Ибп для цод что это
Вопрос обеспечения бесперебойной подачи питания в ЦОД стоит не менее остро, чем вопросы пожаротушения или физической безопасности оборудования.
В этой статье мы хотим рассказать нашим читателям, как в ЦОД обеспечивается бесперебойная работа оборудования с точки зрения резервирования источников питания. В качестве практического кейса в завершение статьи мы рассмотрим недавний инцидент казахстанских партнеров «ИТ-ГРАД» — ЦОДа Ahost — во время массового отключения электричества в Алматы.
Стандартизация ЦОД
На территории СНГ и Российской Федерации в частности пока что не существует единого стандарта, который позволял бы объективно оценить способность дата-центра обеспечивать определенные уровни сервиса. Большинство российских дата-центров ориентируются на американский стандарт TIA-942, содержащий основную массу рекомендаций по организации ЦОДов. Существующие стандарты TIA (к слову, не всегда подходящие под российские реалии) дополняются более современным BICSI 002 2010.
По данным Wikipedia : Компания «ИТ-ГРАД» была создана в 2008 году. Специализируется на предоставлении «облачных» сервисов (IaaS, SaaS) для корпоративного сектора и государственных учреждений, а также на проектировании и построении приватных (private cloud) и гибридных облачных инфраструктур.
Дата-центры, к которым применяются эти стандарты, имеют дополнительную классификацию по совокупности параметров, таких как их размер, уровень надежности (Tier I-Tier IV) и предназначение. В части стандартизации ЦОД по энергоснабжению на территории РФ также нет единого ГОСТа, поэтому здесь целесообразно применять мировой опыт.
Как уже было сказано выше, выделяют четыре уровня надежности ЦОДов.
На первом уровне допускается до 28,8 часов суммарного простоя в год, на четвертом, самом высоком, где обеспечивается полное резервирование всех систем энергоснабжения, — уже не более 26 минут. Основные требования, предъявляемые к энергоснабжению, — это надежность, качество и непрерывность. В частности, дата-центр должен быть оснащен как минимум двумя полностью изолированными электросистемами.
Основные положения TIA-942 в части энергоснабжения:
- помещение для ввода кабелей в базовой топологии – может быть как одно, так и несколько;
- главный распределительный пункт (Main Distribution Area), где расположен центральный кросс кабельной системы ЦОД, маршрутизаторы, коммутаторы локальной сети и сети хранения данных. Там же могут размещаться и кроссы, предназначенные для коммутации горизонтальных кабелей. Для целей резервирования в ЦОД может быть организовано два и более MDA;
- пункт распределения горизонтальной подсистемы общей кабельной системы ЦОД (Horizontal Distribution Area);
- распределительный пункт зоны (Zone Distribution Area), наличие которого расширяет возможности по реконфигурации системы;
- область размещения компьютерного оборудования (Equipment Distribution Area).
Если суммировать всё сказанное выше, выходит, что результатом, которого необходимо достичь при реализации системы гарантированного электропитания, является обеспечение возможности функционирования ответственного оборудования в случае отказа основного ввода электропитания в течение времени, достаточного для переключения на резервные источники.
ИБП «Штиль» – отличное решение для защиты любого серверного оборудования
Группа компаний «Штиль» предлагает широкий выбор однофазных источников бесперебойного питания (от 1 до 10 кВА), идеально подходящих для защиты любого IT-оборудования. В номенклатуре компании также представлены более мощные трехфазные решения и ИБП конфигурации 3:1.
Все устройства выполнены по схеме с двойным преобразованием энергии (on-line) и имеют полный набор современных функций, гарантирующих качественное и бесперебойное электроснабжение:
- широкий предельный диапазон входного напряжения;
- коррекция входного коэффициента мощности;
- защита от нештатных сетевых ситуаций (перегрузка, короткое замыкание, высоковольтные импульсов, нелинейный искажения и т.д.);
- автоматический перезапуск после аварийного завершения работы и, в том числе, глубокого разряда батарей;
- полный автоматический контроль аккумуляторных батарей;
- «холодный» старт;
- встроенный байпас;
- поддержка подключения шкафов и модулей внешнего байпаса;
- «горячая» замена батарей (для некоторых моделей);
- параллельная работа до четырех ИБП (для моделей от 6 кВА).
Компания производит как ИБП со встроенными АБ, так и без них, но с мощным зарядным устройством, рассчитанным на широкий ряд внешних батарейных модулей (представлен большой выбор решений для размещения АБ: шкафы, модули, стойки, стеллажи).
Оборудование «Штиль» выпускается в напольном (Tower) и стоечном (Rack) вариантах, модели серии STR-SL (1-3 кВА) выполнены в универсальном корпусе, допускающем как вертикальную установку, так и монтаж в 19-дюймовую стойку.
Перебои в работе ЦОД наносят серьезный урон их клиентам и вредят имиджу самих компаний. Поэтому владельцам важно находить эффективные решения для повышения надежности электропитания своих ДЦ. Мировые производители бесперебойного питания для дата центров, такие как Eaton, Virtual Power Systems и EnerSys предложили варианты реализации ИБП.
ИБП Power Xpert 9395 от Eaton
Компания Eaton презентовала новую высокопроизводительную систему бесперебойного питания для малых и средних дата-центров — Power Xpert 9395. Это высокоэффективное решение, предоставляющее модификации на 200-600 киловатт (кВт) с номинальным напряжением 400В и частотой 50/60 Гц. Система поддерживает технологию Eaton Energy Saver System Saver, с помощью которой при максимальной нагрузке получится довести КПД до 99% (при нагрузке ниже 15% — не менее 95%).
Power Xpert 9395
По утверждениям разработчиков, Power Xpert 9395 даст возможность снизить эксплуатационные затраты и сократить капитальные вложения в расширение ЦОД. Дело в том, что новая модульная конструкция позволяет максимально использовать пространство внутри ДЦ, избавляя от необходимости расширять здание. Также система должна снизить стоимость владения вычислительной инфраструктурой, повышая ее масштабируемость и надежность. Помимо этого, новый ИБП генерирует на 33% меньше тепла, что позволит сэкономить на электропитании кондиционеров и чиллеров.
У Power Xpert 9395 повышенная отказоустойчивость. В нем есть запатентованная технология распределения нагрузки HotSync, которая обеспечивает параллельную работу силовых модулей без дополнительных управляющих кабелей.
