При построении дата-центров и серверных комнат различного масштаба заказчики подчас ставят задачи, для обеспечения которых существует весьма ограниченное количество технически грамотных решений, но и среди них зачастую невозможно выбрать наиболее удачное, поскольку любое из этих решений представляет из себя набор компромиссов.

В рассматриваемом проекте заказчик собирался строить дата-центр на 200 стоек со средней мощностью 5 кВт на стойку. Создавался этот ЦОД для коммерческого использования с поэтапным увеличением количества стоек по мере их заполнения. Заказчик располагал сравнительно большим помещением, в котором планировалось разместить стойки, а для их охлаждения — фальшпольные чиллерные кондиционеры по периметру; имелись также вспомогательные помещения с автоматическими установками газового пожаротушения и под батареи. Однако в этой практически идеальной ситуации было несколько моментов, которые портили всю картину:

— под ИБП выделялось катастрофически мало места — менее 8 м вдоль стены, но и из него заказчик пожелал какую-то часть изъять, чтобы устроить сквозной проход из дата-центра в батарейную комнату;

— при этом он хотел ещё разделить ИБП на два устройства различной мощности — приблизительно 800 и 400 кВт, оба с резервированием N+1, чтобы удовлетворить желание некоторых крупных своих клиентов иметь собственный ИБП, отдельный от большинства других. Эти ИБП в то же время должны были обеспечивать бесперебойным питанием фанкойлы дата-центра;

— в батарейной комнате располагался комплект батарей от находящихся в ней подсистем связи, что также ограничивало возможности по размещению оборудования. Желаемое время автономной работы типично для площадок с ДГУ и составляло 15 мин, а батареи для этой цели следовало расположить вдоль стены на протяжении 12 м.

Третье ограничение, пожалуй, было наиболее весомым и препятствовало созданию отдельной комнаты для ИБП — как из-за нехватки пространства, так и из-за того, что заказчик не хотел, чтобы к ИБП имели доступ специалисты, которые обслуживают имеющиеся батареи.

Рассматривались предложения разных вендоров, при этом на принятие решения могли влиять следующие ключевые факторы:

— первоначальные вложения;

— стоимость масштабирования;

— расходы на эксплуатацию.

Одно из предложений состояло в том, чтобы построить систему на «самых компактных в своем классе» моноблочных ИБП мощностью 200 кВА (кВт) с параллельным подключением механического байпаса через общий шкаф. При этом для того чтобы было возможно подключение без изменения нагрузки (но с выключением ИБП), шкаф дополнительно снабжался выходными рубильниками для каждого ИБП (рис. 1). Такое решение имело неплохой КПД — около 95,5% в режиме двойного преобразования — и привлекательную стоимость масштабирования. Однако смущал ряд существенных ограничений по монтажу: при параллельном подключении общего механического байпаса (так называемый распределенный электронный байпас) компания-заказчик должна была выполнить требование производителя по равенству длин байпасных кабелей до всех фреймов ИБП, а также несла дополнительные расходы на создание расширенного вводного щита ИБП — ведь на каждый фрейм ИБП требовалось два автомата. Смущал заказчика и еще один параметр — наличие у ИБП ЭКО-режима с паузой при переключении: у компании уже был неприятный инцидент, когда при неизвестном отказе в сети электропитания из данного режима происходило нештатное переключение существующего ИБП со схожей архитектурой и в результате отключалась часть подключенной нагрузки. Подобная параллельная архитектура подключения предполагает или использование отдельного батарейного массива с каждым ИБП, или общего батарейный массив на всю систему. Первый вариант влечет за собой «перезаклад» по количеству батарей, а второй несет дополнительные риски при масштабировании: свинцово-кислотные батареи, чаще всего применяемые в ИБП, используются «как есть», без дополнительных средств мониторинга и иных мер. Таким образом, смешивание в одном массиве батарей разной степени устаревания (что произойдет бы при масштабировании) неизбежно приведёт к ускоренному их старению и необходимости замены их всех раньше расчетного срока. А использование модульных батарей в данном случае (со встроенной пассивной системой балансировки) серьезно увеличило бы капитальные и операционные затраты.

Изучив решения, предложенные другими компаниями, и учитывая опасения заказчика, Schneider Electric предложила ему рассмотреть вариант (см. рис. 2) ИБП Galaxy VX с максимальными мощностями 750 кВт (N+1) и 500 кВт (N+1). Эти выпущенные в нынешнем году ИБП, построенные по блочно-модульному принципу, обладают минимальной мощностью 500 кВт (250 кВт N+1) и возможностью масштабирования с шагом 250 кВт — то есть посредством силовых шкафов. Такая архитектура обеспечивает минимальное (менее 8%) превалирование первоначальной стоимости киловатта мощности над стоимостью наращивания. Каждый силовой шкаф, в свою очередь, состоит из силовых модулей мощностью 42 кВт для минимизации времени восстановления в случае отказа. Заменять силовые модули будут сервисные специалисты, при этом ИБП должен находиться в режиме обслуживания (на механическом байпасе).

Архитектура эта не нова: Schneider Electric около двух лет назад выпустила ИБП Galaxy VM — младшую модель семейства Galaxy V, построенную по идентичному принципу, на схожей элементной базе и отлично зарекомендовавшую себя в эксплуатации по всему миру, от дата-центров до промышленного и морского применения (ИБП имеет сертификат DNV).

