Системы
бесперебойного питания

ИБП для серверной комнаты

Важность информационных технологий для современных предприятий и организаций стремительно повышается. Во многих компаниях из вспомогательного средства они превратились в ключевой инструмент для бизнеса. Соответственно, на первое место выходят задачи обеспечения надежного функционирования ИТ-систем в любых условиях, в том числе при перебоях в электроснабжении.

Одно из важнейших решений при оснащении серверной или телекоммуникационной комнаты – выбор и установка источника бесперебойного питания (ИБП). Никогда нельзя быть уверенным в том, что качество электроэнергии, получаемой из центральной электросети, подходит для надежной работы ИТ-оборудования. Кроме того, нет гарантии, что электричество будет поступать без перебоев. Даже если центральная электросеть достаточно надежна, в самом здании может работать оборудование, например с электромоторами, вносящее искажения в электросеть, которые негативно скажутся на работе ИТ-систем.

Назначение и типы ИБП

От чего защищаем

Источник бесперебойного питания решает две основные задачи. Первая – это обеспечение питания нагрузки в случае пропадания внешнего напряжения. Вторая – защита нагрузки от различных искажений в электросети.

Для начала давайте разберемся, от чего необходимо защищать нагрузку. Как известно, стандартные параметры электросети переменного тока в России – напряжение 220 В и частота 50 Гц. Отклонения от этих параметров можно считать искажениями. В момент включения в здании мощных потребителей, например системы кондиционирования, в электросети может наблюдаться просадка напряжения. При длительной работе большого числа мощных потребителей и перегрузки сети может наблюдаться долговременное снижение напряжения, а при его отключении – скачок напряжения. Прохождение сильных скачков на ИТ-оборудование чревато потерей данных или даже поломкой оборудования.

Маркер Прерывание подачи напряжения
Возможная причина: авария в электросети
Маркер Пониженное напряжение
Возможная причина: работа в сети мощного оборудования
Маркер Изменение частоты
Возможные причины: снижение выработки электроэнергии, экстремальные нагрузки
Маркер Просадка напряжения
Возможная причина: включение мощного оборудования, перегрузка сети
Маркер Перенапряжение
Возможная причина: отключение мощного оборудования
Маркер Помехи, связанные с переходными процессами
Возможная причина: изменение скорости вращения элементов электромеханического оборудования
Маркер Импульсные помехи
Возможная причина: удар молнии
Маркер Высокочастотные шумы
Возможные причины: работа сварочного оборудования, плохое заземление
Маркер Гармонические искажения Возможная причина: работа нелинейной нагрузки (копиры, факсы и пр.)

Искажения в электросети

Форма напряжения также может искажаться. Для отдельных категорий оборудования, скажем, контрольно-измерительного или медицинского, требуется четко синусоидальная форма напряжения. В большинстве ПК и серверах используется импульсные источники питания, потому идеальная синусоида не столь важна – они вполне могут работать и со ступенчатым напряжением.

Если говорить о простейших устройствах защиты, то в первую очередь следует назвать сетевые фильтры. Эти устройства «обрезают» только импульсные помехи, а также высокочастотные шумы, и никак не помогут защититься от долговременных просадок и всплесков напряжения. Следующий тип устройств защиты – стабилизаторы напряжения. Помимо фильтрации, они также решают задачу выравнивание напряжения в случае его долговременного отклонения от номинала. Но ни фильтр, не стабилизатор не помогут в случае попадание электричества. Для решения этой задачи необходим вторичный источник электричества, например аккумуляторная батарея, которая обязательно присутствует в ИБП.

Аккумуляторная батарея решает задачу обеспечения питания нагрузки в случае временного (насколько «временного», мы поговорим ниже) отключения электричества. Зарядка АКБ осуществляется постоянным током, поэтому ИБП должен преобразовать переменный ток из электросети в постоянный. Для этого используется выпрямитель. В свою очередь постоянное напряжение с АКБ должно преобразовываться в переменное для подачи на нагрузку. Такое преобразование – функция инвертора. Вот они три основных элемента ИБП переменного тока: выпрямитель, АКБ, инвертор.

Классификация ИБП

Простейший тип ИБП – оффлайновый или резервный. Этот термин возник потому, что в таких ИБП аккумуляторная батарея в штатном режиме работы отключена от цепи подачи электропитания на нагрузку – находится в своеобразном оффлайне. В этом режиме электричество с входа ИБП подается на нагрузку практически напрямую – лишь через фильтр, который обрезает импульсные и высокочастотные помехи. При отключении внешнего электричества нагрузка переключается на аккумулятор, который обеспечивает ее питание. Недостатками такого типа ИБП являются большое (порядка 10 мс) время переключения на АКБ, а также невозможность справиться с долговременными просадками напряжения или перенапряжением. Оффлайновые ИБП, как правило, применяют только для защиты отдельных ПК или рабочих станций.

