IZONE - http://www.izcity.com/ - бесплатный софт, вэб-сервисы, ресурсы для раскрутки, свежие номера журнала "Internet Zone".

 IZONE 


УПС, он сделал это снова…

Александр Чижов
chizh@irk.ru  
http://cooler.irk.ru/ 

Предисловие редактора

Иной раз сидишь за компьютером, работаешь, открыто у тебя окон двадцать разных, то тут, то там данные всяческие незарезервированные, и тут хрясь! – электричество кончилось. Ненадолго, секунды на две-три, но этого однако же хватило для того, чтобы все данные в несохраненных окнах благополучно похерились (кстати, похерились – слово вполне печатное, старославянское, происходит от не менее старославянского "хер", то есть "крест", таким образом, похерились – значит, "перечеркнулись", "исчезли"). "Ехан Палыч!", - восклицаешь в таком случае - не для того, чтобы призвать на помощь одноименного персонажа, а просто в сердцах. Открываешь заново все окна, снова начинаешь работу и тут – хренак! – снова авария на подстанции. "Едрена вошь!", - и все по новой. А оно – электричество – пять минут поработало и тыдымсь! – совсем кончилось. "Ну екорный бабай, ну сколько ж можно!". А сколько нужно, столько и можно – нету электричества, и все тут, пока не починят – сиди, кукуй, чай пей, если плита не электрическая. А у меня как раз электрическая, и чайник тоже электрический, и даже холодильник – и тот электрический. Однако, неприятность.

Вот и задумываешься поневоле, а не отдать ли баксов эдак сто за энергонезасисимый источник питания, чтобы таких проблем не было? А то, того и гляди, винчестер прикажет долго жить от таких потрясений (однажды, кстати, со мной такое уже случалось). Тогда больше, чем сто баксов нужно будет отдавать, не говоря уже о ценных данных и времени, потраченного на восстановление системы… Да что я вас за Советскую власть агитирую – сами все понимаете. Короче говоря, сегодня поговорим об УПСах (ну, УПС – это не очень грамотная аббревиатура, грамотнее было бы ИБП - источник бесперебойного питания, но попробуйте вслух сказать "ибэпэ" – очень красивое слово, да? УПС – гораздо приятнее в этом смысле. Происходит, кстати, от английского UPS - Uninterruptible Power Supply, и означает примерно то же, что и ИБП). Ладно, не важно, как их называть, но знать, как они работают и чем отличаются друг от друга, совсем не помешает.

Конец предисловия.

Производителей бесперебойных блоков питания существует достаточно много. Кроме широкоизвестного APC - American Power Conversion (серии SmartUPS, BackUPS, Matrix, Symmetra), это NeuHaus Distributor Group (серия SmartLine), Liebert Corporation (серии PowerSure, UPStation), MGE - Merlin Gerin (серия Pulsar), PowerWare (серия Powerware Prestige), ELTECO (серии EM, PS, EM-A), OptiUPS (серии VS, E/ES, PS/PS-RM).

Что такое UPS, думаю, особо пояснять не стоит - это устройство, которое защищает компьютер (или что-либо еще) от сбоев в электросети - вплоть до полного пропадания в ней электричества. То есть, помимо всего, является еще и аккумулятором. Современные мощные UPS дают гарантию защиты даже от попадания молнии на входные цепи питания.

Как среди такого разнообразия фирм и моделей подобрать UPS для определенной задачи? Ведь необходимо сделать еще и выбор ИБП по параметрам внутри самой серии. Прежде чем разговор зайдет о том, какие бывают типы источников бесперебойного питания, немного отвлечемся. Мы рассмотрим, зачем же все-таки необходимо защищать компьютеры посредством дополнительных источников питания.