Особенностью нового ИБП является поддержка фирменной технологии PredictPulse, которая представляет сервис удаленного мониторинга, работающего в режиме 24/7. Каждые 15 минут он собирает и анализирует данные ИБП помогая тем самым инженерам Eaton в случае чего предупреждать пользователей о возможных проблемах.
Литий-ионные системы ИБП от Virtual Power Systems
Компания Virtual Power Systems делает ставку на интеллектуальные литий-ионные системы ИБП со стоечным форм-фактором. Вице-президент по развитию бизнеса и продаж компании Анкаш Дхам (Ankush Dham) высказал свое мнение на этот счет. Он выступал с докладом на конференции Open Compute Project Summit 2016, проходившей в Сан-Хосе (США). Дхам считает, что со временем отношение операторов ЦОД к распределению электроэнергии внутри дата-центра может измениться. И на это повлияет набирающее масштабов распространение литий-ионных систем ИБП. Подобные устройства надежнее и безопаснее чем современные свинцово-кислотные аналоги. Литий-ионные системы позволяют экономить ценное пространство внутри ДЦ, уменьшают нагрузку на систему охлаждения, имеют большую плотность мощности и меньшее тепловыделение.
OCP Summit: Building intelligent Li-ion batteries
Компания представила пилотную платформу VPS, которая состоит из программного и аппаратного обеспечения. Программная консоль VPS ICE дополняется литий-ионным ИБП высотой в 2U с тремя аккумуляторным модулями и с возможностью горячей замены. Устройство мощностью в 12 кВт способно обеспечивать аварийное питание до 6 минут.
Батареи EnerSys для ИБП с высокой плотностью мощности
Американская компания EnerSys выпустила новую линейку батарей серии EnerSys DataSafe XE для источников бесперебойного питания. По сравнению с обычными свинцово-кислотными аналогами, они обеспечивают повышенную плотность мощности и продолжительности периода автономной работы.
Со слов менеджера по маркетингу ИБП компании EnerSys Дэна Роша (Dan Roche):
Современные батареи должны выйти на новый уровень. Необходимо, чтобы они были в состоянии обеспечивать большую мощность за более короткое время, а также дольше работать при повышенной температуре окружающей среды.
DataSafe XE
Батареи DataSafe XE были разработаны с использованием технологии Thin Plate Pure Lead (TPPL). Благодаря этой технологии, устройства могут работать в расширенном температурном диапазоне от -40 ° F (-40 ° C) до 122 ° F (50 ° C). Это делает их пригодными для применения внутри дата-центров с высокой плотностью размещения комплектующих, а также сократить расходы на охлаждение.
DataSafe XE сконструированы по особой технологии Absorbed Glass Mat (AGM), при которой в двухвольтовой ячейке помещается больше пластин. Каждая пластина изготовляется из свинца повышенной чистоты — это уменьшает генерацию газа внутри ячейки и в три раза продлевает их срок хранения по сравнению с обычными батареями.
Как утверждают разработчики EnerSys, устройства линейки DataSafe ХЕ — первые серийные батареи на базе технологии TPPL, предназначенные специально для удовлетворения потребностей дата-центров. Их создателям удалось обойти проблемы, характерные для свинцово-кислотных батарей с легированными кальцием пластинами. А именно: избежать коррозии свинцовой сетки в кислоте с течением времени и предотвратить рост размеров сетки, когда батареи подвергаются воздействию высоких температур.
Прогнозы от Global Market Insights и TechNavio
Компания Global Market Insights провела исследования, согласно которому к 2022 году совокупный оборот мирового рынка ИБП достигнет $6.65 млрд. Наивысший оборот среди региональных рынков придется на долю Северной Америки. А ведущими мировыми компаниями на рынке будут: Emerson, Ametek Inc., Eaton, ABB Ltd, Mitsubishi Electric, General Electric Co., Delta Electronics Inc, Siemens и Schneider Electric SA.
Эксперты консалтинговой компании TechNavio считают, что в период с 2016 по 2020 гг. оборот мирового рынка модульных ИБП для ЦОД будет повышаться в среднем на 11% каждый год. Они выделяют региональный рынок Азиатско-Тихоокеанского региона, как самый перспективный. По прогнозам TechNavio — на его долю придется около 39% от общего дохода.
Еще недавно считалось, что центры обработки данных (ЦОД) необходимы только крупным компаниям.
Сегодня ЦОД необходим, практически, любой компании, которая хочет, чтобы ее работа, ее бизнес и хозяйственная деятельность были хорошо управляемы, а взаимодействие между внутренними структурными подразделениями и деловое общение с внешними организациями и физическими лицами шло согласованно и без сбоев.
Причины повсеместного распространения ЦОД :
· Объединение вычислительного ресурса и объемов памяти для хранения информации сокращает эксплуатационную стоимость IT-ресурса;
· Сокращение расходов на администрирование и инженерное обслуживание своего сервера;
· Сокращение расходов на аренду рабочих площадей, поскольку нет необходимости иметь отдельное помещение под свое серверное оборудование;
· Выгода, связанная с отсутствием необходимости организовывать собственную информационную инфраструктуру, ее защиту и обслуживание;
· Возможность использовать более мощный технический потенциал ЦОД (что не в состоянии позволить себе компания среднего и тем более малого класса) дает возможность решать более сложные задачи, с более высокой скоростью и, соответственно, большее их количество;
· Отсутствие затрат на создание и обслуживание инженерной системы жизнеобеспечения корпоративного ЦОД (вентиляция, климат-контроль, разного вида защиты, автопожаротушение, бесперебойность энергоснабжения и безопасность).
Разновидности ЦОД
По размерам и степени мобильности ЦОД бывают:
· Крупные, расположенные в больших, специально построенных отдельных зданиях со своей телекоммуникацией;
· Модульные ЦОД, в зависимости от требований к мощности серверов могут состоять из одного или, практически, бесконечно большого количества модулей;
· Средние и малые ЦОД, обычно располагающиеся на арендованных площадях вблизи узлов связи;
· Мобильные ЦОД – представляют собой контейнер со всем необходимым оборудованием, который может быть перевезен по мере необходимости автотранспортом или железной дорогой в нужную географическую точку.
Но какого бы размера и исполнения не был дата-центр, мобильный или стационарный, архиважным вопросом всегда является вопрос надежности и стабильности его энергообеспечения. Все усилия, затраты и крупные вложения окажутся обессмысленными, если произойдет хотя бы один серьезный сбой ИБП ЦОД.
