосвященных, последовательность процедур. Вначале ИБП принудительно переводится в режим статического байпаса (переключателем или командой). Далее эта же цепь шунтируется ручным байпасом, отключается выход ИБП, выключается сам источник, а затем и его вход. Для выполнения обратной процедуры подключаем вход, включаем ИБП, после самотестирования переводим его в электронный байпас, подключаем выход, размыкаем шунтирующую цепь, выводим ИБП из электронного байпаса. Что произойдет в случае нарушения порядка вы-полнения этой инструкции, сказать трудно. Скорее всего, производитель должен предусмотреть ошибки обслуживающего персонала и обезопасить оборудование от выхода из строя, а нагрузку — от обесточивания. В одиночных ИБП, где имеются оба типа организации обходного пути, устанавливать дополнительный тиристорный переключатель нет смысла. Его функции выполняет имеющийся статический байпас, получающий команду на принудительное переключение в результате замыкания сухих контактов механического рубильника. Далее уже срабатывает механический контактор, дублирующий подключение нагрузки к внешней сети. В случае модульных или параллельных решений при выносе сервисного байпаса в отдельно стоящий блок статический байпас также может присутство¬вать там, как его неотъемлемая составная часть. В то же время в параллельных системах можно встретить вариант решения, когда статические байпасы стоят в каждом ИБП и управляются путем реакции на замы¬кание «сухих контактов» механического рубильника.
Хотя процедуру перевода в сервисный режим обслуживания каждый производитель для своего оборудования прописывает достаточно детально, бывают критические моменты, когда необходимо действовать быстро (например, из источника повалил дым) или выполнить защиту устройства и системы питания в целом от возможных непродуманных действий оператора. Для этого в сервисных байпасах параллельно с механическим переключателем устанавливают статический, который в момент срабатывания механического контактора обеспечивает питание нагрузки от внешней сети. Электронный тиристорный переключатель в этом случае предваряет механический контакт за счет более раннего замыкания дополнительных («сухих») контактов рубильника. Поскольку предполагается, что ИБП и сеть сфазированы, нагрузка начинает питаться от входной сети через тиристоры. По завершении операции включения сервисного байпаса замыкается механический контактор и появляется параллельная цепь питания нагрузки. Теперь статический байпас можно отключить (хотя если этого не сделать, то ничего страшного не произойдет). Затем отключается вход ИБП — ведь именно для профилактических или ремонтных действий с этим устройством мы и перевели нагрузку на питание от входной электросети. В результате такой операции все цепи питания ИБП оказываются обесточенными, в том числе и контроллер, управляющий байпасом, и последний переходит в режим «выключен». По окончании профилактических работ необходимо включить ИБП и обеспечить защищенное питание нагрузки. На момент включения ИБП контакты механического соединителя (рубильника) все еще замкнуты, как, впрочем, и «сухие контакты». Последний факт информирует ИБП о том, что система находится в режиме сервисного байпаса. Во избежание обесточивания нагрузки в момент отключения ее от внешней сети механическим контактором ИБП сразу же после включе¬ния замыкает статический байпас, дублируя питание нагрузки от внешней сети через электронные цепи тиристоров. Далее осуществляется размы¬кание контактора ручного байпаса и «сухих контактов». После этого ИБП начинает запуск стандартной процедуры переключения на питание от инвертора — синхронизация с электросетью, отключение статического байпаса и переключение выхода инвертора на нагрузку. Говорят, что именно так устроена «защита от дурака». Мы не верим, что инженеры подобного уровня могут быть допущены к работе с таким оборудованием. Но поскольку «береженого Бог бережет», решения с автоматическим включением статического байпаса при использовании механических контакторов должны стать необходимым эле¬ментом любой надежной системы электропитания.
А поскольку байпасы так и не смогли прийти к общему мнению, они позвали к себе источник бесперебойного питания, чтобы он разрешил их спор о том, кто более важен. — Не ссорьтесь, — сказал ИБП. — Вы для меня оба важны и оба полезны каждый в своей ипостаси. И когда требуется обеспечить питание нагрузки по обходной цепи, и когда нужно отремонтировать сам источник, не отключая нагрузку от сети. Причем в этом последнем случае вы оба должны работать слаженно и в нужной последовательности.
Вот на этой оптимистической ноте мы и закончим рассказ о статических и сервисных байпасах и их совместной работе по защите ИБП и нагрузки.
Автор благодарит
сотрудников компаний «Бест Пауэр Украина» (Игоря Шкуренко), «Шнейдер
Электрик Украина» (Романа Осадчего) и «Аквилон Энергия» (Николая Гузя) за
помощь, оказанную в написании статьи.
Владимир СКЛЯР, СиБ |
|