Причины катастроф

Существуют следующие широко распространенные сбои электропитания:

- понижение напряжения - обычно связано с резким увеличением нагрузки в сети из-за включения мощных потребителей энергии (промышленное оборудование, лифты, бытовые обогреватели и т. п.). Является наиболее частой неполадкой в электрической сети;

- высоковольтный импульс - кратковременное очень сильное увеличение напряжения, связанное с близким грозовым разрядом или включением напряжения на подстанции после аварии;

- скачок напряжения - кратковременное увеличение напряжения в сети, связанное с отключением мощных потребителей;

- отключение напряжения, как кратковременное, так и долговременное. Является следствием аварий, грозовых разрядов, сильных перегрузок электростанции, неверных действий обслуживающего персонала и т. п.;

- нестабильность частоты – обычно является следствием перегруженности энергосистемы в целом. Само по себе изменение частоты не представляет существенной опасности для компьютерного оборудования, так как компьютер оснащен импульсным блоком питания. С другой стороны, многие ИБП среднего класса воспринимают сильное понижение частоты как аварийную ситуацию и начинают работать от батарей. Разумеется, при существующем напряжении батареи разряжаются, а вся работа на этом заканчивается.

Кроме этих сбоев в сети постоянно присутствуют радио- и электромагнитные помехи. Электромагнитные и импульсные помехи вызываются работой самых разнообразных устройств – от электробритв до электросварки. Так называемые радиопомехи возникают от наведенных электромагнитных волн – в том числе и радиоволн.

Впрочем, основным неприятным моментом для компьютерного оборудования является кратковременное пропадание напряжения (более 8-10 мс). Причиной этого может быть отключение автомата, играющего роль ограничителя чрезмерной нагрузки на электрическую сеть, либо просто необдуманные действия электрика или обслуживающего персонала, совершенно не представляющего специфики работы компьютеров. Пропадание напряжения на 1-2 секунды совершенно некритично, например, для освещения или, скажем, для электрической пишущей машинки. Однако для компьютеров все может кончиться плохо.

Итак, от чего защищают источники бесперебойного питания? От короткого замыкания при нагрузке электросети, от шумов и импульсов в сетевом напряжении. Также они предназначены для коррекции сетевого напряжения и для защиты от перегрузок. Наконец, самая главная их особенность - способность работы при пониженном входном напряжении или работа при отсутствии входного напряжения вообще.

Как работает UPS

Общая структура у всех УПСов одна - встроенный подзаряжаемый аккумулятор и устройство управления и контроля: напряжение пропало - работаем от батарей, появилось - снова от сети. Батарея поддерживает работу подключенного к ней потребителя энергии в течение некоторого времени, которое зависит от потребляемой им мощности, номинальной емкости батареи, ее возраста и степени заряда. После того, как заряд батареи исчерпается, схема управления ИБП, которая следит за разрядом батареи, подает команду на отключение подсоединенного к ИБП устройства. Если через некоторое время напряжение в сети становится нормальным, ИБП возвращается в режим работы от сети и начинает подзаряжать батарею. Но технические характеристики разных ИБП могут варьироваться - от этого зависят и такие параметры как "время переключения на батареи и обратно", помехоустойчивость, КПД и, наконец, цена (конечно, все можно сделать крайне надежным, но стоимость может быть несопоставима с ценой оборудования и информации, которую будет защищать такой ИБП).

Существуют три типа источников бесперебойного питания, которые мы последовательно и рассмотрим.

1. ИБП с переключением (Standby, Offline UPS)

В режиме работы от сети (нормальная работа) напряжение от входа ИБП поступает к подключенному аппарату (нагрузке) через фильтры шумов и импульсов. Часть мощности передается на выпрямитель, оттуда же получает зарядный ток и батарея. Если напряжение на входе выйдет за допустимые нормы, ИБП переключается в режим работы от батареи. Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное, разряжая батарею и питая нагрузку. Переключатель (разумеется, электронный) обеспечивает переключение в интервале от 3 до 8 мс. Учитывая, что почти у всей современной компьютерной аппаратуры блоки питания импульсные, переключение происходит без прерывания питания самого компьютера.

Основным недостатком такого решения является неполная защита от помех в сети. Например, при существенном понижении или повышении напряжения ИБП будет вынужден переключиться на батарею, что не является разумным выходом из положения. Кроме того, при большом скачке напряжения возможен пробой и выход из строя и UPS, и компьютера.

К достоинству данной реализации ИБП можно отнести разве что дешевизну - из-за нее, кстати, в ранних моделях инвертор выдавал форму напряжения в виде меандра, а не в виде синусоиды или даже трапеции, что необходимо при питании определенного вида устройств. Хотя компьютерному блоку питания, в общем-то, пойдет и меандр.