Степень безопасности ЦОД
Основное требование к ЦОД – высокая отказоустойчивость. Каждый ЦОД имеет свою степень надежности. Она определяет ожидания стабильности и безотказности работы ИБП данного ЦОД.
В России уровень безопасности ЦОД и соответствующее их оснащение определяются гостребованиями к сооружениям связи, ГОСТами серии 34 и международными нормами Uptime Institute.
Существуют следующие четыре международных стандарта безопасности центров обработки документации:
1. Tier I (N) – отсутствие резервной системы энергопитания, резервных ИБП и инженерной инфраструктуры. Для выполнения ремонта при сбое оборудования необходима остановка всего дата-центра. В режиме остановки может находиться – 28,8 час/в год. Оотказоустойчивость центра – 99,6%.
2. Tier II (N+1). Степень резервирования (в том числе и по источникам электропитания) в некотором объеме присутствует, но выполнение ремонтных работ требует остановки всего центра. В режиме остановки может находиться – 22 часа/в год. Отказоустойчивость такого ЦОД – 99,75%.
3. Tier III (2N). В таких центрах предусмотрены дополнительные ИБП, есть несколько каналов электроснабжения, но в постоянной активности находится только один. Инженерная система зарезервирована однократно. Для соответствия этой категории потребитель должен иметь два входа электропитания, или подключение посредством STS-системы, дающей возможность непрерывно переключаться нагрузке с одной системы ИБП на другую. Ремонт может проводиться без прекращения работы ЦОД. Время простоя – не выше 1,6 часа/ в год. Отказоустойчивость – 99,98%.
4. Tier IV (2(N+1)). По надежности наиболее высокий уровень. Предусмотрено два ИБП для ЦОД, оба зарезервированы по (N+1)-схеме. И вся инженерная система имеет двукратное резервирование, то есть имеется дублирование не только основной системы электропитания, но и дополнительной. Любые ремонтные работы, любой степени сложности могут проводиться без прекращения работы ЦОД. Режим остановки за год не превышает 0,4 часа.
Требования предъявляемые к ИБП для ЦОД
Источники бесперебойного питания для ЦОД являются сложными, многоблочными системами и должны гарантированно обеспечивать необходимую и даже избыточную надежность электропитания. Исходя из этого, к ним предъявляются следующие требования.
· Коэффициент выходной мощности ИБП должен быть близок к единице.
· ИБП для ЦОД должен обладать достаточно высоким к.п.д. Он должен быть ≥ 92%. В некоторых системах энергоснабжения ЦОД величина к.п.д. более 96%.
· Должна быть обеспечена надежная схема резервирования модулей и блоков ИБП, выход из строя которых прекратит подачу электропитания критической нагрузки, то есть – секций управления, силовых блоков, системы охлаждения, байпасов и батарейных модулей.
· Надежная система управления и мониторинга всех блоков ИБП, с оперативным реагированием и оповещением о текущем состоянии и кризисных ситуациях.
· Достаточно длительное время работы ИБП в автономном режиме на внешнем аккумуляторном питании.
· Наличие возможности оперативного мониторинга работы аккумуляторного питания.
· Подключение к ДГУ должно быть обеспечено возможностью «мягкого» старта.
· Надежное взаимодействие с системой управления и мониторинга всего центра.
· При необходимости высокого уровня надежности ЦОД его ИБП должен быть обеспечен двойным резервированием, то есть наличием запасной системы бесперебойного питания и для основного ИБП и для дополнительного.
Кроме того, для стабильной работы центра техническое обслуживание ИБП ЦОД должно быть организованно таким образом, чтобы ремонтные работы и замена вышедших из строя компонентов ИБП производилась непосредственно на месте из имеющегося заранее укомплектованного запаса.
Типы ИБП для ЦОД
Международные требования по Uptime Institute допускают применение в качестве электропитания IT-оборудования как ИБП он-лайн типа с двойным преобразованием, так и линейно-интерактивный тип ИБП (в том числе дельта-преобразование) и ИБП динамического типа (ДРИБП).
Основные типы ИБП для ЦОД по конструктивным и функциональным особенностям можно классифицировать следующим образом:
· ИБП модульного типа;
· Блочно-модульные ИБП с возможностью параллельной установки;
· Моноблочные с возможностью параллельной установки;
Изначально, на заре развития дата-центров, блочные модели ИБП для ЦОД представляли собой один шкаф, в котором размещались все основные модули: силовые блоки, аккумуляторные секции, блоки управления, сервисные и статические байпасы, различные датчики и автоматические прерыватели. Ограниченность одним шкафом определялась удовлетворением требований тогдашних ЦОД по мощности. А также и отсутствием, без излишней необходимости, стремления к сверхнадежным стандартам безопасности – наибольшее распространение у нас в стране уровень Tier I и Tier II.
Типовой пример почти классического типа модульного ИБП – американский Symmetra PX 160 (компания Schneider Electric). У нас эта модель имеет достаточно широкое распространение применительно к ЦОД среднего класса. Такое ИБП имеет возможность комплектоваться силовыми модулями (до 10 штук) с мощностью по 16кВА каждый. Максимально возможная мощность из десяти таких шкафов составляет 160 кВА. Дополнительное наращивание мощности не предусмотрено. Вес отдельного модуля – 28.5 кг. Все модули располагают в одну силовую специальную секцию. Управление работой всего ИБП возложено на два контроллера, которые также помещены в основной шкаф. Наличие второго контроллера обеспечивает систему дополнительного резервирования. Он приходит на смену вышедшему из строя контроллеру и принимает на себя обязанность по дальнейшему энергообеспечению дата-центра. В ИБП предусмотрено автоматическое регулирование работы системы охлаждения в зависимости от состояния окружающей среды.
Батарейный блок в этой модели ИБП располагают в отдельном внешнем шкафу. В этом же шкафу имеется возможность для размещения сервисного байпаса со всей автоматической оснасткой и переключателями. В данном ИБП нет отключения незадействованных мощностей. Нет также и поддержки ЭКО-режима.
Свое своеобразие имеют модульные ИБП французской компании Legrand модели Archimod HE и Archimod 240/480 HE. Данные ИБП обладают коэффициентом мощности равным единице и к.п.д. = 96%.