Упрощенная схема оффлайнового ИБП

Упрощенная схема оффлайнового ИБП, работающего в штатном режиме

Определенным развитием оффлайновых ИБП стали линейно-интерактивные устройства, в которых к фильтрации добавлена функция стабилизации напряжения. Используется бустер (ступенчатый стабилизатор, построенный на основе автотрансформатора), который способен обеспечить повышение напряжения при его просадке и понижение при всплеске, а значит, подавать нормальное электропитание на нагрузку без переключения на аккумулятор. Термин «интерактивный» появился потому, что такой ИБП способен отслеживать входное напряжение и корректировать свою работу в зависимости от различных его изменений. При этом такой недостаток офлайновых ИБП, как большое время переключения на аккумулятор, сохраняется и в устройствах этого типа. Коме того, в оффлайновых и линейно-интерактивных ИБП часто используются недорогие инверторы, а потому форма сигнала, поступающего на нагрузку, далека от идеальной синусоиды.

Упрощенная схема линейно-интерактивного ИБП

Упрощенная схема линейно-интерактивного ИБП, работающего в штатном режиме

Следующий класс ИБП – онлайновые (с двойным преобразованием напряжения). Именно они, как правило, используются в серверных и телекоммуникационных комнатах для обслуживания важной нагрузки. Как следует из названия этого типа ИБП в нем аккумуляторная батарея непосредственно включена в цепь подачи электричества (находится в онлайне), а потому в случае отключения внешнего электропитания переключение на аккумулятор происходит мгновенно. В таком ИБП в штатном режиме работы электричество проходит два преобразования: сначала поступающие извне переменное напряжение выпрямителем преобразуется в постоянное (в том числе для зарядки батареи), а затем, с помощью инвертора, – обратно в переменное для подачи на нагрузку.

Упрощенная схема онлайнового ИБП

Упрощенная схема онлайнового ИБП, работающего в штатном режиме

Такая схема двойного преобразования позволяет полностью отвязаться от всевозможных внешних помех и выдавать на нагрузку электричества с необходимыми параметрами и формой. Такие ИБП, как правило, в несколько раз дороже оффлайновых, но зато они обеспечивают полную защиту от всевозможных помех во внешней электросети и нулевое время переключения на аккумулятор в случае аварии.

Краткое сравнение ИБП разных классов

  Оффлайн Линейно-интерактивные Онлайн
Мощность ИБП менее 1,5 кВА менее 4 кВА не ограничена
Режим работы от сети      
Стабилизация напряжения нет ступенчатая полная
Стабилизация частоты Нет Нет Есть
Фильтрация помех слабая средняя максимальная
Батарейный режим      
Частота переходов частая средняя редкая
Время перехода на батареи 5-15 мс 2-6 мс нет
Форма синусоиды часто трапецеидальная синусоидальная синусоидальная
режим «байпас» нет нет есть
гальваническая развязка нет нет возможна

Согласно стандарту IEC 32040, для обозначения классов ИБП введены три буквенных обозначения: VFI , VI и VFD .

  • Класс VFI (Voltage & Frequency Independent) – выходные напряжение и частота ИБП не зависят от входных параметров.
  • Класс VI (Voltage Independent) – выходная частота совпадает с входной, напряжение на выходе регулируется в заданных пределах.
  • Класс VFD (Voltage & Frequency Dependent) – выходное напряжение и частота совпадают с входными.

Вот как это соотносится с топологией ИБП:

Топология ИБП Спецификация Типовая мощность Типовое применение
Оффлайн Voltage & Frequency Dependent (VFD) 1500 ВА Малый офис, домашние ПК и другие не критичные среды
Линейно-интерактивный Voltage Independent (VI) 5000 ВА Малый бизнес, веб-сайты, серверы подразделений
Онлайн Voltage and Frequency Independent (VFI) 1000 кВА Дата-центры

Архитектура системы бесперебойного питания

Расчет мощности

Основные два параметра, которые необходимо знать при выборе характеристик ИБП, это мощность нагрузки и время автономной работы (о времени автономной работы мы поговорим ниже в разделе, посвященном аккумуляторным батареям). Обычно рекомендуют выбирать ИБП с запасом по мощности в 15-25% относительно суммарной мощности оборудования, которое он будет обслуживать. При этом для расчетов используют номинальные значения, указанные в документации на конкретные устройства. Однако на практике оборудование никогда не работает с нагрузкой 100%, поэтому чаще всего мощность установленного ИБП оказывается избыточной. Но рисковать никто не хочет: лучше установить ИБП помощнее, чем рисковать потерей критически важных систем.

В спецификациях на ИБП мощность может быть указана как в ваттах (Вт), так и в вольт-амперах (ВА). В ваттах измеряется активная мощность, потребляемая нагрузкой, в вольт-амперах – полная подаваемая на нее мощность. Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности (P). Чтобы понять суть этой важной характеристики рассмотрим два предельных варианта. Предположим, что нагрузка представляет собой идеальное сопротивление, вся подаваемая мощность поглотится такой нагрузкой, активная мощность будет равна полной (P=1). Другой вариант: нагрузка представляет собой идеальную емкость или индуктивность. В этом случае нагрузка лишь запасет подаваемую на нее энергию (в магнитном поле катушки или в электрическом поле конденсатора), а затем – вернет в сеть. Потребляемая активная мощность окажется равной нулю, соответственно P=0.

