IT-alan markkinat ovat UPS:n (Uninterruptible Power Supplies) suurin kuluttaja, sillä ne käyttävät noin 75 % kaikesta tuotetusta UPS:stä. Vuotuinen maailmanlaajuinen UPS-laitteiden myynti kaikentyyppisissä datakeskuksissa, mukaan lukien yritys-, kaupalliset ja erittäin suuret palvelinkeskukset, on 3 miljardia dollaria. Samaan aikaan datakeskusten UPS-laitteiden myynnin vuotuinen kasvu lähestyy 10 %, eikä tämä näytä olevan rajana.
Palvelinkeskukset kasvavat ja kasvavat ja tämä puolestaan luo uusia haasteita voimainfrastruktuurille. Vaikka pitkään käydään keskustelua siitä, missä staattiset UPS:t ovat parempia kuin dynaamiset UPS:t ja päinvastoin, on yksi asia, josta useimmat insinöörit ovat yhtä mieltä - että mitä suurempi teho, sitä sopivampia sähkökoneet ovat sen kanssa työskentelemiseen: generaattorit. tuottaa sähköä voimalaitoksissa.
Kaikki dynaamiset UPS-laitteet käyttävät moottorigeneraattoreita, mutta ne ovat eri muotoisia ja eroavat varmasti ominaisuuksiltaan ja suorituskyvyltään. Yksi tällainen melko yleinen UPS on mekaanisesti kytketty dieselmoottoriratkaisu, diesel rotary UPS (DRIBP). Maailmanlaajuisessa palvelinkeskusten rakentamiskäytännössä todellinen kilpailu on kuitenkin staattisen UPS:n ja toisen dynaamisen UPS-tekniikan - pyörivän UPS:n välillä, joka on luonnollisen muotoisen sinimuotoisen jännitteen ja tehoelektroniikan yhdistelmä. Tällaiset pyörivät UPS:t on kytketty sähköisesti energian varastointilaitteisiin, jotka voivat olla joko akkuja tai vauhtipyöriä.
Ohjaustekniikan nykyaikainen kehitys, luotettavuus, tehokkuus ja tehotiheys sekä UPS-virran yksikkökustannusten aleneminen ovat tekijöitä, jotka eivät ole ainutlaatuisia staattisille UPS:ille. Äskettäin esitelty Piller UB-V -sarja on varteenotettava vaihtoehto.
Tarkastellaanpa joitain keskeisiä kriteerejä UPS-järjestelmän arvioimiseksi ja valinnassa nykyaikaiseen suureen datakeskukseen, jossa teknologia näyttää olevan suosituin.
1. Pääomakustannukset
On totta, että staattiset UPS-laitteet voivat tarjota alhaisemman hinnan kilowattia kohden pienemmille UPS-järjestelmille, mutta tämä etu haihtuu nopeasti, kun on kyse suuritehoisista järjestelmistä. Modulaarinen konsepti, joka staattisten UPS-laitteiden valmistajien on väistämättä omaksuttava, perustuu useiden pienitehoisten UPS-laitteiden, kuten alla olevassa esimerkissä 1 kW:n kokoisiin, rinnakkain. Tällä lähestymistavalla saavutetaan vaadittu järjestelmän lähtöteho, mutta monien redundanttien elementtien monimutkaisuuden vuoksi se menettää 250-20 % kustannusedun verrattuna pyöriviin UPS-laitteisiin perustuvan ratkaisun kustannuksiin. Lisäksi myös tällä moduulien rinnakkaisliitännällä on rajoitukset yhden UPS-järjestelmän yksiköiden lukumäärälle, minkä jälkeen rinnakkaisten modulaaristen järjestelmien on oltava rinnakkain, mikä lisää ratkaisun kustannuksia lisäkytkimien ja -kaapeleiden vuoksi.
Tab. 1. Ratkaisuesimerkki 48MW IT-kuormitukselle. UB-V-monoblokkien suurempi koko säästää aikaa ja rahaa.
