Elektromechaniczne przełączniki zasilania

Elektromechaniczne przełączniki źródeł zasilania są najczęściej budowane dla mocy do 10 kVA. Jest to głównie spowodowane fizycznymi ograniczeniami styczników przy wyższych mocach. Z tego właśnie powodu elektromechaniczne przełączniki źródeł zasilania, które są instalowane w szafach, mają zwykle wysokość nie większą niż 1U. Elektromechaniczne przełączniki zasilania są zwykle wyposażone w czujniki napięcia zasilającego dla poszczególnych torów zasilania wraz ze sterownikiem. Elementem przełączającym zasilanie pomiędzy źródłami jest najczęściej stycznik z napędem elektromagnetycznym. Całkowity czas przełączenia wraz z detekcją zasilania dla tego typu przełącznika wynosi od 10 do 20 ms. Przełączniki elektromechaniczne są urządzeniami mało skomplikowanymi ze względu na to, że sterowanie stycznikiem jest proste i nie wymaga synchronizacji źródeł zasilania sieciowego. Żywotność oraz awaryjność takich przełączników zależy głównie od jakości stycznika i liczby dokonywanych operacji łączeniowych. Większość oferowanych przełączników posiada funkcje monitoringu i umożliwia także zdalne zarządzanie obwodami odbiorczymi (włączanie, wyłączanie).

Przełączniki bezstykowe (static switch) umożliwiają bardzo szybkie przełączanie obwodów zasilania napięcia przemiennego (zarówno jednofazowych, jak i trójfazowych), bez generowania łuku elektrycznego (zakłóceń elektromagnetycznych). Przy zsynchronizowanych napięciach charakteryzują się one czasem przełączania poniżej 6 ms, a przy przełączeniu tzw. serwisowym (awaryjnym - bez synchronizacji) nawet poniżej 0,2 ms. Przełączniki bezstykowe mają bardzo dużą przeciążalność prądową (do 1500% przez 20 ms), a jednocześnie są wyposażone w ochronniki eliminujące przepięcia zagrażające odbiornikom.

Przełączniki statyczne są najczęściej zbudowane przy użyciu tyrystorów SCR (Silicon Controlled Rectifer). Tyrystor jest elementem półprzewodnikowym umożliwiającym (podobnie jak dioda) przepływ prądu tylko w jednym kierunku, tak więc w wypadku przełączania napięcia przemiennego konieczne jest odwrotnie równoległe połączenie tyrystorów. Aby tyrystor przewodził, konieczne jest jeszcze podanie sygnału na jego bramkę, zmiana polaryzacji napięcia na tyrystorze powoduje jego ponowne zablokowanie. Przełączniki statyczne prądu przemiennego muszą być zbudowane minimum z dwóch łączników tyrystorowych wyposażonych w układy przeciwprzepięciowe oraz system sterowania, który odpowiada za załączanie odpowiedniego klucza tyrystorowego. Nowoczesne przełączniki typu static switch zapewniają:

• uzyskanie wymaganej niezawodności systemu,
• krótki czas przełączania (<6 ms),
• wysoką sprawność,
• prostą obsługę,
• niskie koszty instalacji i eksploatacji,
• sygnalizację stanów pracy urządzenia i stanów linii zasilających,
• eliminację przepięć,
• dużą przeciążalność prądową.

Zarządzanie dystrybucją mocy

W przypadku dużych centrów przetwarzania danych zasilanych z centralnego zasilacza UPS często występuje konieczność zdalnego sterowania zasilaniem pojedynczych urządzeń, takich jak serwery czy routery. Dzięki statycznym bądź elektromechanicznym przełącznikom zasilania pozwalającym na zdalne wyłączanie lub włączanie pojedynczych urządzeń teleinformatycznych można zoptymalizować (wydłużyć) czas pracy systemu informatycznego w razie awarii zasilania (praca UPS-a z baterii), wyłączając zbędne lub mniej ważne urządzenia.

Zastosowanie przełączników zasilania pozwala również na zminimalizowanie obszaru potencjalnej awarii do pojedynczych szaf. Urządzenia zarządzające dystrybucją mocy ułatwiają zarządzanie odległymi systemami, umożliwiając ich restart i optymalizację pracy sprzętu w sieciach rozległych.