Учет коэффициента мощности нагрузки очень важен в том случае, если он существенно отличается от 1. Скажем, старые ПК с дешевыми блоками питания могли иметь P=0,6. Однако современные компьютеры и серверное оборудование имеют блоки питания с корректировкой коэффициента мощности, их P близок к 1 (для расчетов можно считать его равным 0,95 – из-за емкостной составляющей во входных фильтрах). Поэтому многие разработанные для ИТ современные модели ИБП рассчитаны на коэффициент мощности нагрузки, приближенный к 1. Однако, если к таким ИБП планируется подключать другое (не ИТ) оборудование (например, часто устанавливаемые в серверных кондиционеры), то надо учитывать значение его КМ. Например, для тех же кондиционеров его обычно принимают равным 0,7.

При подключении к ИБП другого (отличного от ИТ) оборудования также следует учитывать возможно высокие пусковые токи. Пусковой ток серверов не слишком велик (соответствующий коэффициент обычно не превышает 1,5), а потому перегрузочной способности большинства ИБП оказывается более чем достаточно. Однако в случае с тем же кондиционером или системой освещения пусковой ток может в несколько раз превосходить номинальное значение. Это надо учитывать при анализе характеристик ИБП. Лучше для ИТ и для другого оборудования использовать разные ИБП.

Размещение ИБП: централизованная или распределенная схема

Если серверное хозяйство небольшое, и все ИТ-оборудование помещается в одной монтажной стойке, тогда не возникает и вопрос относительно схемы размещения ИБП. Как правило, суммарная мощность ИТ-оборудования, устанавливаемого в одной стойке находится на уровне 3-10 кВт, поэтому для его обслуживания достаточно одного ИБП соответствующей мощности. Установить его можно непосредственно в самой стойке – если выбрана модель ИБП, допускающая установку в стандартную 19-дюймовую стойку, а в ней свободно необходимое число юнитов. В случае если конструкция ИБП не допускает установку в стойки или ИБП (вместе с необходимым числом аккумуляторов) занимает в ней много места, необходимо предусмотреть площадь для установки системы бесперебойного питания рядом со стойкой.

ИБП для установки в стандартную монтажную стойку

ИБП для установки в стандартную монтажную стойку

Когда в серверной комнате находится несколько стоек или отдельно стоящих единиц ИТ-оборудования, то возникает вопрос, какую выбрать схему бесперебойного питания. Можно в каждую стойку установить свой «персональный» ИБП, реализовав таким образом распределенную схему.

Пример распределенной схемы построения системы бесперебойного электропитания

Пример распределенной схемы построения системы бесперебойного электропитания

Другой вариант – установить систему ИБП большей мощности, одну на все ИТ-оборудование в серверной. Тогда в каждой стойке устанавливаются блоки распределения электропитания (PDU), которые подключаются к центральному ИБП.

В каких случаях целесообразна централизованная схема? Она может потребоваться тогда, когда необходимо разграничить доступ персонала к различным системам. Другими словами, чтобы электрики, обслуживающие ИБП, не имели доступа к ИТ-оборудованию и наоборот. Для этого ИБП можно разместить в отдельном (закрытом) шкафе или даже в отдельной комнате.

Пример централизованной схемы построения системы бесперебойного электропитания

Пример централизованной схемы построения системы бесперебойного электропитания

Также централизованная система имеет смысл, когда необходимо обеспечить большое время автономной работы, а значит, установить много аккумуляторных батарей. В одну стойку с ИТ-оборудованием они просто не поместятся. Кроме того, большой комплекс АКБ существенно увеличивает нагрузку на перекрытие, что может потребовать его усиления. Производить такую дорогостоящую строительную операцию в самой серверной – далеко не лучший вариант, проще и дешевле усилить пол в отдельном помещении. Также в отдельном помещении проще и дешевле обеспечить температурный режим, оптимальный для аккумуляторных батарей.

Наконец, централизованная схема позволяет эффективно реализовать различные схемы резервирования ИБП, а также наращивания мощности системы бесперебойного питания по мере роста мощности собственно нагрузки. К описанию таких подходов мы и переходим.

Масштабирование и резервирование ИБП: параллельные схемы и модульные решения

Главная задача ИБП – обеспечить надежную работу ИТ-оборудования. Для этого и сами ИБП должны быть достаточно надежными устройствами. Понятно, что многое здесь зависит от качества комплектующих, качество сборки, тщательности проверки и тестирования устройств непосредственно на заводе. Однако какими бы высококачественными ни были отдельные компоненты, сколько всеобъемлющим ни был бы контроль сборки и тестирования, среднее время наработки на отказ (MTBF, Mean Time Between Failures) – параметр статистический. Это значит, что система с MTBF в несколько десятков лет, пусть и с малой вероятностью, но может выйти из строя сразу же после запуска в эксплуатацию.

Как повысить надежность работы ИБП? Один из вариантов – резервирование основных блоков. Этот подход реализован в модульных устройствах. Они состоят из единого конструктива, в которой устанавливаются отдельные блоки (модули), как правило, это силовые модули. Установив избыточное число модулей можно повысить отказоустойчивость. Например, если максимальная мощность нагрузки составляет 4 кВт, то установка трех модулей по 2 кВт обеспечит резервирование по схеме N+1 (2+1). Это значит, что даже при выходе из строя одного из модулей поддержка 4 кВт будет обеспечена двумя оставшимися.

