Динамические ИБП: история одного инженерного апгрейда очень в духе времени

    Сейчас расскажу про эволюцию устройства, изначально предназначенного для обеспечения питания военных дата-центров по всему миру. Вот такой:


    Новое поколение, «бронепоезд» на жаргоне. Справа наша давняя мечта — решётка, чтобы крыс не засасывало.

    Технология родилась примерно в тот же период, что и ядерная бомба, поэтому она простая и понятная, как автомат Калашникова. Берём огромный железный волчок, раскручиваем электромотором. После преодоления инерции покоя тяжеленная железка крутится почти без трения. Отрубается питание — железка начинает сама крутить электромотор, который её запускал, и тем самым преобразует свою кинетическую энергию в электрическую некоторое время, пока не остановится. За это время успевает запуститься дизель.

    Старые советские ДДИБП, которые стояли на Байконуре, принципиально не отличаются от своих современных аналогов. Те же волчки, те же дизели. Но есть масса полезных нюансов. Вот о них и о том, как вообще эволюционирует такое «кондовое» железо, и поговорим.


    Предыдущее поколение

    Маховик


    ДДИБП состоит из трёх основных частей:

    • Тяжеленного маховика — накопителя энергии, вращающегося на точно выровненной оси. Электромотор раскручивает его и поддерживает вращение.
    • Синхронного генератора, который вращается либо от волчка (постоянно равномерно), либо от сети (в этом случае он становится мотором), либо от работы дизельного двигателя, который запускается сразу после отключения городского питания и через 2–4 секунды «подхватывает» вращение.
    • Дизельного двигателя.

    Начиналась история ДДИБП с небольших мощностей. С годами мощности росли, увеличивались габариты, появлялись сложности с перевозкой. Производитель начал отрабатывать технологии перевозки ДДИБП, и машины начали разделять на модули.

    Так появилась современная архитектура из трёх модулей, соединяемых через муфты, что очень упростило их доставку. В зависимости от пожеланий заказчика количество соединений между модулями меняется.

    Железка имеет ряд совершенно не относящихся к основной технологии улучшений. И эти улучшения несколько меняют профиль использования устройства.

    Перекомпоновка


    Начну с самого главного. Самый большой геморрой этих систем был в том, что регулярного обслуживания и замены подшипников требовал модуль с маховиком, поскольку он наиболее подвержен механическому износу из-за постоянного движения. Этот модуль, к нашему огромному сожалению, располагался в середине устройства. Складывалось впечатление, что у наших голландских друзей на большей части объектов, видимо, ДДИБП ставятся в помещения типа ангаров и спокойно гудят в углу. И если им надо вытащить средний модуль, они подгоняют кран и выдёргивают его, как морковку из грядки.

    В случае России расположение изощрённое: это всегда какая-нибудь нора — очень большая, но по факту нора. Так что нужен балочный кран или какое-то ещё устройство.

    Накопитель вообще не ремонтируют на месте, для этого нужно дополнительное оборудование. Обычно привозят и ставят новый, а тот, что был, увозят на завод. И там уже с ним ковыряются всерьёз. Сложность заключается в том, что перед тем как выдернуть, модуль нужно отсоединить с двух сторон. От генератора и от двигателя. Это занимает около 4–5 часов. И потом, после ремонта, нужно обратно всё смонтировать, и это тоже непросто. При сборке нужно отрегулировать положение каждого блока относительно друг друга.

    Иногда всё бывает ещё веселее, если дизель-динамический источник поставят в помещение, куда не может подъехать кран…

    Для последней машины инженеры продумали такую архитектуру, при которой маховик оказался в крайнем модуле, а не в среднем. Это очень-очень скажется на обслуживании и сократит трудоёмкость работ.