Zastosowanie urządzeń tego typu stanowi również doskonałe rozwiązanie problemu zasilania dla dostawców usług sieciowych w formie kolokacji. Dostawcy tego typu usług mogą przyporządkować możliwość zarządzania poszczególnymi urządzeniami swoim klientom. Istotnym aspektem związanym z bezpieczeństwem zasilania jest monitoring poziomu obciążenia (wartości prądu obciążenia) grupy bądź pojedynczego urządzenia. Pozwala on stwierdzić, czy urządzenia teleinformatyczne pracują prawidłowo i czy nie występują przeciążenia sieci zasilającej. Nieuprawnione wykorzystanie gniazd zasilających stwarza bowiem ryzyko nieoczekiwanego przeciążenia, które może skutkować przestojem. Planowe wyłączanie odbiorników według ustalonego harmonogramu może być podyktowane również względami ekonomicznymi, dając wymierne oszczędności energii elektrycznej. Sterowanie urządzeniami jest najczęściej realizowane za pomocą:

• przeglądarki internetowej,
• protokołu SNMP,
• usługi telnet.

Przełączniki wyposażone w tego typu funkcje mogą współpracować z dowolnymi zasilaczami UPS i nie jest wymagana przy ich stosowaniu znacząca przeróbka istniejącej instalacji elektrycznej.

Predykcyjna analiza awarii

Większość elementów systemu zasilania ulega awarii bez jakichkolwiek objawów ostrzegawczych, które umożliwiłyby obsłudze podjęcie działań zapobiegających. Wyposażenie systemu zasilania w przyrządy generujące wcześniejsze ostrzeżenia o możliwości awarii poszczególnych elementów pozwala na uzyskanie pożądanego poziomu dostępności. Automatyczne powiadamianie o pozostałym spodziewanym czasie eksploatacji i częstotliwości wymiany jest szczególnie istotne w wypadku elementów zużywających się, takich jak akumulatory. W razie częstego modyfikowania obwodów trudno jest ocenić, czy nie są one przeciążone. Dlatego warto wyposażyć system zasilania w układ monitoringu rozpływu mocy, aby nie doszło do awarii i przestoju. Dla systemów projektowanych indywidualnie spełnienie wymagań w zakresie elastyczności zarządzania jest dość trudne w realizacji. Zastosowanie standardowych urządzeń i oprogramowania do monitoringu i zarządzania pozwala na zwiększenie elastyczności i dostosowanie się zmian. Graficzny interfejs użytkownika i automatyczne powiadomienia oraz mechanizm raportowania powinien przedstawiać parametry zasilania na poziomie pojedynczej szafy.

Podsumowanie

System zasilania infrastruktury teleinformatycznej powinien w dużym zakresie dostosowywać się do zmiennych wymagań w zakresie napięcia, mocy i dystrybucji do pojedynczych gniazd bez konieczności zmian połączeń w tablicach rozdzielczych pod napięciem. Wiele problemów dotyczących możliwości adaptacji ma związek z architekturą systemu dystrybucji zasilania do szafy. Stosowanie przełączników źródeł zasilania w znacznym stopniu zwiększa poziom dostępności systemu teleinformatycznego przy niewielkich nakładach finansowych. W dwutorowych systemach zasilania powstają trudności z ustaleniem, czy wyłączenie jednego toru nie spowoduje przeciążenia pozostałych. Współczesne systemy zasilania szaf powinny więc umożliwiać zdalne zarządzanie oraz monitoring coraz liczniejszych obwodów zasilania. W systemach dwutorowych na jedną szafę może przypadać 6 lub więcej obwodów zasilania, zaś w torach mogą być wprowadzane częste zmiany okablowania. Zarządzanie zasilaniem poprzez zastosowanie wielotorowych przełączników zasilania eliminuje w dużym stopniu konieczność zmian okablowania oraz umożliwia lokalne i zdalne pomiary obciążenia. Częsta modyfikacja obwodów zasilania w połączeniu z koniecznością zasilania urządzeń w sposób ciągły (7 x 24) stwarza bowiem ryzyko popełnienia błędów łączeniowych. Potwierdza to raport Uptime Institute (http://www.upsite.com ), z którego wynika, że ponad 50% wszystkich przypadków wyłączenia zasilania w centrach przetwarzania danych spowodowanych jest błędem człowieka. Przełączniki zasilania są dostępne w ofercie większości firm specjalizujących się w produkcji urządzeń zasilania awaryjnego, takich jak Eaton Powerware, APC, Liebert czy polskiej firmy Medcom.