Пример модульного ИБП

Пример модульного ИБП (показано оборудование компании Newave, приобретенной ABB)

Помимо обеспечения отказоустойчивости, модульная конструкция имеет другие важные достоинства, например удобство наращивания мощности ИБП по мере необходимости. На начальном этапе достаточно купить столько модулей, сколько необходимо для обслуживания текущей нагрузки (с учетом резервирования). В случае увеличения мощности нагрузки надо просто добавить в систему необходимое количество модулей. Кроме того, модульная конструкция обеспечивает возможность быстрой замены модуля в случае выхода его из строя. Как правило, такая замена может осуществляться в «горячем» режиме, т. е. без отключения нагрузки. Это существенно снижает другой ключевой параметр общей надежности системы – среднее время восстановления (MTTR, Mean Time to Repair).

Главный недостаток модульных решений – их более высокая стоимость по сравнению с моноблочными. Это немаловажный фактор особенно в нынешнее время, когда бюджеты, выделяемые на ИТ-проекты, очень ограничены. В тоже время, более высокий уровень отказоустойчивости, а также возможность быстро заменить отказавший узел без привлечения сторонних специалистов – тоже важные свойства. Поэтому решение по выбору в пользу моноблочного или модульного устройства должно учитывать все плюсы и минусы, а также специфику конкретного проекта.

Какие варианты повышения отказоустойчивости и обеспечения масштабирование доступны в том случае, если выбран моноблочный ИБП? Классическая установка нескольких ИБП в параллель. При этом обычно реализуются те же схемы резервирования, например N+1, что и в случае модульных устройств, только единицей резервирование является уже не отдельный модуль, а ИБП целиком.

Повышение мощности и/или обеспечение отказоустойчивости

Повышение мощности и/или обеспечение отказоустойчивости при использовании модульного ИБП (слева) и установке моноблочных ИБП в параллель (справа)

Для совместной работы в параллельной системе требуется определенная синхронизация между ИБП. У разных производителей разных подход к реализации такой синхронизации. Но, как правило, организуется отдельная управляющая цепь между платами параллельной работы, установленными в каждом ИБП.

Изначально возможность параллельной работы была доступна только для источников бесперебойного питания большой мощности. Однако в последнее время подобный функционал стал поддерживаться и в ИБП средней мощности, менее 10 кВт.

Пример ИБП небольшой мощности

 Пример ИБП небольшой мощности (модель Protect D компании AEG), поддерживающего возможность установки в параллель для формирования более мощных и/или отказоустойчивых систем

Особенности ИБ

КПД: на что нужно обратить внимание

Существующий стереотип о дешевизне электричества в России являлся причиной того, что большинство заказчиков традиционно уделяли мало внимания энергоэффективности приобретаемого оборудования. Но в последние годы ситуация меняется, все чаще при выборе ИБП учитывают значение его КПД. И дело здесь не только в желание сэкономить на оплате электричества. Есть и другие причины. Например, низкий КПД приводит к большому тепловыделению, что может потребовать установки дорогостоящей системы кондиционирования, а значит, увеличит капитальные затраты (CAPEX).

Как уже говорилось, у онлайновых ИБП из-за двойного преобразования КПД ниже, чем у более простых линейно-интерактивный устройств. Лет 10 назад этот показатель у онлайновых ИБП находился на уровне 90% и даже ниже. Тогда основные силовые блоки ИБП, выпрямитель и инвертор, строились на базе тиристоров. За последнее десятилетие элементная база сменилась на IGBT-транзисторы, во многом благодаря этому вырос и КПД до 93–95%. До идеала остается «каких-то» 5–7%, но надо понимать, что дальнейшее увеличение КПД даже на одну десятую процента связано с большими затратами производителей на НИОКР и потому вряд ли экономически оправдано.

По понятным причинам, производители ИБП часто предпочитают указывать максимальный КПД, который достигается при полной загрузке устройства. Однако на практике нагрузка ИБП, как правило, не превышает 0,5–0,75. Если же устройство используется в параллельной схеме с резервированием части ресурсов для обеспечения отказоустойчивости, то его загрузка еще ниже. Многие производители учитывают этот факт и стараются предлагать устройства, КПД которых не сильно зависит от уровня загрузки. Более того, на рынке имеются ИБП, энергоэффективность которых максимальна при уровне нагрузки 0,5–0,75. В любом случае при выборе ИБП запросите у поставщика информацию о КПД в том диапазоне нагрузки, в котором, скорее всего, он будет эксплуатироваться.

Зависимость КПД от уровня загрузки

Зависимость КПД от уровня загрузки

Многие современные онлайновые ИБП поддерживают экономичный режим (эко-режим), в котором КПД значительно повышается, вплоть до 98%. При переходе в эко-режим ИБП отключает режим двойного преобразования энергии, а электричество с входа через электронный байпас подается на выход. По сути, это ничто иное, как оффлайновая схема, используемая в дешевых ИБП малой мощности. Такое переключение осуществляется в том случае, если качество электроэнергии в электросети удовлетворяет определенным требованиям. При ухудшении параметров источник возвращается в режим двойного преобразования, в котором качество электричества на выходе уже не зависит от его состояния на входе.