Модели с топологией Standby:

APC - серия BackUPS, давно снята с производства; ELTECO - серия EM; OptiUPS - серия VS.

2. ИБП, взаимодействующий с сетью
(Line-Interactive UPS).

Данная схема отличается от схемы Standby наличием специального трансформатора. Часть мощности расходуется на поддержание батареи в заряженном состоянии. Система контроля ИБП анализирует входное напряжение, контролирует его форму и амплитуду. Если напряжение сети становится слишком низким (например, ниже 195 В) или слишком высоким, блок анализа сети пытается скорректировать величину напряжения, переключая отводы автотрансформатора. Кроме того, этот трансформатор сглаживает скачки напряжения. Таким образом, UPS реже переходит на работу от батарей, тем самым повышая срок их службы. Если напряжение становится настолько низким, что переключение отводов уже не помогает, ИБП переключается на работу от батареи. Если на вход ИБП поступает напряжение искаженной формы, блок анализа сети также переключает ИБП в режим работы от батареи. Некоторые модели "взаимодействующих с сетью" ИБП корректируют форму напряжения, не переключаясь на работу от батареи. Если форма напряжения в сети "неправильная", а напряжение есть, нагрузка отключается от сети. Сама же сеть остается под контролем блока анализа сети. Инвертор поддерживает напряжение на нагрузке в течение некоторого времени, зависящего от заряда батареи. Если сетевое напряжение за это время не становится нормальным, после разряда батареи ИБП отключает нагрузку.

К наиболее продвинутому типу ИБП с трансформатором относится решение с так называемым феррорезонансным трансформатором. Он практически идеально защищает от импульсных помех и во время переключения отдает накопленную магнитную энергию в нагрузку, снижая таким образом общее время "перескакивания" на питание от батарей.

Как правило, Line-Interactive UPS оборудованы достаточно качественными фильтрами от различных импульсных и радиопомех.

К недостаткам такого решения можно отнести лишь ненулевое время переключения питания нагрузки (от батарей и обратно в сеть), некоторую зависимость формы выходного напряжения от входного и отсутствие строгой стабилизации напряжения (собственно, это не является обязательным требованием, так как компьютерная система имеет блок питания, содержащий стабилизатор напряжения).

В остальном же решение Line-Interactive UPS - наиболее подходящий выбор. И в плане соотношения "качество/цена" - тоже.

Модели с топологией "ИБП, взаимодействующий с сетью (Line-int)": все модели среднего уровня производства APC (включая Matrix) кроме серии BackUPS; модели фирм NeuHaus серии Smart-Line; Liebert Corporation серии PowerSure; MGE UPS SYSTEM серий PowerShure и Pulsar EL, ESV+; OptiUPS серий E / ES, PS / PS-RM; ELTECO серии EM-A.

3. ИБП оперативного режима (On-Line UPS).

Этот вид UPS называют еще "ИБП с двойным преобразованием энергии". Отличительная особенность этого вида - наличие мощного выпрямителя. Он не только подзаряжает батарею ИБП, но и является постоянным преобразователем для нагрузки даже в режиме питания от электросети. "Обход" (Bypass) - специальная линия, которая позволяет в случае необходимости питать нагрузку напрямую от электрической сети в обход блока питания. Она служит только для тех случев, когда какой-либо элемент UPS выходит из строя. В магазинах почти всегда продается как дополнительное оборудование, может подключаться отдельным блоком, и используется как правило только в сервисных центрах.

Когда в сети нормальное напряжение, вся мощность, поступающая c линии, проходит через выпрямитель ИБП, после чего она, преобразованная инвертором, поступает в нагрузку. Выпрямитель преобразует переменное напряжение электрической сети в стабилизированное постоянное напряжение - этот фактор считается главной отличительной особенностью On-Line UPS. Это же постоянное напряжение используется для заряда батарей. Если напряжение в сети выходит за нижнюю границу диапазона входных напряжений, нагрузка начинает питаться от батареи (через инвертор). Когда напряжение на входе ИБП восстанавливается до нормального, выпрямитель опять начинает заряжать батарею и питать инвертор.

