Статьи

Подписаться на RSS

Популярные теги Все теги

Решения с использованием ИБП

Серьезный системный подход к проектированию и созданию сетей гарантированного бесперебойного электропитания со временем даёт значительную экономию за счет увеличения срока службы систем и оборудования, а также сокращения расходов на электроэнергию и текущее обслуживание.

Источник Бесперебойного Электропитания (ИБП), является промежуточным источником питания, который поддерживает Ваше критичное оборудование в случае возникновения проблем с электропитанием. Он не только гарантирует непрерывность, стабильность и качество питания, поступающего от сети, но также не вносит в напряжение электросети искажений своим присутствием.

Таким образом, ИБП имеет возможность корректировать просадки, перенапряжения, шумы, всплески и все другие виды искажения питания. Другими словами, ИБП защищает от отключения электропитания и гарантирует качественное и бесперебойное питание отдельного устройства. ИБП может также играть активную роль в процессе управления электропитанием, в случае, если он укомплектован соответствующими коммуникационными опциями.

Базовая потребность состоит, конечно, в предупреждении пользователей о возможности про-блемы, прежде чем произойдет неполадка, но ИБП с усовершенствованной функцией управления и мониторинга, может посылать системному администратору стандартное предупреждение о возможных отключениях питания и дать ему возможность упорядоченно и пошагово отключить оборудование со своего рабочего места. ИБП большой мощности с широким набором функций могут осуществлять такую сложную операцию дистанционно, отключая несущественные приложения, сохраняя, таким образом, батарею для поддержки критичных серверов.

В настоящее время также возможно отправлять специальные предупреждающие сообщения, которые дают возможность быстро распознать проблему с питанием. Подобные сообщения могут отправляться непосредственно по назначению, например в сервисную службу компании или определенному человеку (по электронной почте, SMS или по пейджеру).

Прежде чем принять решение, ИБП какого типа следует выбрать для обеспечения оптимального уровня защиты системы, необходимо рассмотреть ряд ключевых вопросов, а именно: «критичность» системы, соотношение «величина нагрузки / время работы от батарей», коммуникация, конфигурация и топология ИБП.

Первый вопрос, это насколько критична компьютерная система, или, например, «Какие будут последствия для предприятия при пропадании или сбоях в сетевом питании, которые могут обрушить компьютерную сеть?» Ответ на этот вопрос зависит от того, каков тип защищаемой компьютерной сети и какое оборудование работает в системе. Потеря одних приложений может парализовать деловую активность, в то время как потеря других вызовет лишь временное неудобство. Для «критичного» оборудования ИБП построенные по технологии «on-line» являются наилучшим выбором.

Однако, защита сервера еще не обеспечивает полное решение проблемы. Концентраторы, маршрутизаторы, рабочие станции, персональные компьютеры и периферия также нуждаются в защите. Даже если их использование не является столь критичным, неожиданные неполадки могут вызвать эффект «домино», что приведет к выходу из строя всей компьютерной сети. Использование линейно-интерактивных систем для защиты некоторых узлов сети может быть экономически выгодной альтернативой, обеспечивающей не только внешнюю защиту, но также повышающую устойчивость к «просадкам» напряжения питания.

Существуют 4 класса решения проблемы бесперебойного питания, разработанных для удовлетворения запросов по защите подавляющего большинства сетей. В мировой практике обеспечения гарантированным бесперебойным электропитанием сегодня используют соответственно распределенные, централизованные, комбинированные схемы построения сети, а также специальные устройства интегрированной защиты.

При наличии значительного количества ответственных потребителей электропитания возможны следующие схемы включения ИБП:

Распределённая схема, предусматривающая подключение каждого ответственного потребителя через персональный, маломощный ИБП. Преимуществом такой схемы является достаточно высокая надёжность (неисправность одного ИБП влечёт за собой отключение не более одного компьютера или сервера).

Однако имеются и существенные недостатки:

- стоимость защиты одного рабочего места относительно велика;
- поскольку у резервных или интерактивных ИБП не оптимизирован заряд-разряд аккумуля-торных батарей, при их использовании полноценная защита дорогостоящего оборудования не обеспечивается. Их частое задействование при провалах напряжения в первичной сети электропитания приводит не только к ускоренному износу батарей, но и преждевременному выходу ИБП из строя, а также к потере ценной информации;
- небольшое время наработки на отказ, по сравнению с мощными ИБП;

При использовании для распределенной схемы питания потребителей ИБП с двойным преобразованием напряжения, вышеуказанные недостатки устраняются, но при этом существенно увеличивается стоимость такого решения.