Для создания решений повышенной надежности ИБП семейства Galaxy V построены на архитектуре четырёхуровневого инвертора, основной принцип работы которого связан с функционированием ключевых элементов (транзисторов) при меньшей амплитуде переключаемого напряжения. Как свидетельствуют данные производителей транзисторов, такой принцип многократно снижает вероятность отказов этих компонентов, особенно при повышенных температурах (рис. 3). Учитывая, что очень часто ИБП у заказчиков работают годами без должного технического обслуживания, с запыленными радиаторами, а иногда и в форс-мажорных обстоятельствах (отказ кондиционеров в помещении), работа Galaxy VX при +40 oС без ухудшения своих выходных параметров, включая перегрузочную способность, уже не кажется чем-то бесполезным. Дополнительным преимуществом ИБП данного семейства является выделение пассивной части в отдельный блок — шкаф ввода-вывода. Это в разы упрощает инсталляцию, делая ввод и подключение кабелей более комфортным; мало того, на этапе отделки помещения и проброса кабелей через несущие конструкции можно установить только эту секцию, а после уборки — силовые шкафы. Все они соединяются друг с другом и со шкафом ввода-вывода силовыми шинами (идут в комплекте), в качестве информационных кабелей используются оптические патч-корды. Подобная архитектура не только повышает надежность функционирования системы бесперебойного питания, но и позволяет серьезно уменьшить количество кабелей и автоматов для подключения, что уменьшает вероятность человеческих ошибок, упрощает инсталляцию и снижает её стоимость.

Еще одним фактором, позволяющим снизить операционные расходы, является высокий КПД Galaxy VX — до 96,3% в режиме двойного преобразования (благодаря вышеупомянутой архитектуре инвертора), а также наличие режимов повышенной эффективности. Для тех заказчиков, кому использование традиционного ЭКО-режима не подходит, в ИБП реализован режим ECOnversion, который имеет ряд существенных отличий от ЭКО-режима, призванных устранить его недостатки.

В режиме ECOnversion инвертор обеспечивает подзарядку батарей, гарантируя их правильную эксплуатацию и продлевая срок службы (батареи в буферном режиме служат дольше), устраняет все помехи, которые нагрузка выдает в сеть «грязного» питания, корректируя коэффициент мощности по входу. За счет схемотехники инвертора и программных алгоритмов переход из режима ECOnversion в режим двойного преобразования происходит без паузы в любой ситуации (рис. 4). Это обеспечивает безопасность использования данного режима независимо от нагрузки. Активизировать его заказчик может по расписанию, например, когда стоимость электроэнергии особенно высока (в пиковые часы), или на постоянной основе.

Другим важным преимуществом Galaxy VX является возможность использования не только свинцово-кислотных батарей, но и литиево-ионных, при этом Schneider Electric предлагает законченное решение, построенное на базе призматических ячеек емкостью 65 АЧ, скомпонованных в модули, которые устанавливаются в шкафы. Всё в этом решении направлено на то, чтобы обеспечить максимальную надежность и удобство эксплуатации, — от многолетнего и более тщательного процесса разработки батарей (по сравнению с батареями для сотовых телефонов) и принципиально другой, более безопасной химической технологии до наличия в каждой батарее активных и пассивных средств защиты. К активным средствам защиты самих батарейных ячеек относятся встроенный предохранитель и аварийный клапан сброса давления в каждой батарее (с размыканием шины постоянного тока), а к пассивным —полупроницаемый мембранный слой внутри батареи, который расплавляется при повышении температуры ячейки выше критических величин (например, при неправильном заряде) и останавливает реакцию. Разумеется, в нормальном режиме этого никогда не произойдет — ведь каждый модуль снабжен системой батарейного мониторинга ячеек с балансировкой (что позволяет смешивать в одном массиве батареи разной степени устаревания). Кроме того, информация о состоянии батарей дублируется при измерении на уровне шкафа и групп шкафов. Таким образом, батарейный мониторинг построен на древовидной архитектуре с развитыми функциями дублирования измеряемых параметров (напряжения, токи, температуры), что сводит к минимуму вероятность отказа или развития критической ситуации. Удобство и надежность подобных систем показала их реальная эксплуатация с 2011 года на объектах общей мощностью более 60 МВт.

Само решение на базе литиево-ионных батарей обеспечивает экономию занимаемого пространства более чем в два раза по сравнению со свинцово-кислотными, имеет встроенный аппарат защиты (предохранители и автомат шкафа), минимизируя количество кабельных линий, а также позволяет более чем вчетверо снизить нагрузку на перекрытия. Дополнительным бонусом от внедрения батарей данного типа является их более быстрый заряд, на который Galaxy VX может тратить до 35% своей мощности.

Разумеется, срок реализации подобных проектов длителен. Заказчик ознакомился с эскизным предложением Schneider Electric и взял паузу для обдумывания, однако сам факт, что в портфель предложений Schneider Electric входят ИБП Galaxy VX, облегчит выбор.

ПОДГОТОВЛЕНО PCWEEK EXPERT

Другие спецпроекты

Версия для печати (без изображений)