Особенностью моделей Archimod можно считать то, что они высокоунифицированы, что заметно облегчает замену блоков модуля. Другая особенность в том, что они представляют собой однофазный силовой модуль. Последний факт дает им определенное преимущество относительно их трехфазных собратьев. Например, сбой одного силового блока повлечет задействование резервирования только по одной фазе. Остальные же, не получившие повреждений силовые блоки, будут продолжать исполнять свой долг и питать нагрузку.
Выходную мощность такого ИБП можно увеличивать, слагая общую систему из трехфазных групп по 20кВА/кВт (из 3 секций по 6.7 кВА/кВт). Весь ИБП в комплексе через единую шину постоянного тока подключается к общему батарейному комплекту. Обладают электронной коррекцией входного коэффициента мощности (с величиной более 0.99).
Одним из недостатков ИБП модульного типа – это окисление контактных соединений. Другим слабым местом ИБП модульного типа является так называемая «единая точка отказа». Ее чаще всего профэкспертиза связывала с шиной постоянного тока, байпасами и контроллерами управления.
Более успешными в плане борьбы за снижение количества разъемных соединений и повышение степени безотказности стали схемы соединения в параллель ИБП моноблочного типа.
Моноблочные ИБП для ЦОД.
В качестве примера моноблочного типа ИБП для ЦОД можно привести модель Galaxy 5500. В основе этой модели лежит современная бестрансформаторная схема. Модель имеет высокий к.п.д. и сравнительно небольшие габариты. Мощность одного ИБП равно 120 кВА. Соединение в параллельную систему способно обеспечить питание до 720 кВА. Модель оснащена внешними аккумуляторами либо в виде выносных шкафов, либо размещенных на стеллажах.
Из блочно-модульных ИБП для ЦОД, представленных на рынке, можно для примера отметить: Eaton 93 PE и Eaton 9395, Symmetra MW и Galaxy VM производитель Schneider Electric, а также AEG Protect 8.33 фирмы Emerson. Эти типы бесперебойников предназначены для энергоснабжения ЦОД большой мощности. Имеют ЭКО-режим и возможность отключения незадействованных модульных мощностей, что позволяет эффективно расходовать электроэнергию и достигать высоких значений к.п.д. – 99%. Модель PW 9395 (с максимальной мощностью 1100 кВА/1000кВт) сравнительно недавно получила обновление с заменой на систему Power Xpert 9395P (максимальная мощность 250-1200 кВА/кВт).
Кластерные системы формируются наращиванием мощности параллельной установкой силовых блоков большой мощности, например, с шагом по 250 кВА. Таким образом создается самостоятельная конструкция более высокой технологической ступени с общим сервисным байпасом, общим аккумуляторным питанием и единой схемой управления.
ТЕНДЕНЦИИ
Последнее время в отечественных ЦОД все чаще используют ИБП мощностью 1 МВт. В этой связи, отмечая тенденцию, стоит выделить передовые инновационные решения по внедрению в жизнь сверхмощных систем бесперебойного электроснабжения в мировой практике. И конкретно – такой уникальный продукт, как Trinergy Cube, разработчик Emerson.
Это модульный тип ИБП, допускающий горячую замену секций, позволяет получить в итоге сверхмощность объемом в 3 МВт. Такие мощности обеспечиваются соединением отдельных фреймов по 300кВт. Сформированный сверхмощный комплекс в три мегаватта уже сам в свою очередь может применяться как независимая единица и использоваться для последующего мощностного наращивания. Это позволяет образовывать структуру бесперебойного питания силой до 24 МВт.
Сегодня в нашей стране все больше получают распространение такой вид услуг, как колокэйшн (от английского – colocation) – это услуга по размещению сервера клиента в пространстве, оборудованном под дата-центр. Здесь для сторонней информационно-вычислительной техники предоставляются все необходимые технические и организационно-административные возможности: надежное бесперебойное энергоснабжение, услуги телекоммуникационной связи, охлаждение, организуются охранно-пропускные режимы с круглосуточным доступом, системы пожаротушения, сервисного обслуживания и т.д. Это, как правило, малого или среднего класса ЦОД, не только стационарные, но и мобильные, где возможна установка от одной до нескольких стоек клиента с обеспечением мощностью примерно до 20 Квт на каждую.
И еще одна особенность нынешнего времени, связанная с ИБП для ЦОД. Для дата-центров необходимы источники бесперебойного питания, обладающие возможностью компьютерного управления и мониторинга. В связи с этим, в современных условиях, когда хакерским атакам не редко подвергается информационно-вычислительное оборудование, на повестке дня все актуальнее становится вопрос организации антихакерской защиты не только серверов ЦОД, но и «интеллектуальных» ИБП, заботящихся об их надежном и стабильном электропитании.
Качество электропитания в нашей электросети заставляет всерьез задуматься о выборе источника бесперебойного питания. Проблемы в сети могут быть незначительного характера, но могут и перерасти в настоящую катастрофу для организаций, пользователей персональных компьютеров и для промышленных объектов. Могут случаться и пропадание питания, и завышенное напряжение, и импульсные радиопомехи. Вот почему так необходимо порой найти точную, полную информацию о принципах работы и типах конкретных ИБП.
Ниже приводится основной список технических характеристик и электрических параметров ИБП.
Номинальное значение входного напряжения: для однофазных ИБП это 220В, для трехфазных - 380 В.
Допустимые отклонения от номинального входного напряжения - это диапазон, в котором ИБП работает в сетевом режиме, при выходе из которого, ИБП переходит в автономный режим.
Номинальной входной полной мощностью является мощность сети в нормальных условиях эксплуатации при полном коэффициенте нагрузки
Номинальная входная активная мощность - это потребление энергии на входе ИБП при номинальной нагрузке.
Максимальный входной ток – это внешний автомат защиты источника бесперебойного питания.
Величина пускового тока – это скачек входного тока от заряда накопительных конденсаторов при включении ИБП.
Выходной коэффициент мощности – это коэффициент мощности нагрузки обеспечивающий наибольшую энергоэффективность потребления от ИБП.
Номинальная полная выходная мощность - полная мощность, подаваемая на ИБП при обычных условиях эксплуатации.
КПД - отношение выходной активной мощности, потребляемой нагрузкой, к входной активной мощности, потребляемой источником бесперебойного питания из сети.
Ток короткого замыкания инвертора зависит от перегрузочных способностей источника бесперебойного питания.