Экономичный режим работы онлайного ИБП

Экономичный режим работы онлайного ИБП

Несмотря на существенное повышение КПД, заказчики с большим опасением подходит к использованию эко-режима. Их опасения понятны: переключение с одного режима на другой всегда сопровождается неким переходным процессом, в результате которого нагрузка может быть подвергнута опасности. На самом деле проведено немало тестов, доказывающих, что подобное переключение с байпаса на инвертор происходит очень быстро, за время в несколько миллисекунд, при этом вообще не происходит прерывание подачи электропитания на нагрузку. Вместе с тем, быстрый наброс нагрузки на инвертор может привести к провалу напряжения и негативно повлиять на электропитание конечного оборудования. У разных производителей поддержка эко-режима реализована по-разному, поэтому если вы собираетесь его использовать, запросите необходимые детали, результаты тестов, отзывы заказчиков, уже использующих этот режим.

Один из вариантов – использовать экономичный режим для питания менее требовательных потребителей, оставив критически важную нагрузку на двойном преобразовании (запретив обслуживающим ее ИБП переходить на эко-режим).

Аккумуляторные батареи

Аккумуляторные батареи, – пожалуй, самый важный и в тоже время дорогостоящий элемент ИБП. Именно они обеспечивают электропитания нагрузки в критический момент, когда происходит отключение электричества.

Традиционно емкость аккумуляторной батареи для ИБП подбиралась исходя из времени автономной работы 5-10 минут – этого достаточно, чтобы сохранить данные, корректно завершить работу приложений и операционных систем. В случае если объект не оснащен системами долговременного автономного электроснабжения (как правило, такой системой служит дизель-генераторная установка), по истечении обеспечиваемом АКБ времени автономии компьютерные системы будут выключены.

Конкретное время автономной работы, обеспечиваемое аккумуляторными батареями, должно определяться для каждого конкретного проекта с учетом специфики поддерживаемых систем и требований к приложениям. Нередко возникают ситуации, когда необходимо более продолжительное время работы от АКБ. Емкости встроенных в ИБП аккумуляторов может не хватить, придется устанавливать внешние АКБ, они могут занять значительную площадь и оказывать большую нагрузку на перекрытие. Как уже говорилось, в этих случаях целесообразно размещать аккумуляторные батареи вместе с ИБП в отдельном помещении.

Отдельно установленный комплекс аккумуляторных батарей

Отдельно установленный комплекс аккумуляторных батарей

Время автономной работы критически важных систем можно повысить путем сегментации нагрузки и раздельного управления выходными сегментами. Это позволяет постепенно отключать нагрузку при пропадании напряжения – сначала менее важную, оставляя для критичного оборудования больший ресурс батарей.

При наличии на объекте ДГУ 5-10 минут вполне достаточно для гарантированного запуска и выхода на штатный режим работы этой установки. В этом случае ИТ-нагрузка будет переведена с аккумуляторных батарей ИБП на дизель-генератор, который способен обеспечить ее работу длительное время. При регулярном подвозе и заправки дизельного топлива ИТ-комплекс может функционировать несколько дней и даже недель.

ДГУ

При наличии на объекте ДГУ ИТ-комплекс может функционировать автономно несколько дней и даже недель – все зависит от регулярности подвоза и заправки дизельного топлива

Существует большое число типов аккумуляторов. Вот лишь некоторые:

  • свинцово-кислотные;

  • никель-кадмиевые;

  • никель-металлгидридные (Ni-MH);

  • литий-ионные (Li-Ion)

  • цинково-воздушные (Zinc-Air).

В ИБП традиционно используют свинцово-кислотные батареи, которые по совокупности параметров (качество, цена, удобство эксплуатации и пр.) долгие годы находились вне конкуренции. Причем применяют герметичные необслуживаемые аккумуляторы. При установке обслуживаемого аккумулятора возникает периодическая необходимость подливать дистиллированную воду; кроме того, такие аккумуляторы выделяют газы (водород и кислород), а они могут оказывать негативное влияние, как на аппаратуру, так и на людей. В необслуживаемых аккумуляторах используют связанный электролит (технологии Absorptive Glass Mat (AGM), Dryfit или Gelled Electrolite (GEL)), поры внутри такого электролита позволяют ионам газов перемещаться от одного электрода к другому. Для сброса избыточного давления герметичный АКБ оборудуется клапанами.

На рынке присутствуют аккумуляторы с различным заявленным производителем сроком службы: как правило, 5, 10 и даже 15 лет. Понятно, что более качественный аккумулятор от известного бренда должен прослужить дольше, но на самом деле фактический срок службы во многом определяется интенсивностью использования батареи, в первую очередь количеством циклов разряд–заряд.

Как можно повысить срок службы аккумуляторной батареи и тем самым сэкономить средства и увеличить надежность всего комплекса бесперебойного питания? В первую очередь, следует обратить внимание на такую характеристику ИБП, как диапазон входных напряжений, в пределах которого ИБП будет работать без перехода на аккумулятор. Чем шире этот диапазон («окно» напряжений), тем реже аккумулятор будет задействован, а значит, прослужит дольше. Также следует учесть, что аккумулятор – это не только самый ценный, но и самый нежный элемент ИБП. Ресурс работы аккумулятора сильно зависит от окружающей температуры, оптимальной считается 15-20 град. С. С увеличением температуры на 10 град. С ресурс батареи сокращается примерно вдвое. Поэтому при размещении аккумуляторов следует тщательно выбирать место в серверной комнате или устанавливать их в отдельном помещении со своей системой кондиционирования.