Централизованная схема электропитания группы потребителей от одного ИБП достаточной мощности:

Преимуществом такой схемы является возможность использовать за счёт снижения стоимости удельной мощности на единицу защищаемого оборудования высокотехнологичное оборудование (мощный ИБП с двойным преобразованием напряжения). Стоимость решения задачи существенно ниже, чем в предыдущей схеме при использовании персональных маломощных ИБП. Централизованная схема может также подразделяться на два уровня защиты: кластерная защита и полная защита.

Кластерная защита предполагает защиту всех узлов сети в одном помещении, или «кластерную» группу серверов (и другого сетевого оборудования) при помощи одного ИБП большей мощности. Мощные ИБП с двойным преобразованием напряжения, рассчитаны на групповое питание потребителей и имеют режим обхода основной схемы, включающийся автоматически при существенной перегрузке или в случае неисправности самого ИБП. Это предохраняет нагрузку при выходе из строя ИБП. Недостатком данной схемы является наличие одного ИБП и необходимость переключения всех потребителей на питание от внешней сети в случае его выхода из строя.

Полная защита предполагает использование мощного ИБП, который способен обеспечить защиту целого этажа или здания. Лучшее время для планирования установки подобного ИБП — на этапе строительства или переустройства здания.

Централизованные сети применяют в тех случаях, когда большая часть электронного оборудования той или иной организации составляет единый информационный или технологический комплекс, для которого перерыв в подаче электроэнергии является недопустимым или нежелательным. Для построения такой сети используется мощный 3-х фазный ИБП, либо несколько таких ИБП, включаемых параллельно. Источник бесперебойного питания является основным элементом сети и работает в режиме Оn-line, обеспечивая стабильное электропитание подключенного к нему оборудования как в штатном режиме (при наличии напряжения на входе ИБП), так и в автономном режиме (при его отсутствии) за счет энергии аккумуляторных батарей.

Если для организации важно повысить степень защиты определенной группы оборудования от аварий в электросетях, то за центральным мощным ИБП устанавливают один или несколько индивидуальных ИБП средней или малой мощности, которые дополнительно защищают оборудование выделенной группы потребителей, либо отдельного потребителя. Такая сеть гарантированного бесперебойного электропитания получила наибольшее распространение и называется комбинированной.

Централизованная или комбинированная сеть гарантированного бесперебойного электропитания рассчитана на работу в автономном режиме в интервале от 5 минут до 1 — нескольких часов (так называемое «время резервирования», определяемое количеством используемых аккумуляторных батарей). За счет увеличения числа аккумуляторных батарей, время автономной работы ИБП можно довести и до целых суток. Однако в этом случае, резко увеличивается минимально необходимая мощность, подводимая к ИБП от системы электроснабжения, а время заряда батарей увеличивается до нескольких суток. Кроме того, увеличивается стоимость. Поэтому, при необходимости увеличения времени автономной работы от нескольких часов до нескольких суток, в качестве резервных источников электроэнергии рекомендуется использовать с ИБП дизель-генераторные установки (ДГУ), представляющие собой автономные электрогенераторные установки на базе двигателей внутреннего сгорания.

Интегрированная защита «интегрирует» защиту питания внутри шкафа или системы с фальшполом. Она носит название интегрированной, поскольку целый ряд защитных функций объединены в одну систему контроля/управления, кондиционирования воздуха, безопасности, распределения кабелей, а также датчиками дыма и огня.

Серьезный системный подход к проектированию и созданию сетей гарантированного бесперебойного электропитания со временем даёт значительную экономию за счет увеличения срока службы систем и оборудования, а также сокращения расходов на электроэнергию и текущее обслуживание. Использование мощных централизованных сетей бесперебойного электропитания в пересчёте на стоимость одного рабочего места гораздо дешевле, чем применение индивидуальных ИБП малой или средней мощности для защиты рабочих станций и серверов.

Общие выводы

Выбор ИБП предполагает взвешенный и продуманный анализ. Многие пользователи подходят к вопросу закупки ИБП как к «коту в мешке», руководствуясь в качестве основного критерия ценой, а не конкретным применением и пригодностью для их компьютерной системы. При выборе ИБП следует, однако, учитывать множество факторов. Резервные ИБП предлагают экономически выгодное решение для «некритичных» компьютерных систем. Если же Вы хотите обеспечить бесперебойную защиту Вашей «критичной» системы от любого рода проблем с электропитанием, убедитесь, что Вы выбрали ИБП технологии «on-line», соответствующий конфигурации и размерам Вашей сети.