Недостатки On-Line UPS: очень большая цена - гораздо выше, чем для ИБП типа Standby и Line-Interactive; выпрямитель, инвертор и батарея включены постоянно, даже когда качество электропитания не вызывает нареканий. Таким образом, непрерывно работающая система двойного преобразования постоянно рассеивает в виде тепла 20-30% полезной электроэнергии. Соответственно, КПД такого устройства составляет всего 70-80%, в отличие от ИБП с Line-Interactive, у которых КПД от 90% и выше. Тепло, постоянно выделяемое инвертором, также негативно сказывается на сроке службы батареи и других узлов.

Достоинства: практически нулевое время переключения с электросети на батареи и обратно; строгая стабилизация выходного напряжения; независимость формы выходного напряжения от помех на входе; практически полная защита нагрузки.

Модели с топологией "ИБП оперативного режима (On-Line)": Liebert Corporation серии UPStation; MGE UPS SYSTEM серии Pulsar EX; PowerWare серии PowerWare Prestige; ELTECO серии PS.

Итак, после рассмотрения всех существующих типов источников бесперебойного питания можно приступить к подбору ИБП для конкретной задачи.

После того, как вы определились с типом модели, основным критерием выбора ИБП будет мощность. Разумеется, цена на ИБП возрастает с повышением мощности, поэтому необходимо подобрать этот параметр в зависимости от задачи.

Один на 1000 VA или три по 350 VA?

Система бесперебойного питания может иметь одну из двух топологий. Централизованная подразумевает установку одного ИБП, поддерживающего работу всего оборудования в офисе или даже на этаже здания. Распределенная же система бесперебойного питания состоит из нескольких ИБП, каждый из которых защищает отдельную единицу оборудования (например, один компьютер). Распределенная система - наиболее распространенная.

Желание сделать систему бесперебойного питания как можно более дешевой вполне понятно - покупатель смотрит каталог любого торговца ИБП и сразу определяет, что выгоднее купить один UPS на 1600 VA (и подключить к нему четыре персональных компьютера), чем четыре на 400 VA. Не делайте поспешных выводов! Купив один ИБП на несколько компьютеров, вы создаете, во-первых, бесхозное устройство с соответствующими последствиями. Во-вторых, при выходе из строя ИБП сразу все персональные компьютеры оказываются отключенными от сети. В-третьих, когда пропадает электричество, всегда в группе какой-то компьютер оказывается более важным для работы, чем остальные - поэтому необходимо поддерживать его "на плаву" как можно дольше.

Есть интересный опыт: компьютер может работать на батареях вполне нормально, но стоит кому-либо врубить хотя бы еще один монитор, подключенный к тому же UPS, как все гаснет. ИБП просто не выдерживает пика нагрузки, который происходит во время включения устройства (хотя вполне смог бы его дальше "тянуть") и решает, что его батареи не потянут такую мощность. В случае же, когда у каждого имеется свой UPS, ответственность за неправильные действия лежит на определенном человеке.

Как выбрать мощность

Те цифры, которые написаны в прайс-листе или на корпусах ИБП, показывают так называемую "полную мощность" - она измеряется как раз в вольт-амперах (VA) и применима к постоянному току. Мощность же, измеряемая в ваттах (Вт), называется "активной". Это понятие применимо к переменному току и вычисляется по формуле Вт=VA х 0,7 (точнее - cos(), где угол φ=45 градусам. Хотя, строго говоря, для импульсных блоков питания компьютеров это значение может варьироваться - так что значение косинуса угла может быть в пределах 0,6 - 0,8). Итого, если на блоке написано 400 VA, то в ваттах это будет выглядеть как 280 Вт. Однако не спешите выравнивать мощность своего устройства с мощностью выбираемого ИБП. Производители рекомендуют выбирать ИБП с расчетом 20% запаса по мощности нагрузки. Пример: если нагрузка потребляет 300 Вт, то необходимо выбирать ИБП мощностью 350-360 Вт (или 514 VA). Сообразуясь с существующими моделями, хорошо подойдет блок питания, рассчитанный на 600 VA (стоит отметить, что сейчас существуют и так называемые PFC (Power Factor Corrected) блоки питания компьютеров. Для таких блоков питания 1 VA = 1 Вт).