    Обслуживание


    На одном из наших монтажей заказчик не проводил техническое обслуживание почти два года. В частности, не смазывал устройство в местах вращения. По логике оно должно было выйти из строя через несколько месяцев, но проработало сильно дольше, чем мы бы хотели. Почему? Потому что если бы оно остановилось сразу, мы бы просто смазали и провели мелкую профилактику. Но нет, железка доказала, что слова про военное использование — не пустой звук. И с «хрустом и скрипами» работала ещё полтора года без смазки. Щётки тоже не меняли, они стёрлись просто до мяса, до самого железа основы. Только тогда генератор остановился.

    Надо сказать, что индикация отсутствия смазки и отсутствия ТО выглядит в прошлом поколении как маленькая красная лампочка на приборной панели.

    В новом поколении система самодиагностики выводит обобщённый результат прямо на кожух:



    Видите подсветку? Она тут не только для дизайна, но и работает как система индикации результатов самодиагностики. Если бы она мигала красным всё время, наверное, заказчик заметил бы, что с машиной что-то не так.

    Это, кстати, общая тенденция — делать индикацию понятной без специальных знаний. Но в данном случае потребность в дизайне была очень важна голландским парням тоже, и поэтому кожух такой интересный на вид. Дело в том, что заказчикам в Европе (и США) важен презентабельный вид машин. Расскажу нашу историю, чтобы было понятнее, о чём речь.

    Смонтировали заказчику две машины (основная и резерв), сдача-приёмка, красота, всё подписано. Выглядели они вот примерно так:



    Заказчик в конце подходит и говорит:

    — Мужики, а можно вот тут и тут светодиодную ленту приклеить?
    Мы ему:
    — Зачем?
    — Ну, столько денег вбухано. Завтра журналисты приедут, чиновники. Не поверят, что вот эти коробочки столько стоят. Давайте светодиодов приклейте, чтобы машины космически выглядели.

    Мы, конечно, приклеили. И светодиоды, и фотонные отражатели. Но, как легко догадаться, космически они выглядеть от этого не стали. Скорее, как казино. Чиновники посмотрели, понравилось.

    А вот новые хай-тековские «бронепоезда» сразу впечатляют.

    Возвращаясь к истории с отсутствием обслуживания. Как выяснилось, это важный вопрос не только у нас, но и в Европе, поэтому в новых машинах теперь сделана автоматическая смазка. Да и обслуживать теперь куда меньше всего: щётки исключили.

    Ещё раньше кабели втыкались в несколько десятков разных мест на корпусе и все имели разные разъёмы. Теперь всё одной косой в одну точку, очень легко и приятно. Монтаж в итоге стал как лего: всё отрабатывается на заводе, на месте просто щёлк-щёлк — и собрал.

    Экологичность


    В Европе очень важно быть экологичным и экономным. Соответственно, может, это и политический ход со стороны инженеров, но точно очень продуманный. Они переработали систему охлаждения: раньше механическая крыльчатка потребляла мощность постоянно независимо от нагрузки. Теперь охлаждение делается электроприводом так, что можно менять мощность в соответствии с температурным режимом и нагрузкой. Если на улице холодно, а устройство стоит в контейнере снаружи здания — ДДИБП больше не будет зря крутить вентилятором.

    Много мелких переделок в двигателе. Дроссель «перевернули», другим сечением намотали. Двигатели теперь тоже очень экономичные. Тут всё просто: производитель ДДИБП покупает движки у тех, кто их делает. А двигателистов постоянно ставят в условия, что надо повышать экологичность.

    Внешние условия


    Система:
    Эффективность до 97%
    Уровень радиопомех класс А (EN 55.011)
    Степень защиты IP21 или выше
    Рабочая высота < 150 м над уровнем моря
    Внешняя температура 5–40 ◦C (41–104 F)

    На примерно тридцатый год эксплуатации голландские инженеры узнали, что в воздухе в других странах может быть мошка, довольно много пыли и другие неприятные вещи. В Европе просто нет столько грязи, сколько у нас после посыпания дорог солью и песком. Теперь, соответственно, в системе вентиляции стоят фильтры.