2. Luotettavuus
Viime vuosina konesaleista on tullut yhä enemmän hyödykkeitä, ja luotettavuutta pidetään yhä enemmän itsestäänselvyytenä. Tässä suhteessa pelot kasvavat, että tämä johtaa ongelmiin tulevaisuudessa. Koska operaattorit pyrkivät korkeimpaan vikasietoluokkaan (lukumäärä 9) ja oletetaan, että staattisen UPS-tekniikan haitat voidaan parhaiten voittaa lyhyellä korjausajalla (MTTR) UPS-moduuleiden nopealla ja kuumalla vaihtamisella. Mutta tämä väite voi olla itsetuhoinen. Mitä enemmän moduuleja on mukana, sitä suurempi on vian todennäköisyys ja mikä tärkeintä, sitä suurempi on riski, että tällainen vika johtaa kuormituksen menettämiseen koko järjestelmässä. On parempi, ettei kaatumisia tule ollenkaan.
Kuvassa 1 on esimerkki laitevikojen lukumäärän riippuvuudesta vikojen välisen ajan (MTBF) arvosta normaalin toiminnan aikana. XNUMX ja vastaavat laskelmat.
Riisi. 1. Laitevikojen lukumäärän riippuvuus MTBF-indeksistä.
Laitteen vian Q(t) todennäköisyys normaalin toiminnan aikana, normaalivikakäyrän kaavion osassa (II), on varsin hyvin kuvattu satunnaismuuttujien eksponentiaalisella jakauman lailla Q(t) = e-(λx t ), jossa λ = 1/MTBF on intensiteettihäiriöt ja t on käyttöaika tunteina. Vastaavasti häiriöttömässä tilassa olevan ajan t jälkeen on N(t) asennusta kaikkien asennusten alkuperäisestä lukumäärästä N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
Staattisten UPSien keskimääräinen MTBF on 200.000 1.300.000 tuntia, kun taas UB-V Piller -sarjan pyörivien UPSien MTBF on 10 36 7 tuntia. Laskelma osoittaa, että yli 1 käyttövuoden aikana staattisista UPS:istä 86 % joutuu onnettomuuteen ja vain 240 % pyörivistä UPS:istä. Kun otetaan huomioon UPS-laitteiden eri määrä (taulukko 2), tämä tarkoittaa 20 vikaa 48 staattisesta UPS-moduulista ja 10 vikaa XNUMX:stä Piller-pyörivä UPS:stä samassa palvelinkeskuksessa XNUMX MW:n IT-hyötykuormalla XNUMX vuoden aikana.
Kokemus staattisten UPS-laitteiden käytöstä palvelinkeskuksissa Venäjällä ja muualla maailmassa vahvistaa yllä olevien laskelmien luotettavuuden, joka perustuu avoimista lähteistä saataviin vika- ja korjaustilastoihin.
Kaikissa Pillerin pyörivissä UPS-laitteissa ja erityisesti UB-V-sarjassa käytetään sähkökonetta puhtaan siniaallon tuottamiseen, eikä niissä käytetä tehokondensaattoreita ja IGBT-transistoreja, jotka ovat hyvin usein kaikkien staattisten UPS-laitteiden vikojen syy. Lisäksi staattinen UPS on monimutkainen osa virtalähdejärjestelmää. Monimutkaisuus heikentää luotettavuutta. Pyöritävissä UB-V-UPS:issa on vähemmän komponentteja ja vankempi järjestelmärakenne (moottori-generaattori), mikä parantaa luotettavuutta.
3. Energiatehokkuus
Nykyaikaisilla staattisilla UPS:illä on paljon parempi online- (tai "normaali"-tilan) energiatehokkuus kuin edeltäjänsä. Pääsääntöisesti huipputehokkuusarvoilla 96,3 %:n tasolla. Usein annetaan korkeampia lukuja, mutta tämä on saavutettavissa vain, kun staattinen UPS on toiminnassa ja vaihtaa online- ja vaihtoehtoisten tilojen välillä (esim. ECO-tila). Vaihtoehtoista energiansäästötilaa käytettäessä kuormaa kuitenkin ohjataan ulkoisesta verkosta ilman suojausta. Tästä syystä käytännössä konesaleissa käytetään useimmiten vain online-tilaa.