Создание сетей гарантированного бесперебойного электропитания имеет жизненно важное значение в современной деятельности большинства предприятий и организаций различных отраслей и ведомств, для защиты информационно-вычислительных процессов, электронных баз данных, программных продуктов, дорогостоящего оборудования электронной вычислительной техники и средств связи. Основным элементом сети гарантированного бес-перебойного электропитания является источник бесперебойного питания (ИБП) большой мощности, а эффективность сети определяется техническими параметрами и экономичностью используемой модели ИБП.

Проблемы предприятия или организации по обеспечению ответственных потребителей бесперебойным электропитанием должны решаться комплексно, в рамках единого проекта электроснабжения здания или производственного участка. Комплексный подход к построе-нию сетей гарантированного бесперебойного электропитания обусловлен не только необ-ходимостью увязки этой сети с силовым, коммуникационным и распределительным обо-рудованием системы электроснабжения, но и с другими системами здания, такими как пожаротушение, вентиляция или кондиционирование, аппаратурой которых оснащается помещение для установки мощного трехфазного ИБП.

Технологии ИБП

Технология Off-line (резервные)

Принцип работы резервных ИБП заключается в питании нагрузки напряжением сети при его наличии и быстром переключении на резервную схему питания (батарея и инвертор) при его пропадании. Батареи автоматически подзаряжаются при работе ИБП от сети. Эффективность — в 55 % случаев проблем с питанием.

В большинстве компьютеров в настоящее время используются так называемые источники питания коммутируемого типа, позволяющие выдержать короткие провалы основного питания за счет накопления относительно небольшого количества энергии во встроенных конденсаторах. Это означает, что допускается использование ИБП типа «off-line», поскольку небольшое время задержки (порядка нескольких миллисекунд) при переходе питания от основной сети на батарею ИБП не является жизненно важным фактором. Используемые в основном в маломощном спектре мощностей ИБП, модели типа «off-line» являются простейшими и экономичными. Они обеспечивают частично отфильтрованное сетевое питание нагрузки, что означает отсутствие действительного чистого питания, при этом заряженная батарея остается в резерве. Если значение входного напряжения падает ниже определенного уровня, переключатель, встроенный в ИБП, соединяет батарею с инвертором, преобразующим постоянный ток батареи в переменный, который подается на компьютер.

Существует определенное время переключения между основной сетью и батареей, которое может оказывать воздействие на чувствительную нагрузку, однако, большинство ПК способны выдержать задержку в 2-20 миллисекунды, которая необходима инвертору, чтобы выработать переменное напряжение.

Если говорить о применении, то ИБП типа «off-line»являются наилучшим решением для поддержки «некритичного» сетевого оборудования небольшой мощности, такого как факсимильные аппараты и автономные ПК.

Преимущества:

Компактность, экономичность, лёгкость, невысокая стоимость.

Недостатки:

неполная фильтрация напряжения сети от помех и выбросов; помехи, генерируемые нагрузкой, пропускаются обратно в сеть; скачкообразное изменение частоты, формы и величины выходного напряжения при переходе на батареи (время перехода — 4 мс); прямоугольная форма выходного напряжения вместо синусоидальной.

Область применения ИБП архитектуры Off-Line защита один-на-один (ПК, рабочие станции).

Особенности:

в нормальном режиме питание поступает на прямую от сети к нагрузке; в случае возникновения проблем с электропитанием нагрузка переключается на питание от батареи; в режиме работы от батареи на нагрузку поступает сигнал прямоугольной формы.

Технология Line-interactive

Принцип работы интерактивных ИБП полностью идентичен резервным, за исключением ступенчатой стабилизации напряжения посредством коммутации обмоток автотрансформатора. Эффективность в 85 % случаев проблем с электропитанием.