На срок службы аккумулятора влияют и алгоритмы его подзарядки. Существует два базовых алгоритма зарядки: с постоянным напряжением и с постоянным током. В современных ИБП используются более сложные алгоритмы управления зарядом, которые сочетают в себе комбинацию этих базовых вариантов. Ряд производителей ИБП активно продвигает технологии «интеллектуального» управления зарядом – одно из названий такой технологии Advanced Battery Management (ABM). При наличии соответствующего «интеллекта» контроллер постоянно следит за разрядом батареи и другими параметрами, используя режим постоянной подзарядки при низких температурах, прерывистый заряд при более высоких температурах и другие алгоритмы.

Возможно, уже в ближайшее время произойдет массовый «перевод» ИБП на другой тип аккумуляторных батарей, литий-ионные, что позволит существенно увеличить срок службы систем бесперебойного питания. Дело в том, что такие АКБ поддерживают на порядок большее число циклов разряд-заряд, а потому их срок службы составляет до 20–25 лет. К преимуществам литий-ионных аккумуляторов относятся их меньше вес (примерно вдвое по сравнению с весом свинцово-кислотных аккумуляторов) при той же энергетической плотности. Да и зарядка таких аккумуляторов происходит на порядок быстрее традиционных. Почему же их до сих пор они не использовались в ИБП? Проблем было две. Первая – литий-ионные батареи считались небезопасными, часто взрывались. Вторая – они стоили на порядок дороже свинцово-кислотных. Однако за последние годы надежность таких аккумуляторов существенно повышена, а стоимость – снижена. Уже появились первые ИБП, – правда, пока только большой мощности, – укомплектованные литий-ионными батареями. Прогресс в этой области идет семимильными шагами, и следует ожидать, что уже в ближайшее время на рынок поступят ИБП средней мощности с литий-ионными АКБ.

Литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы

Средства управления

Мониторинг и управление ИБП

Проще всего отслеживать состояние ИБП с помощью размещенных на его лицевой панели светодиодов или информационного дисплея. Многие современные ИБП оборудованы информативным и удобным в использовании дисплеем, который способен выдавать достаточно детальную информацию как о состоянии самого устройства, так и о параметрах обрабатываемой им электроэнергии.

Для более функциональной работы с ИБП к нему необходимо подключиться с внешнего компьютера. Такая стыковка может осуществляться различными способами, например через последовательный порт (RS-232 или иной) или разъем USB. Для установленных в серверной или телекоммуникационной комнате ИБП важна возможность дистанционного мониторинга и управления. Наиболее популярным является использование стандартного протокола управления SNMP. Наличие агента SNMP в ИБП превращает его в один из узлов компьютерной сети IP/Ethernet, а значит управлять им можно с любого компьютера, подключенного к этой сети в любом месте, в том числе и через Интернет. Естественно, для этого необходимо специальное ПО, которое обычно предлагает производитель ИБП, а также соответствующие права доступа. Вопросы безопасности должны быть проработаны самым тщательным образом, ибо никто не захочет, чтобы злоумышленник мог удаленно проникнуть в систему бесперебойного питания, что чревато просто-таки кошмарными последствия.

SNMP – общепринятый стандартный протокол, а потому его поддержка означает возможность взаимодействия с ИБП с помощью различных систем управления, в том числе сторонних фирм. Это позволяет включать ИБП в комплексную систему управления, которая также может отслеживать другие инженерные и ИТ-системы, как самой серверной, так и всего здания.

Плата SNMP/Web для ИБП

Плата SNMP/Web для ИБП

Всё больше источников бесперебойного питания оборудуются блоками управления с поддержкой Web (по сути, со встроенным веб-сервером). А значит, взаимодействует с таким оборудованием можно через обычный браузер. Никакого дополнительного софта на управляющий компьютер устанавливать не требуется.

Удаленное управление ИБП с установленной платой SNMP/Web

Удаленное управление ИБП с установленной платой SNMP/Web

Важной тенденцией последнего времени в мире ИТ является широкое распространение технологий виртуализации. Желательно, чтобы программное обеспечение ИБП обеспечивало поддержку наиболее популярных средств виртуализации. В классической (невиртуализованной) ИТ-среде одна из задач системы управления – подача команды на корректное завершение работы приложений и операционной системы в случае отключения внешнего электропитания и отсутствие средств долговременного обеспечения автономного электроснабжения (дизель-генератора). В виртуализированной среде в подобной ситуации система управления должна обеспечить корректную остановку работы виртуальных машин. Однако возможности реакции на нештатные ситуации в данном случае расширяются. Например, система управления может в случае сбоя по электропитанию инициировать переезд виртуальных машин на территориально удаленную площадку или даже в «облако». Таким образом, повышается отказоустойчивость критически важных ИТ-систем.

Примеры продуктов

Новинки 2016 года

В заключение рассмотрим некоторые новые модели ИБП для зашиты серверов и другого оборудования, появившиеся на российском рынке в 2016 году.

ИБП Sven Pro 1500 (1500 ВА)

ИБП Sven Pro 1500 (1500 ВА) предназначен для подключения мощного компьютерного оборудования – рабочих станций и серверов начального уровня.

