Статья посвящена выбору «шкаф или стеллаж» для размещения АКБ.
На ранних этапах проектирования системы гарантированного питания (или СОПТ) необходимо принять решение о том, следует ли устанавливать батареи на стеллажах или в шкафах. И то, и другое имеет свои плюсы и минусы. Далее рассмотрим основные конструктивные соображения.
Технология используемых аккумуляторов
Вентилируемые свинцово-кислотные (VLA) батареи (часто называемые “затопленными” или “с жидким электролитом”), которые иногда используются в очень больших системах ИБП и очень часто в СОПТ, ВСЕГДА монтируются на стеллаж. Без вариантов.
Свинцово-кислотные батареи с регулируемым клапаном (VRLA) могут монтироваться на стеллажах или в шкафах. В оставшейся части этой статьи будут рассмотрены рекомендации по размещению именно VRLA.
Размер АКБ
Вообще говоря, чем больше батарея (как физически, так и её номинальная ёмкость в Ач), тем более вероятно, что будет выбрана конфигурация с использованием стеллажа. Жестких правил не существует, но обычно, как только емкость АКБ (одноэлементной или многоэлементной) превышает 100Ач, предпочтение отдается монтажу на стеллаж. И только при особых требованиях следует рассмотреть возможность монтажа в шкаф.
Количество АКБ
“Количество” относится как к количеству элементов в линейке, так и к количеству линеек. Системы ИБП, как правило, работают с банком (линейкой) АКБ с постоянном напряжении от 240 до 800 Вольт. Необходимо проанализировать, следует ли использовать минимальное количество линеек элементов с использованием физически больших батарей или использовать несколько линеек физически меньших АКБ. Такое решение выходит за рамки данного документа, но оно должно включать анализ надежности (например, где и сколько может быть одноточечных отказов) и ремонтопригодности (например, когда устройство слишком велико для человека, чтобы с ним мог справиться человек, что требует специального погрузочно-разгрузочного оборудования). Каждое межэлементное соединение является потенциальной единственной точкой отказа. Резервирование может повысить или снизить надежность, в зависимости от количества точек отказа. Все, что весит более 25 кг, вероятно, слишком тяжело для безопасного подъема без привлечения «специально обученных» специалистов. При этом, стоит учитывать, что назначенный срок службы у АКБ малой ёмкости, как правило, существенно меньше, чем у больших. И соответственно, замена банка, состоящего из бОльшего количества маленьких АКБ будет производиться чаще, что не может не сказываться на суммарной стоимости владения системой гарантированного питания.
Размещение
Аккумуляторы ИБП должны располагаться как можно ближе к ИБП. Они могут быть расположены в:
- помещении для электрооборудования / электрощитовой;
- аккумуляторной;
- компьютерном зале / серверной
Батареи, установленные на открытых стеллажах, почти всегда требуют установки в аккумуляторной. Иногда их устанавливают в том же помещении, что и ИБП (например, в помещении с электрооборудованием). Местные или региональные нормы могут определять, разрешено ли использование батарей в помещениях с прочим электрооборудованием.
Системы ИБП малой мощности (условно, мощностью до 160 кВА) обычно устанавливаются непосредственно в серверной вместе с соответствующими батарейными шкафами. ИБП и/или батарейные шкафы могут быть сконфигурированы так, чтобы выглядеть как стандартные стойки для компьютерного/телекоммуникационного оборудования.
Меры безопасности
Существуют два существенных фактора, которые необходимо учитывать: риск поражения электрическим током и пожарные риски.
Батареи, размещенные на открытом стеллаже, подвергают потенциальному риску поражения постоянным током опасного напряжения любого человека, соприкасающегося с ними. Поэтому их необходимо устанавливать в аккумуляторных помещениях, доступ в которые разрешен только допущенному персоналу, который должен быть обучен технике безопасности при работе с батареями.
Батарейные шкафы должны закрывать батареи за запертыми дверцами, доступными только допущенному персоналу. Пока шкафы остаются запертыми, они могут располагаться в компьютерном зале, серверной или других помещениях, доступных персоналу, не работающим с батареями.
Поскольку даже батареи VRLA могут выделять газообразный водород (который является легковоспламеняющимся и, при достижении определенной концентрации, взрывоопасным), вентиляция (т. е. воздухообмен в час) должна быть достаточной, чтобы гарантировать отсутствие скоплений газа при нижнем пределе воспламеняемости (более 4%). Отечественные нормы техники безопасности и противопожарные норма требует, чтобы содержание водорода не превышало показатель в 2% объемного содержания водорода в воздухе. Поэтому, аккумуляторные помещения должны быть оборудованы вытяжными устройствами, которые обычно представляют собой вытяжной вентилятор.
Поскольку воздухообмен в большинстве компьютерных залов/серверных намного производительней чем вентиляция обычных рабочих зон, размещение батарейных шкафов в компьютерном зале/серверной редко является проблемой.