Линейно-интерактивные ИБП обеспечивают за щиту по питанию, его фильтрацию, т. е. подавление всплесков напряжения и решающее проблему искажения формы сигнала. Одной из важных особенностей, линейно-интерактивных ИБП является наличие на выходе автотрансформатора, позволяющего регулировать входное напряжение в большом диапазоне при относительном постоянстве выходного напряжения. При нормальной работе основной сети питания заряд батареи осуществляется от инвертора. При пропадании входного напряжения, статический переключатель замыкает цепь питания от батареи на выход ИБП. Поскольку инвертор постоянно замкнут на выход, он осуществляет дополнительную фильтрацию и позволяет избежать переключений при «просадках» напряжения, как в случае с ИБП типа «off-line».Это делает линейно-интерактивные ИБП лучшим решением по сравнению с моделями типа «off-line», а так же является более экономичным по сравнению с моделями «on-line», в том случае, если «фильтрация» питания не является столь существенной.

Линейно-интерактивные ИБП лучше подходят для поддержки сетевого и удаленного оборудования, чем ИБП технологии «off-line» и могут служить средством защиты важных рабочих станций, серверов и межсетевых устройств, таких, как маршрутизаторы и коммутаторы.

Преимущества:

компактность, экономичность, шаговый стабилизатор напряжения, синусоидальная форма выходного напряжения, невысокая стоимость.

Недостатки:

неполная фильтрация напряжения сети от помех и выбросов; помехи, генерируемые на грузкой, пропускаются обратно в сеть;
скачкообразное изменение частоты, формы и величины (в меньшей степени) выходного на пряжения при переходе на батареи.

Область применения ИБП архитектуры Line-Interactive защита ПК и серверов.

Особенности:

в нормальном режиме питание поступает на прямую от сети к нагрузке;
в случае возникновения проблем с электропи танием, автотрансформатор (AVR) повышает или понижает входное напряжение в пределах отклонения 25 % от номинального значения, пытаясь вернуть напряжение к номиналу (при этом не задействуя батарею);
в случае более сильных отклонений переключается на работу от батареи;
в режиме работы от батареи на нагрузку поступает сигнал ступенчатой или прямоугольной формы.

Технология On-Line (Двойное преобразование)

Принцип работы он-лайновых ИБП построен на двойном преобразовании входного напряжения: выпрямления с последующей подачей на обратный преобразователь (инвертор).

ИБП, действующие по схеме «on-line», обеспечивают бесперебойное снабжение электропитанием, даже в случае его отсутствия в сети. Для этого используется технология двойного преобразования питания, которая позволяет непрерывно преобразовывать переменный ток основной сети в постоянный ток (который используется для заряда батареи) прежде, чем быть поданным через инвертор для преобразования обратно в переменный ток для питания компьютера. Это гарантирует отсутствие времени переключения при возникновении проблем с питанием от основной сети, а также обеспечивает компенсацию «просадок» (снижение напряжения на линии) — проблемы, с которой не могут справиться системы типа «off-line».В большинстве случаев питание основной сети пропадает не вдруг, но за несколько периодов. По мере падения напряжения «просадка» компенсируется батареей ИБП типа «on-line». Инвертор не обнаруживает различий даже в случае смешения напряжения батареи и постоянного тока, полученного от основной сети. У ИБП технологии «on-line» время переключения равно «0», так как для инвертора нет разницы, от какого источника получать электропитание. При наличии сетевого питания инвертор получает его от выпрямителя, а при пропадании сетевого электропитания задействуется батарея. Что касается компьютера, то для него не происходит никаких изменений в подаче напряжения и синусоидальный сигнал на выходе постоянно синхронизирован с основной сетью.

Преимущества:

максимальная фильтрация сетевого напряжения от помех и выбросов; помехи, генерируемые нагрузкой, не пропускаются обратно в сеть;
полная стабилизация формы и величины выходного напряжения, как при работе от сети, так и при работе от батарей; синусоидальная форма выходного напряжения;
отсутствуют время переключения на батареи и любые переходные процессы при переключении.

Область применения ИБП архитектуры On-Line серверы, телекоммуникационное оборудование, сетевые узлы, «критичное» оборудование.

Особенности:

вне зависимости от входного сигнала, цикл выпрямитель/инвертор позволяет получить на выходе ИБП отфильтрованный и стабилизированный по фазам и напряжению сигнал;
в случае больших отклонений от номинального значения входного напряжения переключается на работу от батареи;
всегда обеспечивает нагрузку «чистым» синусоидальным напряжением.

Как следует из вышеизложенного описания архитектур ИБП, не все технологии ИБП могут эффективно защищать от всех проблем, связанных с качеством электропитания (если, например, требуется повторяющийся переход на работу от батареи для защиты нагрузки, батарея сама может быть повреждена, либо сильно разряжена).