    Фильтры входящего дизеля были на машинах давно, но мы всё равно ставим отдельные сепараторы на каждом монтаже. Наше родное ДТ обычно не уступает по качеству иностранному, но голландские инженеры ещё не знают, как можно запросто хапнуть кусок воды из-за того, что обслуживающий персонал или поставщик сэкономит 3 копейки. Поэтому парадоксальный вопрос о том, не зальют ли туда какой-то левак, решается уже нами.

    Естественно, кожух. Он больше эстетический, нежели функциональный, но и шум снижает.

    Ну и конечно, решётка безопасности на торце. У них она наверняка несёт какую-то важную эстетическую функцию и защищает руки персонала. У нас она решила одну очень важную и давнюю задачу: теперь входящий поток воздуха не создаёт внутри машины крысиную дисперсию.

    Ремонт


    У меня уже больше 5 лет опыта эксплуатации таких машин, и могу сказать, что и старые, и новые Хай-теки очень хорошо ремонтируются, причём часто даже без замены модулей. Всё продумано, надёжно, с хорошим запасом по прочности. Последнее было сюрпризом, потому что мы привыкли, что если на европейской железке заявлен срок бесперебойной работы, то инцидент случается на следующей неделе после окончания этого срока.

    У нас в офисе у самих 4 таких ДДИБП уже несколько лет, просто завезли и поставили. Но на другой городской объект монтировали мы их с огромным интересом. На площадку их надо было передавать краном, а рядом всё было закрыто стройкой. В итоге один кран цеплял устройство с борта, передавал второму строительному, а он уже отдавал нашему третьему, которым делался монтаж. Водители ждали разгрузки из-за всех согласований очень долго, а мы кормили их пиццей и носили обогреватели.

    Итог


    Если вам нужно нормальное электропитание без скачков и перебоев — от 1 МВт ДДИБП не имеют равных. Обычно их ставят на ЦОДы, часто — в промышленности, на критичных производствах, в ситуационные и экстренные центры.

    В общем, всё то, что имеет высокие требования к неразрывности питания. Если ваше железо переживает полусекундный разрыв без того, чтобы брикнуться или за 20–30 секунд без питания ничего страшного не случится, то платить за ДДИБП столько не надо — проще обойтись обычной ДГУ в этом диапазоне.

    Вот так это выглядит: переключение



    Ссылки


    КРОК 204,88
    №1 по ИТ-услугам в России
    Поделиться публикацией
    Комментарии 45
    • +2
      Что такое «кондовое»?

      Рабочая высота < 150 м над уровнем моря
      Что то как то мало, тут нет опечатки?
      • +3
        Что такое «кондовое»?


        «Дубовое»
        В данном случае — простое, мощное, большое и надёжное.
        • +1
          Кондовый по определению — имеющий плотную, прочную древесину с малым количеством сучков. В случае железа это оценочное прилагательное, наиболее близкое к английскому solid. В смысле, что основная часть надежна из-за, скорее, механических факторов. Как поезд в метро или лифт, где критичная автоматика работает от удара железкой по железке.

          Опечатки нет :) конечно, можно ставить и выше, производитель как бы намекает, что мощность будет снижаться…
        • +1
          Щётки тоже не меняли, они стёрлись просто до мяса, до самого железа основы

          Никогда не видел железных щеток на э/м. Может все же медные?