Предельное время работы ИБП определяется энергией заряженной аккумуляторной батареи при отсутствии питании.
Время восстановления заряда аккумуляторной батареи – время, требующееся аккумуляторной батарее для полного перезаряда, пока происходит переход из автономного режима в сетевой (прямо пропорционально емкости батареи).
Существуют два основных типа ИБП.
ИБП резервного типа (Off-line, Back UPS, Standby, Passive Standby) оснащены резервной схемой обеспечения, которая переключается автоматически в случае сбоев. Обычно питание подается от внешней электрической сети напрямую, при этом фильтруются скачки напряжения и электромагнитные наводки. Если показатели электропитания выше стандартных, или отключается электричество, то оборудование автоматически начинает получать питание от встроенных аккумуляторов через встроенный инвертор. При устранении сбоев напряжения и восстановлении до стандартных значений, опять происходит переход на питание от первичной внешней электросети.
Линейно-интерактивный тип ИБП обеспечивает стабильное напряжение на выходе, а частота на входе и выходе совпадает. Принцип работы данного типа подразумевает под собой, что инвертор ИБП подключен параллельно к электрической сети и работает в двух режимах: анализ качества электропитания в сети, регулировка и стабилизация выходного напряжения ИБП. При этом батареи заряжаются. Кроме того, в линейно-интерактивных ИБП есть аппаратные узлы, расширяющие диапазон входного напряжения (основу составляет автотрансформатор с переключаемыми обмотками). Напряжение на выходах удерживается на требуемом уровне без перехода на питание от батарей. Происходит реакция на изменения во входной электросети, выходное напряжение регулируется.
Расчёт мощности ИБП.
Для расчета мощности ИБП необходимо прежде всего определиться с оборудованием, которое нужно защитить от перепадов энергии, определить суммарное номинальное потребление энергии, понять, есть ли нагрузка с пусковыми токами.
· Рассчитать время автономной работы нагрузки.
· Определить перечень защищаемого оборудования;
· Определить суммарное номинальное потребление оборудования;
· Определить, есть ли у Вас нагрузка с пусковыми токами (электродвигатели, кондиционеры, насосы). Кондиционер часто имеет пусковой ток 3-5 номинального потребления, обычный асинхронный двигатель до 6-8 номинального потребления. Посчитать потребление нагрузки с учетом пусковых токов;
· Определить необходимое время автономной работы нагрузки;
· Подумать, будет ли расти нагрузка в ближайшее время и надо ли на это учесть в расчетах;
· Подумать, нужна ли отказоустойчивая система бесперебойного питания N+1/.
Мощность ИБП без резервного модуля определяется путем выбора большего: сумма номинальной нагрузки и роста, умноженная на 1,2 (учитываем загрузку ИБП на 80%) или же ИБП с учетом перегрузки, покрывающий пусковые токи нагрузки (перегрузочную способность будем считать равной около 110-120%).
Допустим, у нас есть персональный компьютер с мощностью блока питания 400 Вт, монитор 40 Вт, акустическая система 5 Вт, принтер 17 Вт. Итого: 462 Вт. Полную мощность (в вольт-амперах) составит 462×1,4= 647 В·А (1 В·А равен 1,4 Вт).
В целом же мощность ИБП должна соответствовать совокупной мощности всех устройств, запитанных от него. И нужно помнить также о запасе по мощности, хотя бы в 20-30%. Очевидно, что чем больше емкость аккумулятора - тем дольше время автономной работы ИБП.
В мощных промышленных котлах могут быть два и более насосов. Котел с одним насосом потребляет при включенном насосе 90-150Вт, ему достаточно стабилизатора или ИБП мощностью до 300 Вт. Соответственно, есть два насоса в системе, необходим ИБП как минимум 400-500Вт.
Для расчета мощности ИБП для ЦОД не всё так просто. Необходимо понять какой уровень отказоустойчивости вам нужен. Он же включает в себя время простоя в год, схему резервирования.
Примерный расчет потребления электроэнергии приведен в таблице 1.
Потребляемая мощность, Вт/кв, фут
Среднее потребление на 1 стойку, кВт
20−35 стоек, в каждой по 8−12 серверов
40−80 стоек, в каждой по 12−18 серверов
Более 60 стоек, в каждой по 20−40 серверов
Расчет времени автономной работы ИБП.
Расчёт по упрощённой формуле:
Т ар = (С ак * U ак * N) / Р наг,
Т ар - Время автономной работы, час;
С ак- Ёмкость одного аккумулятора, А*ч;
U ак- Напряжение одного аккумулятора, В;
N г- Количество групп аккумуляторов;
Р наг - Постоянная мощность нагрузки, Вт.
Расчёт времени автономной работы ИБП по уточнённой формуле:
Т ар = (С ак * U ак * N аг * N г * КПД * К г * К т *К вр) / Р наг,
Т ар - Время автономной работы, час;
С ак- Ёмкость одного аккумулятора, А*ч;
U ак- Напряжение одного аккумулятора, В;
N аг- Количество аккумуляторов в группе;
N г- Количество групп аккумуляторов;
КПД- Коэффициент полезного действия ИБП;
К г- Коэффициент глубины разряда батарей, принимается равным 0,8 – 0,9 в зависимости от типа и изношенности батарей;
К т- Коэффициент, зависящий от температуры, при которой эксплуатируются аккумуляторные батареи (при температуре 25 °С принимается равным 1, при температуре 0 °С принимается равным 0,88);
К вр- Коэффициент, зависящий от времени разряда аккумуляторных батарей. При 10-ти часовом разряде принимается равным единице;
Р наг - постоянная средняя мощность нагрузки, Вт.
Оптимальный аккумулятор для ИБП.
Существует несколько видов аккумуляторов.
· Никелево-кадмиевые (маленький весу и размер, применимы в электронных устройствах, обладают высокой энергетической плотностью, осуществляется до 1500 перезарядок, имеет низкий саморазряд, не дороги, надежны).
· Никелево-металлогидридные сложны в эксплуатации. Обладают высокой удельной емкостью, стабильны в работе, имеют большую энергетическую плотность, не снижает уровень емкости, но способны на малое число циклов заряда / разряда, дороги в цене, имеют более узкий температурный режим работы.