Piller UB-V -sarjan pyörivät UPS-laitteet eivät muuta tilaa normaalin toiminnan aikana, mutta tarjoavat silti jopa 98 % tehokkuuden online-tilassa 100 % kuormituksella ja 97 % 50 % kuormituksella.
Tämä ero energiatehokkuudessa mahdollistaa huomattavia säästöjä sähkössä käytön aikana (taulukko 2).
Tab. 2. Energiakustannussäästö konesalissa 48 MW IT-kuormitus.
4. Varattu tila
Yleiskäyttöisistä staattisista UPS-laitteista on tullut huomattavasti kompaktimpia IGBT-tekniikkaan siirtymisen ja muuntajien eliminoinnin myötä. Kuitenkin, vaikka tämä seikka otetaan huomioon, UB-V-sarjan pyörivät UPS-laitteet antavat vähintään 20 % lisäyksen käytetyssä tilassa tehoyksikköä kohti. Tuloksena olevaa tilansäästöä voidaan käyttää sekä energiakeskuksen kapasiteetin lisäämiseen että rakennuksen "valkoisen", hyödyllisen tilan lisäämiseen lisäpalvelimien sijoittamiseksi.
Riisi. 2. Eri teknologioiden 2MW:n UPS:n käyttämä tila. Todelliset asennukset mittakaavassa.
5. Saatavuus
Yksi hyvin suunnitellun, rakennetun ja käytetyn datakeskuksen keskeisistä indikaattoreista on sen korkea vikasietokerroin. Vaikka 100 %:n käyttöaika on aina tavoite, raportit osoittavat, että yli 30 % maailman palvelinkeskuksista kokee vähintään yhden suunnittelemattoman käyttökatkon vuodessa. Monet niistä johtuvat inhimillisistä virheistä, mutta myös energiainfrastruktuurilla on tärkeä rooli. UB-V-sarjassa käytetään vuosien todistettua Piller monobloc -pyörivää UPS-tekniikkaa, joka on luotettavuudeltaan paljon parempi kuin mikä tahansa muu tekniikka. Lisäksi itse UB-V UPS:ää ei tarvitse sammuttaa vuosittain huoltoa varten palvelinkeskuksissa, joissa on asianmukaisesti valvottu ympäristö.
6. Joustavuus
Usein konesalin IT-järjestelmät päivitetään ja päivitetään 3-5 vuodessa. Siksi sähkö- ja jäähdytysinfrastruktuurien on oltava riittävän joustavia vastaamaan tähän ja niillä on oltava riittävät tulevaisuudennäkymät. Sekä perinteinen staattinen UPS että UB-V UPS voidaan konfiguroida eri tavoin.
Jälkimmäiseen perustuvien ratkaisujen koostumus on kuitenkin laajempi, ja yleisesti ottaen, koska tämä ei kuulu tämän artikkelin piiriin, se mahdollistaa keskeytymättömien tehonsyöttöjärjestelmien toteuttamisen keskijännitteellä 6-30 kV. verkoissa, joissa on uusiutuvia ja vaihtoehtoisia tuotantolähteitä, kustannustehokkaiden, erittäin luotettavien, Tier IV UI -yhteensopivien IP-väyläjärjestelmien rakentamiseksi N+1-kokoonpanossa.
Johtopäätöksenä voidaan tehdä useita johtopäätöksiä. Mitä enemmän palvelinkeskuksia kehittyy, sitä vaikeammaksi niiden optimointi muuttuu, kun on tarpeen hallita samanaikaisesti taloudellisia indikaattoreita, luotettavuuden, maineen ja ympäristövaikutusten minimoinnin näkökohtia. Staattisia UPS-laitteita on käytetty ja käytetään jatkossakin datakeskuksissa. On kuitenkin myös kiistatonta, että tehonsyöttöjärjestelmien alalla olemassa oleville lähestymistavoille on olemassa vaihtoehtoja, joilla on merkittäviä etuja "vanhaan hyvään statiikkaan" verrattuna.
Lähde: will.com