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Comparação de UPS estáticos e rotativos modernos. UPSs estáticos atingiram seu limite?

O mercado da indústria de TI é o maior consumidor de fontes de alimentação ininterruptas (UPS), usando aproximadamente 75% de todos os no-breaks fabricados. As vendas globais anuais de equipamentos UPS para todos os tipos de data centers, incluindo corporativos, comerciais e grandes, são de US $ 3 bilhões. Ao mesmo tempo, o aumento anual das vendas de equipamentos UPS em data centers está se aproximando de 10% e parece que esse não é o limite.

Os data centers estão se tornando cada vez maiores e isso, por sua vez, cria novos desafios para a infraestrutura de fornecimento de energia. Embora exista um longo debate sobre como os no-breaks estáticos são superiores aos dinâmicos e vice-versa, há uma coisa com a qual a maioria dos engenheiros concorda: quanto maior a potência, mais máquinas elétricas são adequadas para trabalhar com ele: geradores usado para gerar energia elétrica em usinas de energia.

Todos os no-breaks dinâmicos usam geradores a motor, no entanto, possuem projetos diferentes e, certamente, diferem em propriedades e características. Um desses UPSs bastante comuns é uma solução com um motor diesel conectado mecanicamente - um UPS rotativo a diesel (DRIBP). No entanto, no mundo da construção de data centers, existe uma concorrência real entre no-breaks estáticos e outras tecnologias dinâmicas de no-break - no-breaks rotativos, que são uma combinação de uma máquina elétrica que gera uma tensão sinusoidal de forma natural e eletrônica de potência. Esses no-breaks rotativos estão em comunicação elétrica com dispositivos de armazenamento de energia, que podem ser baterias ou volantes.

Os modernos avanços na tecnologia de controle, confiabilidade, eficiência e densidade de energia, além de reduzir o custo unitário da energia do no-break, são fatores inerentes não apenas aos no-breaks estáticos. A recém lançada série Piller UB-V é uma alternativa digna.

A seguir, consideramos alguns critérios-chave para avaliar e escolher um sistema UPS para um data center grande e moderno, no contexto em que a tecnologia parece mais preferível.

1. Custos de capital


É verdade que os no-breaks estáticos podem oferecer um preço mais baixo por 1 kW para sistemas de no-break menores, mas essa vantagem evapora rapidamente quando se trata de sistemas de alta potência. O conceito modular, que os fabricantes de no-breaks estáticos foram inevitavelmente obrigados a aplicar, gira em torno da conexão paralela de um grande número de no-breaks de pequena potência nominal, por exemplo, 250 kW de tamanho, como no exemplo abaixo. Essa abordagem permite atingir o valor desejado da potência de saída fornecida pelo sistema, mas devido à complexidade de muitos elementos duplicados, ele perde de 20 a 30% da vantagem de preço em comparação com o custo de uma solução baseada em UPS rotativo. Além disso, mesmo essa conexão paralela de módulos possui limitações no número de blocos em um sistema UPS, após o qual os próprios sistemas modulares paralelos devem ser paralelos,o que aumenta ainda mais o custo da solução devido a aparelhagens e cabos adicionais.

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. 1. 48. UB-V .

2.


Nos últimos anos, os data centers tornaram-se empresas cada vez mais comoditizadas, enquanto a confiabilidade é cada vez mais um dado adquirido. Nesse sentido, aumentam os temores de que isso levará a problemas no futuro. À medida que os operadores buscam a tolerância máxima a falhas (o número de "9") e supõe-se que as desvantagens da tecnologia estática do no-break sejam superadas devido ao curto tempo de reparo (MTTR) devido à capacidade de executar uma substituição rápida e "quente" dos módulos do no-break. Mas esse argumento pode ser autodestrutivo. Quanto mais módulos estiverem envolvidos, maior a probabilidade de falha e, mais importante, maior o risco de que tal falha leve à perda de carga no sistema geral. Melhor não ter falhas.

Uma ilustração da dependência do número de falhas do equipamento no valor do MTBF durante a operação normal é mostrada na Fig. 1 e cálculos correspondentes.

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FIG. 1. A dependência do número de acidentes de equipamentos no MTBF.

A probabilidade de falha Q (t) do equipamento durante a operação normal, na seção (II) do gráfico da curva de falha normal, é bastante bem descrita pela lei de distribuição exponencial das variáveis ​​aleatórias Q (t) = e- (λx t), onde λ = 1 / MTBF é a intensidade falhas et é o tempo de operação em horas. Assim, após o tempo t, no estado sem problemas, haverá N (t) configurações do número inicial de todas as configurações N (0): N (t) = Q (t) * N (0).