Как показывает опыт, простой домашний компьютер (да и офисный, собственно, тоже) в комплекте "монитор плюс процессорный блок" работает на ИБП мощностью 400 VA чуть более 15 мин. Для серверов это значение будет другим (жесткие диски там мощнее, и их может быть больше - к тому же серверу желательно оставить дополнительное время на нормальное завершение своей работы). Поэтому для одного сервера будет разумным приобрести ИБП мощностью 1000 VA и выше, то есть тут на выбор уже влияет и длительность работы от батарей. Стоит отметить, что время работы от батарей зависит от повышения мощности UPS нелинейно. Если для ИБП мощностью 400 VA время работы составит 15 -17 мин, то для ИБП мощностью 1000 VA такой же компьютер будет работать более чем 40 мин - проверено.

В тех случаях, когда серверов несколько, обычно применяются высококлассные ИБП (с двойным преобразованием On-Line или с феррорезонансным трансформатором Line-Interactive). К тому же, такие ИБП могут быть трехфазными, чтобы равномерно распределять нагрузку по линиям электропитания. Как раз в случае централизованной системы можно сэкономить - вместо нескольких ИБП купить только один, но мощный. К тому же, следить за одним гораздо проще, нежели за несколькими. Да и надежность у одного (но мощного) будет гораздо выше, и встроенных средств защиты больше - так как для удешевления мелких моделей в них не встраивают дорогие решения и "лишние" блоки защиты.

Не подключайте к ИБП лазерные принтеры. Лазерный принтер при работе периодически потребляет пиковую мощность (от 700 до 1500 Вт), которая в несколько раз превышает его среднюю мощность, указанную в паспорте (200 - 400 Вт). Если ИБП будет перегружен хотя бы на пару секунд, он отключит всю нагрузку (в том числе и компьютер). Если же вам очень нужна “бесперебойная печать”, очевидно, придется выбирать UPS мощностью не менее 2000 VA.

Контроль и настройка

Многие системы бесперебойного питания имеют блок для связи с компьютером - он необходим за контролем состояния ИБП. Ведь основная функция ИБП после отключения питания - "сказать" компьютеру, на какое время хватит емкости батарей, чтобы он смог вовремя подготовиться к выключению. Существуют специальные программы, с помощью которых происходит мониторинг состояния UPS. Самая распространенная - PowerChute. Есть тут один интересный момент: вот, например, питание в сети пропало, ИБП переключился на питание от батарей и через некоторое время дал сигнал компьютеру, что питание от батарей скоро кончится. Компьютер благополучно завершает свою работу. Все вроде бы правильно? Так вот, после того, как появится напряжение в сети, ИБП честно подключит компьютер и параллельно начнет зарядку разряженных батарей. Компьютер загрузится и продолжит работу, но напряжение опять отключается. ИБП переводит питание снова на аккумуляторы, но они не успели зарядиться, и ИБП опять посылает сигнал компьютеру, что питание на исходе. А вот тут уже компьютер просто не успевает среагировать - ИБП выключает нагрузку из-за того, что батареи уже разрядились. Так вот, чтобы избежать такой ситуации, с помощью программы PowerChute можно так настроить UPS, чтобы он не включал нагрузку, пока батареи не будут заряжены на определенное количество процентов от максимума или полностью.

При использовании централизованной схемы построения бесперебойного питания иногда возникает потребность выборочно отключать устройства от ИБП - по приоритетам. Для этого лучше всего подойдут так называемые APC Web / SNMP Management Card - специальные карты, которые вставляются в ИБП и дают доступ к нему посредством сетевого протокола SNMP/Telnet/Http - то есть, до UPS теперь можно добраться простой коммуникационной программой типа Telnet. Слоты для установки таких карт имеют, например, мощные ИБП серий Matrix и Symmetra (APC).

Подключение

Теперь несколько советов - в том числе, применительно к России. Дело в том, что у нас в стране при организации электропитания напряжением до 1 кВт используются системы с глухозаземленной нейтралью. В таких системах в качестве одной из мер по защите от поражения электрическим током используется защитное зануление. То есть там, где требуется защита от пробоя на корпус, в сетях 220 - 380 В корпуса зануляются.