Подключение (электрические соединения)
Как упоминалось ранее, батареи должны располагаться как можно ближе к ИБП. На это есть две причины:
- чем длиннее кабель, тем больше падение напряжения, что в системах постоянного тока весьма существенно;
- чем длиннее кабель, тем выше вероятность его повреждения и/или короткого замыкания. Помещения с открытыми стеллажами (аккумуляторные) должны (если это принципиально возможно) примыкать к помещению, где размещается ИБП. Аккумуляторные шкафы должны примыкать к оборудованию ИБП.
Существенный момент: если ИБП подключается к нескольким шкафам/стеллажам, то длины кабелей от разных шкафов/стеллажей должны быть как можно более одинаковыми, чтобы предотвратить разницу напряжения линеек и следовательно перезаряд/недозаряд части линеек АКБ.
Один шкаф должен вмещать по крайней мере одну полную линейку элементов. Рекомендуется не разделять линейки между разными шкафами, чтобы обеспечить надежность всей линейки.
Выключатель отключения линейки АКБ должен располагаться как можно ближе к концу кабеля между ИБП и АКБ со стороны шкафа/стеллажа. На открытых батарейных стеллажах выключатель/рубильник/ПВР может быть установлен непосредственно на стеллаже. В батарейных шкафах выключатель должен быть установлен с выводом рукоятки на дверь, чтобы можно было отсоединить аккумулятор от ИБП до открытия двери. Этот рекомендуемый метод предназначен для защиты работника от воздействия смертельного напряжения или дугового разряда в случае неисправности внутри шкафа.
Примечания:
- к сожалению, большинство как отечественных, так и импортных производителей батарейных шкафов игнорируют требование о выводе рукоятки выключателя на дверь. Обратите на это внимание при планировании своей системы;
- по нашему опыту, размещение щитка постоянного тока (для систем малой мощности просто ПВР) оптимально выполнять на стойку открытого батарейного стеллажа по его центру на высоте, отвечающей требованиям нормативов в части высоты органов управления/коммутационных аппаратов.
Удобство и простота эксплуатации
С одной стороны, размещение АКБ в шкафах в непосредственной близости от ИБП - одно из основных преимуществ аккумуляторных шкафов. Обслуживать оборудование удобно, когда ИБП и АКБ находятся рядом друг с другом. И наоборот, приходится переходить в отдельное помещение, когда установлены батареи в открытых стеллажах.
С другой стороны, доступ непосредственно к батареям для их осмотра и/или измерений при размещении в шкафах существенно затруднен, по сравнению со стеллажами.
Специальные требования
Доступность должна учитывать две потенциальные опасности: электрическую и механическую. Наилучшая конструкция электрооборудования сведет к минимуму риск случайного контакта с элементами противоположной полярности своим телом или инструментом. Наилучшая механическая конструкция сведет к минимуму риск падения АКБ во время монтажа, обслуживания или демонтажа. Это также сведет к минимуму риск получения травм при поднятии тяжестей. Крайне желательно, но не всегда возможно использовать подъемное оборудование, специально предназначенное для установки и демонтажа аккумуляторов.
С точки зрения обслуживания с батареями в открытых стеллажах обычно проще и безопаснее работать. Стеллажи могут быть спроектированы с полками "ярусами" (т. е. один ряд АКБ непосредственно над другим), или они могут быть расположены ”ступенчато" (т. е. каждый ряд расположен на расстоянии от ряда под ним, чтобы обеспечить доступ к клеммам с минимальным риском случайного замыкания на корпус ряда выше). Многоуровневые стеллажи должны обеспечивать достаточный зазор между верхними частями элементов на одном ярусе и ярусом выше, чтобы технический специалист мог безопасно работать с АКБ, не создавая токопроводящего связи между АКБ и/или металлическими конструкциями. Многоуровневые стеллажи могут уменьшить занимаемую площадь, но они увеличивают нагрузку на пол. Ступенчатые стеллажи распределяют вес, но занимают больше места.
Батарейные шкафы часто критикуют за отсутствие зазора сверху. Например, в шкафу, содержащем несколько рядов батарей с малой ёмкости, может быть несколько полок, на каждой из которых по одному ряду элементов. Блоки АКБ на каждой полке могут располагаться на в два, три и более ряда по глубине. Это затрудняет доступ технического специалиста к клеммам в глубине полки. Решающее значение приобретает достаточный зазор сверху для рук и инструментов.
Одной из альтернатив (обычно используемой в телекоммуникационных приложениях, но иногда используемой в ИБП) является доступ к передним фронтальным клеммам, т.е. использование АКБ с фронтальным расположением выводов (Front Terminal). Это обеспечивает самый простой доступ для обслуживания, но для этого требуется крышка (обычно прозрачная) или дверцы для предотвращения случайного контакта с шиной постоянного тока под напряжением.