Линейно-интерактивный ИБП Sven Pro 1500 поддерживает широкий диапазон входного напряжения - 175-280 ВА ±3%. Встроенный порт USB позволяет производить мониторинг сети питания с компьютера, а также корректно завершать работу в автоматическом режиме. Кроме того, ИБП оснащен многофункциональным ЖК-дисплеем, который отображает состояние питания, уровень нагрузки и степень разряда батареи. Также модель оснащена технологией микропроцессорного контроля и функцией «холодный старт» при питании от батарей и «автостарт» при подключении или восстановлении питания от сети.

Среди отличительных особенностей ИБП PowerWalker VI 3000 RT HID - поддержка технологии HID для USB-интерфейса. Для взаимодействия таких устройств с ОС не требуется установки драйверов или дополнительного программного обеспечения.

ИБП PowerWalker VI 3000 RT HID

Компания Diweave выпустила серию линейно-интерактивных ИБП PowerWalker VI 3000 RT HID, которые обеспечивают выходную мощность 3 кВА с коэффициентом мощности 0,9.

Модель серии VI 3000 RT HID в корпусе 2U поддерживает установку в стойку и работу с генераторами. Для ИБП заявлена активная мощность 2700 Вт, а время обеспечения им полной выходной мощности при отключении питающего напряжения составляет 3 мин. Есть опция подключения дополнительных батарейных блоков. Конструкция ИБП включает 8 выходных розеток IEC C13 и одну IEC C19.

На российском рынке продолжают появляться и новинки от отечественных производителей. Стоечное устройство SKAT-UPS 10000 RACK обеспечивает питание нагрузки мощностью до 10 кВА. Этот ИБП с двойным преобразованием поддерживает высокую точность напряжения и формы выходной синусоиды, а также полную фильтрацию помех, поступающих из электросети. При переходе на работу от аккумуляторных батарей отсутствуют переходные процессы.

Источники бесперебойного питания SKAT-UPS 10000 RACK от компании Бастион

Источники бесперебойного питания SKAT-UPS 10000 RACK от компании «Бастион» предназначены для организации качественного электропитания сетевого оборудования, файловых серверов и ЦОД, систем видеонаблюдения, СКУД и т.д.

Для увеличения времени автономной работы к SKAT-UPS 10000 RACK подключается до 20 аккумуляторных батарей с рекомендуемой емкостью от 40 до 250 А*ч. Он обеспечит бесперебойное питание максимальной нагрузки от полностью зараженных батарей 40 А*ч в течение получаса. Модель обеспечивает ускоренную зарядку АКБ до 90% номинальной емкости. При перегрузках, перегреве или отказах ИБП он переходит на байпас. Поддерживается «холодный старт».

Иногда ИБП приходится эксплуатировать в неподходящих для подобного оборудования условиях, и разработчики предлагают соответствующие решения. Модель SKAT-UPS 600 IP65 создавалась, в первую очередь, для организации бесперебойного электроснабжения систем безопасности – видеонаблюдения, контроля доступа, аварийного освещения и т.п.

Источник бесперебойного питания SKAT-UPS 600 IP65

Источник бесперебойного питания SKAT-UPS 600 IP65 рассчитан на эксплуатацию в уличных условиях: при температуре от -40С до 40С и влажности до 100%.

ИБП с двойным преобразованием SKAT-UPS 600 IP65 работает от двух внешних батарей емкостью от 26 до 200 А*ч, имеет микропроцессорное управление и защиту корпуса IP65. Устройство можно устанавливать и прямо на улице, и в помещениях с неблагоприятными для ИБП условиями эксплуатации. Внешние батареи нужно приобретать отдельно (можно использовать даже автомобильные аккумуляторы). Минимальная емкость АКБ – 26 А*ч, максимальная – 200 А*ч. При максимальной нагрузке 600 ВА время автономной работы от двух батарей емкостью 40 А*ч будет составлять более 1 часа, а при использовании двух АКБ по 200 А*ч – примерно шесть с половиной часов. Устройство предусматривает защиту от скачков напряжения и от глубокого разряда, светодиодную индикацию режимов работы.

Компания Eaton, известная своим мощным высокотехнологичным оборудованием для защиты ЦОД, на этот раз выступила в более легкой «весовой категории». ИБП с двойным преобразованием напряжения Eaton серии 9PX имеют высокую энергоэффективность (до 95% в режиме он-лайн, 98% в режиме высокой эффективности), позволяют подключить больше активной нагрузки благодаря выходному коэффициенту мощности 0,9 и предусматривают возможность параллельной работы по технологии HotSync. В стандартную комплектацию версии HotSwap входит сервисный байпас.

ИБП Eaton серии 9PX (5-22 кВА)

ИБП Eaton серии 9PX (5-22 кВА) предназначены для обеспечения высокого качества и защиты электропитания физических и виртуальных серверов, гиперконвергентных систем, сетевых устройств и систем хранения данных.

Эти ИБП доступны в конфигурации 2U и 3U, имеют ЖК-дисплей, который дает полную информацию о состоянии ИБП и эксплуатационную аналитику, а также обеспечивает мониторинг потребления энергии на уровне групп розеток. Измерение энергопотребления в кВт отображается на дисплее или через программное обеспечение. Для облегчения последовательных запусков, возможности отключения неприоритетного оборудования и удаленной перезагрузки серверов предусмотрено сегментирование нагрузки (до двух групп).