O MTBF médio dos no-breaks estáticos é de 200.000 horas e o MTBF dos no-breaks rotativos da série UB-V Piller é de 1.300.000 horas. O cálculo mostra que, em 10 anos de operação, 36% dos no-breaks estáticos sofrerão um acidente e apenas 7% dos no-breaks rotativos. Dadas as diferentes quantidades de equipamentos UPS (Tabela 1), isso significa 86 falhas em 240 módulos estáticos de UPS e 2 falhas em 20 UPSs rotativos Piller no mesmo data center com uma carga útil de TI de 48 MW em 10 anos de operação.

A experiência de operação de no-breaks estáticos em data centers na Rússia e no mundo confirma a confiabilidade dos cálculos com base nas estatísticas de falhas e reparos disponíveis em fontes abertas.

Todos os no-breaks rotativos Piller, e em particular a série UB-V, usam uma máquina elétrica para gerar uma onda senoidal pura e não usam capacitores de energia e transistores IGBT, que frequentemente causam falhas em todos os no-breaks estáticos. Além disso, um no-break estático é uma parte complexa do sistema de fonte de alimentação. Complexidade reduz a confiabilidade. Os no-breaks rotativos UB-V possuem menos componentes e um design de sistema mais robusto (motor-gerador), o que aumenta a confiabilidade.

3. Eficiência Energética


Os no-breaks estáticos modernos têm muito melhor eficiência energética on-line (ou modo "normal") do que seus antecessores. Normalmente, com eficiência de pico de 96,3%. Geralmente, são fornecidos números mais altos, mas isso só é possível quando o no-break estático funciona alternando entre os modos online e alternativo (por exemplo, modo ECO). No entanto, ao usar o modo alternativo de economia de energia, a carga funciona em uma rede externa sem nenhuma proteção. Por esse motivo, na maioria dos data centers, na maioria dos casos, apenas o modo online é usado.

A série de UPSs rotativos Piller UB-V não muda de estado durante a operação normal, garantindo uma eficiência de até 98% on-line para um nível de carga de 100% e de 97% para uma carga de 50%.

Essa diferença na eficiência energética torna possível obter economias significativas em eletricidade durante a operação (Tabela 2).

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Aba. 2. Economia de custos de energia no data center de 48 MW de carga de TI.

4. Espaço ocupado


Os no-breaks estáticos de uso geral tornaram-se significativamente mais compactos com a transição para a tecnologia IGBT e a exclusão de transformadores. No entanto, mesmo levando em consideração essa circunstância, o no-break rotativo da série UB-V oferece um ganho de 20% ou mais em termos de espaço ocupado por unidade de energia. A economia de espaço resultante pode ser usada tanto para aumentar a capacidade do centro de energia quanto para aumentar o espaço útil “branco” do edifício para acomodar servidores adicionais.

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FIG. 2. O local ocupado do no-break para 2 MW de diferentes tecnologias. Instalações em escala real.

5. Disponibilidade


Um dos principais indicadores de um data center bem projetado, construído e operado é sua alta tolerância a falhas. Embora 100% do tempo de atividade seja sempre uma meta, os relatórios indicam que mais de 30% dos data centers no mundo sofrem pelo menos uma interrupção não planejada por ano. Muitos deles são causados ​​por erros humanos, mas a infraestrutura de energia também desempenha um papel importante. A série UB-V utiliza a tecnologia comprovada do no-break rotativo Piller em um design monobloco por anos, cuja confiabilidade é significativamente maior do que todas as outras tecnologias. Além disso, para o próprio UPS UB-V em data centers com um ambiente controlado adequadamente, o desligamento anual não é necessário para a manutenção.

6. Flexibilidade


Freqüentemente, os sistemas de TI dos datacenters são atualizados e modernizados em 3-5 anos. Portanto, a infraestrutura dos sistemas de fornecimento de energia e refrigeração deve ser universal o suficiente para atender a isso e ter uma perspectiva futura suficiente. Tanto o UPS estático convencional quanto o UPS UB-V podem ser configurados de várias maneiras.

No entanto, a composição das soluções baseadas neste último é mais ampla e, de um modo geral, como está além do escopo deste artigo, permite implementar sistemas de fonte de alimentação ininterrupta a uma tensão média de 6-30 kV, trabalhar em redes com fontes de geração renováveis ​​e alternativas, para construir sistemas ultra-confiáveis ​​e econômicos com barramento paralelo isolado (barramento IP), correspondendo ao nível da interface do usuário da camada IV na configuração N + 1.

Como conclusão, várias conclusões podem ser feitas. Quanto mais centros de dados se desenvolvem, mais difícil se torna otimizá-los quando é necessário monitorar simultaneamente indicadores econômicos, aspectos de confiabilidade, reputação e minimizar o impacto ambiental. No-breaks estáticos foram e serão usados ​​no futuro em data centers. No entanto, é incontestável a existência de alternativas às abordagens existentes no campo dos sistemas de fornecimento de energia, que apresentam vantagens significativas sobre as "boas velhas estáticas".

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