· Литиево-ионные аккумуляторы для ИБП имеют большую удельную емкость, малый вес и размер, надежны, обладают большой энергетической плотностью (около 100 Вт*ч/кг), низкой скоростью саморазряда (около пяти процентов в месяц), недороги в обслуживании. Сами по себе они стоят дорого. Обладают эффектом старения, необходимо использовать специальные зарядные устройства.
· Свинцово-кислотные аккумуляторы для ИБП наиболее распространены, так как они надежны, не дороги, просты в обслуживании, выдерживают тяжелые климатические условия, их можно многократно заряжать.
Чтобы вычислить максимальную мощность ИБП нужно перемножить номинальную мощность ИБП и коэффициент мощности. В итоге можно получить число, показывающее максимальную активную мощность, которую сможет обслуживать источник бесперебойного питания. Коэффициент мощности нагрузки (Power Factor, P) определяет, какая часть мощности, предоставляемой источником электроэнергии, действительно потребляется оборудованием (активная мощность). Как правило, P вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности (измеряется в ваттах, Вт) к полной поступающей мощности (измеряется в вольт-амперах, ВА):
коэффициент мощности (Р) = активная мощность (Вт)/полная мощность (ВА).
Расчет времени резерва питания нагрузки от ИБП. Как выбрать оптимальную конфигурацию ИБП для организации бесперебойного питания оборудования и бытовых приборов в доме.
Порой нелегко подобрать конфигурации источника бесперебойного питания для той или иной задачи. Во-первых, нужно знать общую мощность всех потребителей энергии, для которых нужно будет обеспечить бесперебойное питание. Далее следует выбрать ИБП, мощность которого составит примерно на 20 % больше максимального значения нагрузки. Потом необходимо собрать данные о емкости внешних аккумуляторных батарей, учитывая нужное время резервирования.
Лучше всего, если есть возможность распределить нагрузку на потребляющие группы, а далее исходить уже из того, какие потребители будут наиболее важны и приоритетны. Если Вам предстоит выбрать определенную конфигурацию ИБП и аккумуляторов для них, то необходимо помнить, что, если запас мощности будет увеличен, то это не значит, что длительности запаса будет тоже увеличиваться. Выбирая ИБП мощнее, Вы повышаете мощность нагрузки, а для продления времени резерва нужно повышать емкость внешних аккумуляторных батарей.
Расчета времени резерва ИБП.
Здесь нужно знать два параметра: мощность полезной нагрузки и общую емкость всех аккумуляторных батарей. В большинстве случаев этого хватит, чтобы рассчитать время резерва:
T=E*U/P (часов),
где: Е - емкость аккумуляторов, U - напряжение аккумуляторов, Р - мощность нагрузки всех подключаемых приборов.
Другой, более точной формулой расчета послужит формула:
T = E * U / P * KPD * KRA * KDE (часов),
где KPD (коэффициент полезного действия инвертора, не выходящий за рамки 0,7—0,8);
KRA (коэффициент разряда аккумуляторов, не выходящий за рамки 0,7—0,9);
KDE (коэффициент доступной емкости, не выходящий за рамки 0,7—1,0).
Так же, можно воспользоваться готовыми таблицами значения времени резерва производителей ИБП.
Как увеличить время резервного питания нагрузки.
Существует несколько вариантов увеличения резервного питания нагрузки.
Первый – повышение емкости внешних батарей, что ведет, увы, к покупке дорогих аккумуляторов для заряда, плюс затраты на помещение с соответствующими требованиям условиями для хранения батарей.
Второй – понижение нагрузки. Разбиваем нагрузку на группы и, исходя из этого, обеспечиваем питание для каждой из них.
И, наконец, третий способ – это обслуживание батарей ИБП и его качество. Существует ряд правил, которых необходимо придерживаться для оптимальной работы источников бесперебойного питания (чистота, температура и т. д.). Не стоит забывать об обслуживании аккумуляторов (заряд/ разряд, контроль срока службы, своевременная замена).
Источники бесперебойного питания
Начнем разговор с системы «первого фронта», которая активируется сразу же при потере основного источника питания, а именно с ИБП. Говорить о них в качестве полноценной замены основному питанию было бы неправильно: главная задача ИБП состоит в экстренной «подпитке» ЦОДа в течение короткого периода (в среднем — до 20 минут). До истечения этого времени должны подключиться более «долгоиграющие» источники или восстановлено основное питание. Помимо этого, в компетенции ИБП находится защита от помех и всплесков в электросети и поддержание основных параметров питания в рамках нормы.
Подробный разбор каждого варианта организации СГЭ занял бы всё пространство этой статьи и был бы интересен лишь узкому кругу читателей, поэтому мы сознательно сократим объем «номенклатурной» информации.
Перед вами лишь краткий список требований, предъявляемых к ИБП в дата-центрах:
- Надежность с учетом времени на восстановление системы.
- Высокий коэффициент полезного действия при частичной нагрузке.
- Поддержка параллельной работы с наращиванием мощности и повышением уровня резервирования.
- Возможность масштабирования.
- Высокие коэффициенты мощности.
- Низкий коэффициент гармонических искажений входного тока.
По принципу работы ИБП можно разделить на два типа - статические и динамические.
Однофазный или трехфазный ИБП?
Ответ на этот вопрос зависит от электрической сети на месте инсталляции устройства и планируемой нагрузки:
- однофазные ИБП работают в сетях с напряжением 220 В, их мощность обычно не превышает 10 кВА. Они применяются для подключения отдельного сервера, группы серверов, одной или нескольких серверных стоек, а также прочего телекоммуникационного оборудования с лежащей в указанных приделах мощностью;
- трехфазные ИБП питаются от сети с напряжением 380 В, отличаются высокой мощностью и обеспечивают защиту серверных помещений, больших IT-комплексов и ЦОДов.
Внимание!
При подключении однофазных потребителей (практически все IT-оборудование) к трехфазному ИБП любую из питающих фаз допустимо нагружать не более чем на 1/3 от номинальной мощности устройства. Например, трехфазный ИБП на 15 кВА способен запитать 5 кВА по каждой фазе, но нагрузка в 7 кВА на одну фазу, даже при нулевой нагрузке на остальные, вызовет аварийное отключение устройства!
От подобных проблем избавлены устройства с конфигурацией 3:1, позволяющие равномерно загрузить три питающие фазы, за счёт однофазного выхода (220 В) при трёхфазном входе (380 В).