Примечания:
- Исходя из нашей практики, при планировании/выборе стеллажей или шкафов со стационарными (не полностью выдвижными) полками, для обеспечения безопасности персонала, выполняющего периодические измерения АКБ (да и просто обеспечения возможности выполнения таких измерений даже с применением специальных измерительных штанг), необходимо закладывать расстояние между полками в свету не менее чем высота АКБ с учетом клемм и соединительных болтов плюс:
- минимум 90мм при однорядном размещении АКБ по глубине;
- минимум 140мм при двухрядном размещении;
- минимум 160мм при размещении в три и более ряда;
- рекомендация не распространяется на стеллажи со ступенчатым размещением полок. - Обязательно учитывайте максимальную допустимую нагрузку на перекрытие в помещении, где планируется размещение АКБ. Причем, как распределенную, так и точечную. Не исключено, что даже если перекрытие допускает распределенную нагрузку, в которую «укладывается» расчетная нагрузка батарейного кабинета, придется предусматривать дополнительно швеллеры или силовые подпятники под стройки стеллажей, чтобы не продавить перекрытие.
Сейсмостойкость
В районах, географически отнесенных к сейсмическим зонам, потребуются учитывать дополнительные конструктивные особенности. Во время землетрясения банк аккумуляторов может получить серьезные механические повреждения, в том числе:
- деформация или поломка межэлементных и межуровневых разъемов;
- повреждение корпусов АКБ, приводящее к утечке или разливу электролита;
- короткие замыкания, приводящие к образованию дуги и/или возгоранию;
- батарейные блоки соскальзывают со своих полок;
- стеллажи или шкафы опрокидываются или складываются.
Стеллажи/шкафы для батарей должны иметь утвержденные производителем сейсмические характеристики, пройти специальные испытания и иметь сертификат сейсмостойкости (сейсмоустойчивости) оборудования.
Обычно сейсмостойкие стеллажи имеют в своей конструкции особо прочные рамы и дополнительные направляющие/консоли для предотвращения соскальзывания батарей с полок. Направляющие добавляют еще одну операцию при установке и снятии аккумуляторных батарей (см. фото ниже). Из-за своей длины аккумуляторный стеллаж при сейсмическом воздействии может испытывать различные крутящие моменты одновременно. Хорошая конструкция учитывает эти горизонтальные и вертикальные крутящие моменты и обеспечивает некоторую гибкость, включая гибкие межэлементные соединители. Излишняя жесткость конструкции может привести к повреждению. Стойки обычно сейсмически закреплены на бетонном полу.
Закрытый шкаф снижает вероятность соскальзывания батарей с полок, но весь шкаф может быть подвержен перемещению, особенно если он установлен на фальшполе (что типично для центров обработки данных). Дверцы шкафа должны быть постоянно заперты, когда шкаф не обслуживается. Различные способы крепления батарейного шкафа включают рамы или ремни под фальшполом. К каркасам под полом предъявляются те же требования строительных норм по креплению к бетонному полу, что и к стеллажам. Фактически они поднимают центр тяжести, тем самым увеличивая вероятность раскачивания. Обвязка также должна быть сейсмически надежно закреплена на бетонном полу, но она так же должна обладать достаточной гибкостью, чтобы выдерживать некоторую степень одновременного вертикального и горизонтального перемещения.
В любом случае, привлеките инженера-сейсмолога к проектированию любой аккумуляторной системы в сейсмической зоне.
Температура
В одной из последующих статей мы особо рассмотрим влияние температуры на жизненный цикл и рабочие характеристики АКБ. Но здесь упомянем разницу температурных режимов при размещении АКБ в шкафах и на стеллажах.
Для батарей, устанавливаемых на стеллаж, обычно достаточно общего охлаждения и вентиляции помещения.
Конструкция шкафа, напротив, должна решать проблему отвода тепла, а также любых выделяемых газов от аккумулятора. Можно ожидать, что батареи VRLA, устанавливаемые в шкаф, будут работать в более теплой среде, чем на стеллаже, тем самым потенциально сокращая срок службы батареи. Дополнительное охлаждение батарейного шкафа редко требуется, но внутри шкафа должны быть свободные пути для конвекции (подъема теплого воздуха) и соответствующие отверстия для выхода подогретого воздуха и газообразного водорода в помещение. Объем воздухообмена и температура воздуха, подаваемого в компьютерный зал с надлежащим кондиционированием, обычно превышают требования, предъявляемые к батарейным шкафам. Однако, при планировании шкафа необходимо помнить, что разница температуры между самым холодным и самым горячим АКБ в линейке не должна превышать 3°C.
На сегодня всё. Не стесняйтесь указывать на неточности, делиться своим опытом или, наоборот, задавать вопросы.
Полное или частичное воспроизведение материалов оригинальных статей, размещенных в группе «Фарадей и Пассатижи» возможно только по письменному разрешению правообладателя - ООО «БИТ ГРУП».