          По сабжу — глядя на КПДВ, непроизвольно произнес матерное выражение, переводимое как «вот это огромный, величественный агрегат». Голландским друзьям удалось сделать и красиво, и впечатляюще.
          • +2
            Скорей всего имелось ввиду то, что не щётки металлические, а то что уже идёт за ними после того как они будут сточены — крепления и т.п.
            • 0
              Возможно, но мотор обычно работать перестает перед тем, как щетки стерлись до креплений :)
              • +9
                Тут есть магическое слово «военный» +10 к живучести, -20 к понимаю как оно до сих пор работает ))))
                • +6
                  (утер ностальгическую слезу):
                  — А помните две волшебные буквы «ВП» на транзисторах?
                  ВП
                  image
                  • +2
                    Вот с этой темой плохо знаком. Просветите?
                    • +2
                      Префикс для товаров с категорией качества «ВП»=«Военная Приемка»=«Приемка 5». Качество данных товаров при изготовлении проверено Представительством Заказчика Министерства Обороны РФ. Товары данной категории обладают повышенной надежностью по сравнению с товарами категории «ОТК» («Общепромышленного Назначения»=«Commercial»,«Industrial») и работоспособны в широком диапазоне температур и давлений окружающей среды, в условиях вибрации и воздействия ускорения, радиации. Товары данной категории выпускаются промышленностью для использования в средствах обороны и высоконадежных применениях. Иностранным аналогом данной категории качества является «Military».
                      • +1
                        Спасибо. Про такую маркировку транзисторов не задумывался
                • +2
                  Мотор перестал, но маховик-то крутится.
            • +2
              Поздравляем всех с профессиональным праздником — Днём энергетика!
              • +6
                Я наверное задам стандартный «дурной» вопрос:
                А что происходит при механическом разрушении маховика? Сильно машинный зал в руины превращает?
                И как часто такое происходит?

                PS: Просто наблюдал на фото результат разрушения маховика весом около 10-кг, но там именно это и испытывали, так что были готовы и стены были толстые вокруг стенда.
                • +3
                  За всю практику случаев разрушения маховика или его креплений не было. От собственных оборотов он не разрушится, максимум — отключается машина. Если вибрация выходит за допустимый уровень, это отслеживается. На наших машинах маховик останавливается в аварийном режиме автоматически. Полагаю, что да, если в него попасть из танка, маховик может выпрыгнуть и при достаточной доле удачи проломить стену. Но практических случаев я не знаю.
                • +3
                  Впечатляет.
                  Спасибо, как всегда, интересно и читабельно.
                  • +5
                    Да, хорошо рассказано. И дизайн современный тоже по делу. Хотя модульность должна была по идее изначально быть, чисто по логике…

                    А про сам маховик расскажИте как-нибудь? Там же не просто «железяка» там же хитрая намотка тонкой-тонкой лентой на полый сердечник, тормоза для плавного аварийного останова и вообще очень много разных хитрых защит должно быть (срезные шпонки/штифты напр от заклинивания вала, кожух от разлетания и прочая и прочая) — интересно было бы почитать как это сейчас всё сделано.
                    • +1
                      Даже сами подшипники — не магнитные ли часом? Или газодинамические с левитацией на сжатом газе? Кожух маховика — просто кожух или герметичный с вакуумом или там гелием/ водородом?
                      • +2
                        Да, в детстве читал в каком-то советском журнале про погрузчики на маховиках. Именно так — маховик из металлической ленты был сделан. Причем система была даже без электрического преобразователя, прям от маховика через гидротрансформатор, кажется, колеса крутились. Интересно есть ли что подобное сейчас.
                      • 0
                        Вот тут немного рассказывал еще про него: https://habrahabr.ru/company/croc/blog/245553/
                        • +2
                          А, там всё в комменте рассказано, спасибо, часто вопросов снято, но ещё больше появилось — напр внутренний цилиндр должен ещё греться нещадно, да и про подвес его и т.п…
                          В общем про отдельно маховик статью по-прежнему хочется. 9а то про аккумуляторы — просто навалом статей, а тут такая сложная вещь — и почти ничего)
                      • 0
                        Жаль потроха не показаны
                        • +1
                          Дизайн напоминает лазерные мечи из Звёздных Войн
                          • –1
                            от 1 МВт ДДИБП не имеют равных.

                            Это мощность, а запас энергии сколько, на 10 секунд?
                            Почему нет сравнений с другими решениями — аккумуляторными, суперконденсаторными, пневматическими?
                            Китайцы на 36 МВт*ч строили литиевую аккумуляторную систему.

                            • 0
                              Это мощность, а запас энергии сколько, на 10 секунд?
                              На сколько угодно (пока горючку будут подвозить).

                              Была отдельная статья. Дизель входит в комплект поставки и фирма гарантирует (и это проверно на опыте!), что он запустится за то время, пока маховик будет энергию выдавать.