Данная статья посвящена однофазным источникам бесперебойного питания – их применение наиболее распространено с серверным оборудованием и небольшими IT-системами. Особенности схем электроснабжения ЦОДов, реализуемых на базе трехфазных ИБП, рассмотрены в отдельной статье – ИБП для ЦОД: особенности выбора.
Дизель-генераторные установки
После того, как отключился основной ввод электропитания и в дело вступили ИБП, наступает время готовить к запуску (и запускать) дизель-генераторные установки, которые смогут сколь угодно долго поддерживать ЦОД в автономном режиме и обеспечивать бесперебойную работу клиентского оборудования.
При выборе ИБП для серверов необходимо учесть ряд важных аспектов, обусловленных спецификой сферы применения. В данный статье мы их подробно рассмотрим.
Сразу отметим, что общие рекомендации по подбору модели источника бесперебойного питания можно прочитать в статье Как выбрать ИБП?, которую мы ранее опубликовали в нашем блоге.
- ИБП какого типа рекомендован для серверного оборудования?
- Однофазный или трехфазный ИБП?
- Как определить необходимую мощность ИБП для серверного оборудования?
- Какое время резервирования требуется для серверного оборудования?
- Какими дополнительными функциями должен обладать серверный ИБП?
- Какое ПО необходимо для серверного ИБП?
- ИБП «Штиль» – отличное решение для защиты любого серверного оборудования
При эксплуатации любого серверного и телекоммуникационного оборудования целесообразно применять комплекс мер по защите от различных негативных воздействий: как сетевых (вирусы, хакерские атаки), так и физических (перегрев, механическое повреждение, влажность). Полноценная физическая безопасность IT-аппаратуры также невозможна без системы резервного электроснабжения, наиболее часто организуемой на основе источников бесперебойного питания (ИБП).
Какими дополнительными функциями должен обладать серверный ИБП?
Современные источники бесперебойного питания имеют широкий функционал и оснащаются большим количеством опций, некоторые из них необходимы ИБП, работающему с чувствительным серверным и телекоммуникационным оборудованием, а именно:
- автоматическое отключение защищаемого оборудования – позволяет при глубоком разряде батарей с помощью специального управляющего сигнала завершить работу операционной системы и своевременно закрыть все активные приложения. Сигнал формируется при достижении уровня заряда АКБ заданного значения.
- байпас – служит для коммутации сетевого напряжения в обход ИБП и позволяет проводить техническое обслуживание устройства, не прерывая электроснабжения нагрузки. Встречаются автоматический и механический байпас. Первый обычно встраивается в устройство и срабатывает при перегрузках и поломках, второй реализуется в виде внешнего модуля и рассчитан на ручное переключение;
- «холодной» старт – ИБП при отсутствии внешнего напряжения запускается от батарей. Опция даёт возможность включения защищаемого оборудования во время длительного отсутствия электроэнергии;
- «горячая» замена АБ – замена аккумуляторных блоков происходит без остановки рабочих процессов;
- поддержка параллельной работы – позволяет, соединением нескольких ИБП одного типа, повышать общую надёжность и мощность системы. У производителей имеются ограничения по количеству объединяемых в параллель устройств;
- автоматическая диагностика батарей – устройство мониторит техническое состояние, температуру и прочие характеристики аккумуляторов, при необходимости формируются аварийные сигналы.
Кроме вышеуказанного, при выборе ИБП следует обратить внимание на предельный диапазон входного напряжения. Чем шире пороговые значения, тем с большим количеством сетевых перепадов устройство справляется без перехода в автономный режим. Большой диапазон входного напряжения уменьшает количество циклов зарядов – разрядов аккумуляторных батарей и сохраняет их ресурс!
Как обеспечивается непрерывность энергоснабжения ЦОД
Теперь, когда ясны требования, предъявляемые к организации энергоснабжения, стоит перейти к непосредственному рассмотрению систем, обеспечивающих непрерывную подачу питания в ЦОД.
Какое ПО необходимо для серверного ИБП?
Программное обеспечение серверного ИБП должно отвечать определённым требованиям, главное из которых – наличие средств информационной коммутации с защищаемым IT-оборудованием. Например, стандартный SNMP-протокол, позволяющий интегрировать ИБП в локальную сеть.
Существуют две функции, наличие которых в ПО источника бесперебойного питания повышает качество защиты IT-оборудования:
Внимание!
При наличии аппаратно-программных средств для удалённого обмена данными необходимо принять меры для предотвращения несанкционированного воздействия на ИБП. Доступ к оборудованию должны иметь только уполномоченные лица!
Динамические ИБП
На рынке существует еще одно, пока что достаточно экзотическое для России решение, снимающее с владельцев дата-центров вопросы замены батарей в статических ИБП и связанных с этой необходимостью инвестиций, — динамические (дизель-роторные) ИБП. Современная архитектура динамических ИБП предполагает три основных элемента:
- маховик — ключевой элемент ДИБП, играющий роль накопителя энергии и вращающийся на точно выровненной оси;
- синхронная электрическая машина;
- дизельный двигатель.
Как вы могли бы заметить, аккумуляторные батареи отсутствуют как класс. В нормальном режиме работы электрическая машина работает в качестве электродвигателя, поддерживая вращение маховика и накапливая энергию на случай перебоев в питании. Когда внешнее энергоснабжение пропадает, маховик вращается и передает накопленную энергию электрической машине, а система управления подает сигнал на запуск дизельного двигателя, который начинает работать уже через 50 мс, а через несколько секунд выходит на штатный режим.
Стоит отметить, что принцип работы ДИБП относительно не нов и основывается на конструкции супермаховика, который еще в 1964 году изобрел советский инженер Н.В. Гулиа. Он представляет из себя барабан на оси, помещенный в вакуумный кожух. Вспомните обыкновенный гончарный круг: с помощью ручного усилия или ножной педали гончар сообщает кругу вращение, которое затем в течение достаточного времени позволяет работать с глиной, не отвлекаясь на «подкачку». Фактически круг аккумулирует энергию внешнего источника и затем отдает её по мере надобности. Вакуумный кожух в современных маховиках служит для снижения затрат энергии на трение. Принцип работы супермаховика довольно прост и эксплуатируется людьми достаточно давно, однако решения для дата-центров вендоры предложили совсем недавно.
Несмотря на то, что ДИБП все еще не получили широкого распространения в российских ЦОДах, они обладают уверенными преимуществами перед традиционными решениями:
- Срок службы ДИБП составляет не менее 25 лет, тогда как статические ИБП прослужат 10-15 лет.