Трехступенчатая система заряда батарей (ABM) Eaton продлевает срок службы батарей до 50%, а функция горячей замены позволяет заменить батарею без отключения нагрузки. Версия ИБП с сетевой картой обеспечивает интеграцию в виртуальные среды VMware, HyperV, RedHat и Citrix, что позволяет реализовать мероприятия по автоматическому послеаварийному восстановлению при сбое в энергоснабжении. Кроме того, ИБП можно контролировать в ПО Сloud Orchestrator, VMWare vRealize и Microsoft SCOM.

Все модели ИБП IPPON серии INNOVA RT также допускают установку в вертикальном положении или могут быть встроены в 19” стойку (направляющие для установки в стойку приобретаются отдельно).

Однофазные ИБП IPPON INNOVA RT 6000 (6000 ВА) и INNOVA RT 10000 (10000 ВА)

Однофазные ИБП IPPON INNOVA RT 6000 (6000 ВА) и INNOVA RT 10000 (10000 ВА) выполнены по технологии с двойным преобразованием входного напряжения и имеют коэффициент мощности 0,9.

Управление и настройка ИБП IPPON INNOVA RT осуществляется с помощью ПО WinPower, механических кнопок и поворотного информационного ЖК-дисплея с подсветкой. Устройства предусматривают возможность подключения дополнительных батарейных модулей и простой замены встроенных аккумуляторов, контроль нагрузки в выходных розетках, разъемы «сухие контакты», универсальный слот для карт SNMP и порты USB и RS-232 для связи с компьютером.

Китайская компания Huawei, производитель широкого спектра телекоммуникационного и ИТ-оборудования, заявила о себе и на рынке источников бесперебойного питания. ИБП с двойным преобразованием Huawei UPS2000-G (от 1 до 20 кВА) можно устанавливать в стойку или использовать в напольном варианте. Они имеют КПД 95% и, как и ИБП Eaton, прошли сертификацию Energy Star.

ИБП Huawei UPS2000-G

ИБП Huawei UPS2000-G отмечены немецким агентством «Vogel IT Media» наградой «Platinum Award» конкурса «IT Awards 2016 & Readers Choice Awards». Они разработаны специально для серверных, крупных филиалов, сетей продаж и т.д.

Комплексная платформа мониторинга обеспечивает простое управление, техобслуживание и эксплуатацию устройств. Перегрузочная способность у старшей модели составляет 150% нагрузки за 1 минуту, а уровень шума не превышает 58 дБ. Для управления используются RS485, USB, SNMP и «сухие контакты».

Устройства тайванькой компании FSP ориентированы на промышленность и бизнес, предназначены для обеспечения надежного электропитания там, где риск потери данных и выхода из строя оборудования просто недопустим.

Трехфазные источники бесперебойного питания FSP

В 2016 году FSP вывела на рынок СНГ новые серии трехфазных источников бесперебойного питания.

Три серии ИБП включают трехфазные устройства с двойным преобразованием FSP PROLINE от 10 до 30 кВА и от 40 – 120 кВА, трехфазные модульные ИБП с двойным преобразованием и масштабируемостью FSP MPLUS от 20кВА до 210 кВА, а также ИБП повышенной надежности для телекоммуникационных и промышленных проектов FSP MAXIMA от 10кВА до 80 кВА.

Не новый, но один из самых продаваемых на российском рынке источников бесперебойного питания - APC Smart-UPS RT 20 kVA RM 230 V от Schneider Electric. Журнал "Бестселлеры ИТ-рынка" выделил его в ежегодном рейтинге "Бестселлер года".

Стоечный источник бесперебойного питания APC Smart-UPS RT 20 kVA RM 230 V (SURT20KRMXLI)

Стоечный источник бесперебойного питания APC Smart-UPS RT 20 kVA RM 230 V (SURT20KRMXLI) имеет мощность на выходе от 16 до 20 кВт при номинальном входном напряжении 230/400 В.

В комплектации к нему прилагается монтажная стойка высотой 12U. Устройство имеет порты RS-232, RJ-45 10/100 Base-T, слот Smart Slot, карту Web/SNMP. КПД при предельной нагрузке ИБП составляет 94%, при этом искажение выходного напряжения будет не менее 5%. Режим перегрузки - 125% за минуту и 150% за 30 секунд.

В комплектации устройства APC Smart- UPS RT 20 kVA RM предусмотрена герметичная свинцово-кислотная батарея. Время полной зарядки батареи составляет 190 минут. Кроме контроля статуса на ЖК-экране, который оповещает о перегрузке оборудования и низком заряде батареи, предусмотрен аварийный звуковой сигнал при перегрузке.

В 2016 году Schneider Electric удалось не только сохранить свою долю на российском рынке ИБП в первом полугодии. В сегменте однофазных ИБП для серверных комнат мощностью от 1 до 10 кВт, компания также сохранила свою долю в 55%. Характерно, что она активно инвестирует и в создание ПО. Schneider Electric разрабатывает программные решения для централизованного управления инфраструктурой ИБП, в том числе и от сторонних производителей, а также аналитическое ПО, предоставляющее отчетность по работе оборудования.

Merten электрика в Москве