                              Почему нет сравнений с другими решениями — аккумуляторными, суперконденсаторными, пневматическими?
                              Потому что статья — не об этом. Не не может каждая статья быть объёмом с большую советскую энциклопедию и включать в себя всё на свете.
                              • 0

                                Там написано


                                замена комплекса АКБ — это действительно от 2 до 5 млн. руб./ МВт

                                но ни слова про стоимость владения ДДИБП.


                                Дело в том, что нет выпрямителей и инверторов — вместо потерь на преобразовании с ИБП действует линейная схема.

                                Безколлекторный двигатель содержит тот же инвертор. Полупроводниково-глючный, радиационно-нестойкий, "закрытый код" в контроллерах и т.д.

                            • 0
                              Заглавная картинка почему-то напомнила
                              эту
                              image
                              • +1

                                Кстати эта система может работать ещё и почти как data diode (или сетевой фильтр).
                                Мощность пропускает, а паразитные высокие частоты шпионских каналов утечки данных (ПЭМИН) — нет.
                                И развязка от сети возможна хоть 1пФ 50кВ — против гроз и электромагнитного терроризму.

                                • 0
                                  Тоже интересно. Без дизеля, вот тупо пока крутится.
                                  • 0

                                    В смысле, на сколько максимум секунд работы под полной нагрузкой хватит такого инерционного ИБП при гипотетической неисправности (отсутствию) дизеля.

                                    • 0

                                      Экономить на разнице энерготарифов день-ночь хотите? Со свинцовыми АКБ это не получается, мрут быстрее окупаемости.
                                      А эти динамические якобы имеют "Lowest Total Cost of Ownership".
                                      Но цену, удельную энергоёмкость на 1кг и на 1 куб.м я на их сайте не нашёл. "Шифруются" почему-то.


                                      ‘GREEN’ sustainable power — чушь.
                                      На 100% зависят от диз.топлива. Многотонные перевозки на ремонт в Голландию требуются, которые на парусах невозможны. Налицо вонючие тарахтелки разорительного типа.


                                      Сравнение от APC/Shneider 2011 года:


                                      image

                                    • +1

                                      И почему гугл кто-нибудь не придумает на миллионе старых винчестеров распределённый маховичный накопитель, который 10 лет обслуживать не надо? :)

                                • 0
                                  Интересно, на сколько секунд (или, может, минут) хватит энергии, запасённой в этом маховике, для питания полной нагрузки (1 МВт).
                                  • 0
                                    Ну если вся система в целом работает, а дизель стартует 15 секунд, то вот на эти 15 секунд и хватает…
                                    • 0
                                      вот хотелось бы поточнее… 15 секунд — это вообще не серьёзно… ДГУ может не стартануть по каким то причинам. да их надо тестировать периодически и всё такое, но аварии обычно происходят из-за ряда обстоятельств, а не из-за одного косячка.
                                      • 0
                                        Вообще-то их обычно ставят два (чтобы можно было один выводить на обслуживание), так что вам должно ну очень сильно не повезти, чтобы оба дизеля не стартовали (ну или чтобы всё свалилось именно в тот момент когда единственный дизель сбоит, а второй — на профилактике).

                                        Но абсолютной надёжности всё это, понятно, не гарантирует. Вообще с абсолютной надёжностью в этом мире плохо…
                                        • 0
                                          Да, я понимаю, что необходимо поддерживать определённый (требуемый для конкретного объекта) уровень резервирования. На самом деле у меня в голове слишком много вопросов, так как тема интересная для меня. А я почему то сразу углубился в эксплуатацию)

                                          А теперь я ещё и сам полез погуглил и посмотрел характеристики на первом попавшемся сайте. Многое прояснилось. Но всё таки — каков порядок цен на ДДИБП на 1МВт и на меньше? А то в статье сказано, что ДДИБП это лучше решение для объектов с потребление выше 1МВт, а экономика не показана.