Компьютер, как известно, подключается по трехпроводной схеме именно с целью защиты от пробоя на корпус. Третий контакт - это и есть "земля". Хорошее заземление должно быть обязательным - более 70% всех сбоев в системах электропитания происходит как раз из-за отсутствия правильного заземления. Но, как известно, у нас в России разводка по квартирам не предусматривает третьего "земляного" провода. Можно было бы предложить подключить третий контакт в розетке на "ноль", только делать так нельзя - никто не может гарантировать, что где-то чего-то не перепутают и вместо нуля у вас на корпусе не окажется фаза. И если у вас нет хорошей "земли", то от подключения третьего провода надо отказаться вообще. И тем более - никогда не использовать батареи отопления в качестве заземления!

За рубежом используются так называемые евроразетки - там вилку можно воткнуть только в одном положении, и назначение выводов строго регламентировано - "земля", "фаза" и "ноль". У нас же вилку можно воткнуть двумя способами - а почти все ИБП чувствительны к правильности включения "фазы" на входе. При неправильном включении на "заземляющем" контакте на выходе ИБП появляется определенный потенциал, иногда более 100 В. То же самое происходит и при отсутствии третьего проводника на входе UPS. В таких случаях необходимо проверить тестером напряжения между контактами "фаза", "ноль" и "земля" на выходе ИБП - при наличии напряжения "ноль-земля" (полезно будет проверить также напряжение "корпус компьютера" - "ноль" / "земля") нужно перевернуть вилку в розетке (проверено на практике).

После покупки выбранного UPS не забудьте об элементарных вещах:

1. Если устройство долго находилось при низкой температуре, дайте ему нагреться до комнатной.

2. Зарядите батареи ИБП - для этого просто оставьте UPS подключенным к сети на сутки без включения внешней нагрузки.

Практически у каждого продвинутого ИБП есть блок самоконтроля, который запускает время от времени процедуру самотестирования, что поможет вам вовремя отслеживать состояние основных узлов ИБП.

Обязательно посчитайте затраты на ИБП, стоимость оборудования и цену информации, которая может быть потеряна. Должен быть разумный подход к цене на систему бесперебойного питания. Можно потратить $5000 для того, чтобы в случае чего спасти информации и оборудования от силы на 1-2 тысячи долларов - будет ли это разумно?

Цены и обслуживание

Понятное дело, цены на системы ИБП растут в зависимости от мощности. Достаточно недорогой UPS для использования с одним компьютером (600 VA) можно приобрести за $70 (Powercom), из популярной серии Smart UPS (APC) такой же мощности - за $200. Существуют решения и для использования прямо внутри корпуса компьютера - это блок на 300 VA ценой до $100, вставляемый в 5,25" обычно пустующий слот в корпусе. На мощные модели - 3000 VA и 5000 VA Matrix (APC) - цена начинается от $3000. Стоимость моделей Symmetra (APC) мощностью 8000 VA до 16 000 VA - от $8000.

Срок службы хороших аккумуляторов колеблется от 4 до 6 лет. Стоимость замены всех аккумуляторов в одном ИБП составляет почти всегда половину полной стоимости нового ИБП.

Хочется отметить, что кроме ИБП существует раздел рынка мобильных дизель-генераторов, которые могут обеспечивать электропитанием очень долгое время. Конечно, мощности у самых слабых генераторов начинаются далеко за 1 кВт, поэтому стоимость даже самого недорогого составляет более $700 (G3000V, 2500 VA, двигатель Vanguard, воздушное охлаждение).

При небольших мощностях и небольшом времени автономной работы, аккумуляторная батарея оказывается дешевле дизельного генератора. Если мощность или время автономной работы велики, то емкость и стоимость батареи становится очень большой, и оказывается выгоднее применять дизельный генератор. Это происходит уже начиная с необходимости более 2-3 часов непрерывной работы при мощностях более 10 кВт. Такие модели дизель-генераторов существуют – например, DP27 (27 000 VA, водяное охлаждение, электрозапуск) стоит $9000.

Источник: http://www.computery.ru/upgrade/

 


Copyright © "Internet Zone"info@izcity.com
Копирование и использование данных материалов разрешается только в случае указания на журнал "Internet Zone", как на источник получения информации. При этом во всех ссылках обязательно явное указание адреса вэб-сайта http://www.izcity.com/. При наличии у копируемого материала авторов и источника информации - их также нужно указывать, наряду со ссылкой на нас.