                                          И если вернуться к вопросу 15-ти секунд… всё таки маховик должен продолжить вращать роток генератора столько, сколько нужно для того что бы стартанул дизель + вышел на рабочие обороты + всё равно какой то запас энергии в нём должен ещё остаться, исходя из соображений перестраховки. Получается, что энергии маховика должно хватить хотя бы на 1,5-2 минуты.
                                          • 0
                                            всё таки маховик должен продолжить вращать роток генератора столько, сколько нужно для того что бы стартанул дизель + вышел на рабочие обороты + всё равно какой то запас энергии в нём должен ещё остаться, исходя из соображений перестраховки. Получается, что энергии маховика должно хватить хотя бы на 1,5-2 минуты.
                                            Шести-восьмикратный запаc? Такого даже у военных нету и в космосе. Максимум — трёхкратное дублирование. Да и вообще непонятно о какой именно проблеме, решаемой за 2 минуты может идти речь. Либо дизель стартует, как положено, за 15 секунд, либо нет. Можно два запуска предусмотреть, это 30 секунд будет. Но шесть? Собственно зачем воду в ступе толочь, если всё уже было в предыдущей статье описано.
                                            • 0
                                              Спасибо. Стало понятно.
                                              Правда нигде не рассказано, как всё таки они включаются в сеть. Как я понял, питание из города проходит через ДДИБП, который попутно является фильтром. Переключение нагрузки на генератор происходит так же не заметно, как на ИБП с двойным преобразованием?
                                              • 0
                                                Да и вообще непонятно о какой именно проблеме, решаемой за 2 минуты

                                                Проблема в том, что каждый старт дизеля его ресурс съедает. Там много трущихся пар.
                                                Есть ли статистика по длительности отключений в многовводовых дата-центрах?
                                                Например до 2 минут — xx%
                                                до 20 минут — yy%
                                                до 1 часа — zz% и т.д.


                                                https://habrahabr.ru/post/138542/#comment_4626850 — тут нашёл, но мало случаев.


                                                Про материал маховиков так и не рассказали, может они не супер-ёмкие витые и самозатухающие при авариях, а древние монолитные низкооборотные. Конкуренции мало — "пипл хавает" 30-летнюю древность с косметическими улучшениями.


                                                Фото ДДИБП изнутри тоже интересны были бы. Может там какие-нибудь вентиляторы мхом зарастают и являются узким местом.

                                              • 0

                                                Дизеля это тоже "лотерея":


                                                "топливо хранилось в резервуаре довольно долго, и из-за перепадов температуры там постоянно образовывался конденсат. Дальше – банальная физика: вода тяжелее топлива, и она опускается в самый низ цистерны, откуда идёт забор. Итог – все дизели зачерпнули чистой воды. При этом на самих установках не было даже водяных фильтров, хотя и они бы не помогли – фильтр держит примерно пол-литра, а воды там было намного больше. При этом, даже если бы удалось всё вовремя понять, дизельное топливо привезти всё равно бы не получилось в сжатые сроки."


                                                https://habrahabr.ru/company/croc/blog/151065/


                                                А вот правильное описание маховичного энергомодуля:


                                                "Velkess A
                                                48VDC 3kW — 15kWh
                                                AC Coupled Energy Storage Module


                                                Continuous Power 3kVA
                                                Peak Power (60 seconds) 9kVA
                                                Nameplate Energy 15kWh note #1
                                                Depth of Discharge 100%
                                                Interface 200-260VAC @ 48-63hz — Single Phase note#2, #3
                                                Frequency and Voltage Regulation 1%
                                                Power Factor Autotune Range 0.6 – 1.4
                                                24h Roundtrip Efficiency >80%
                                                Expected Service Life 10 years
                                                Physical Package meter(inch) 1 x 1 x 1 (40 x 40 x 40)
                                                Weight kg(lbs) 340 (750)
                                                Standard Connectivity Wi-Fi, Ethernet
                                                Optional Connectivity CAN Bus, RS-485, Xbee, Powerline, LoRa"

                                      • 0
                                        del

                                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                        Самое читаемое