- Решение не зависит от аккумуляторов, соответственно, исключены затраты на их замену каждые 3-5 лет.
- Более высокий КПД системы — 98% против 95%.
- Концепция более экологична, нет необходимости производить утилизацию батарей.
- Не требуется отдельное помещение под аккумуляторы, отпадает необходимость мощной системы кондиционирования и многое другое.
Статические ИБП
В силовом модуле статического ИБП отсутствуют движущиеся детали, если не считать вспомогательных, например, вентиляторов. Как правило, они работают «в дуэте» с ДГУ, которые обеспечивают резервирование подачи электроэнергии в случае аварии. Статические ИБП состоят из самого источника и батареи, работа которой базируется на взаимодействии химических элементов. Именно принципом работы обусловлен ограниченный срок службы батареи статического ИБП. Замена АКБ, от которой не спасет даже своевременное проведение регламентных работ, оборачивается для владельцев ЦОДов внушительными инвестициями — стоимость батареи составляет почти 50% от стоимости статического ИБП.
Описанная выше «связка» является полноправным отраслевым стандартом для крупных ЦОДов. В частности, подобная система организована на нашей партнерской площадке в московском ЦОДе DataSpace. Остановимся на нем немного подробнее и изучим организацию СГЭ на живом примере.
- Энергоснабжение дата-центра обеспечено двумя подстанциями по 6 независимым входным линиям.
- В дата-центре установлены 6 независимых трансформаторов по 2 МВА, каждый из которых является точкой присоединения независимой электрической цепи в конфигурации «N+1», что обеспечивает необходимое резервирование.
- Для каждой из шести независимых электрических цепей предусмотрена отдельная автоматическая ДГУ по схеме «N+1» c резервуаром суточного запаса (6 баков объёмом 950 литров каждый), а также резервным запасом топлива, рассчитанного на 84 часа непрерывной работы ЦОД при полной нагрузке.
- Все оборудование прошло полное тестирование непосредственно на производстве в Германии до его установки в ЦОД DataSpace.
Отдельно стоит сказать пару слов об использовании литий-ионных аккумуляторов в источниках бесперебойного питания. Важно понимать, что это решение сопряжено с парой нюансов, и избежать стереотипа «Li-Ion равно пожар».
Если говорить о стоимости Li-Ion аккумуляторов, начальные расходы на них могут оказаться в 1,5 раза выше по сравнению с «традиционными» вариантами, но конечная стоимость владения окажется во столько же раз ниже.
Пожарная безопасность литий-ионных аккумуляторов также вызывает вопросы. В частности, для них все еще актуальны следующие риски:
- тепловой разгон из-за внешнего КЗ или внутренней неисправности;
- перезаряд;
- механическое повреждение (правда, этот риск можно не рассматривать, так как его вероятность ничтожно мала).
Тем не менее, эти риски успешно «закрываются» путем организации многоуровневой защиты от внештатных ситуаций.
ИБП какого типа рекомендован для серверного оборудования?
По принципу действия и топологии (схеме построения) выделяют три основных типа источников бесперебойного питания:
- резервные (off-line/standby ИБП);
- линейно-интерактивные (line-interactive ИБП);
- ИБП с двойным преобразованием (on-line ИБП).
В устройствах первого типа нагрузка в нормальном режиме работы подключена к внешней сети. При выходе сетевых параметров за установленные пределы электрическая цепь переключается на инвертор, питаемый от аккумуляторных батарей (АБ).
Резервные ИБП относительно недороги, однако имеют ряд серьезных минусов:
- задержку при переходе на батареи – от 5 мс;
- несинусоидальную форму выходного напряжения в автономном режиме;
- слабую фильтрацию и отсутствие коррекции сетевого сигнала;
- скачкообразные изменения напряжения и частоты при коммутации резервного питания.
Указанные недостатки вызывают крайне нежелательные для микропроцессорного оборудования последствия (вплоть до выхода из строя). Следовательно, резервные ИБП – не оптимальное решение для защиты современной серверной техники
Линейно-интерактивные ИБП имеют схожую с предыдущим вариантом схему, дополненную стабилизатором напряжения. Они реализованы на базе автотрансформатора с переключаемыми обмотками и позволяют, при небольших скачках напряжения в сети, регулировать выходное напряжение без участия АБ.
Благодаря синхронизации инвертора с входным сигналом, переход в автономный режим у линейно-интерактивных ИБП происходит быстрее, чем у off-line аппаратов, но тем не менее время переключения остаётся ненулевым. Кроме того, линейно-интерактивная топология не позволяет полностью фильтровать электрический сигнал от различных помех и не обеспечивает стопроцентную независимость выходных параметров ИБП от входных. Таким образом, эти устройства не могут гарантировать полную энергобезопасность восприимчивого к любым электромагнитным колебаниям IT-оборудования!
ИБП с двойным преобразованием – наиболее совершенный класс источников бесперебойного питания. В их схеме аккумуляторные батареи включены в работу независимо от сетевого режима, что обеспечивает нулевое время перехода на резервное электроснабжение и, как следствие, беспрерывное питание нагрузки напряжением идеальной синусоидальной формы! Онлайн ИБП устойчивы ко всем отклонениям качества электроэнергии и обеспечивают стабильное функционирование чувствительной техники в независимости от параметров внешней электросети.
Обратите внимание!
Только онлайн ИБП с двойным преобразованием отвечают всем требованиям к надёжности и качеству электроснабжения и рекомендованы для работы с любым серверным, сетевым и телекоммуникационным оборудованием.
Как определить необходимую мощность ИБП для серверного оборудования?
Мощность источника бесперебойного питания для IT-оборудования определяется по тому же принципу, что и для любой другой техники. Необходимо просуммировать мощности всех подключаемых к устройству потребителей и сверх этого заложить запас, компенсирующий возможные эксплуатационные перегрузки (актуальное значение – 30%). Подбор подходящего ИБП производится по полученному в результате вышеуказанных действий значению (с округлением в большую сторону).
В технической документации и на заводских этикетках IT-оборудования часто указывается максимальная мощность блока питания, а не действительное энергопотребление устройства. Рекомендуется уточнить реальную мощность, потребляемую нагрузкой, данные можно запросить у производителя, либо произвести самостоятельные замеры с помощью электроизмерительной аппаратуры (мультиметры, ваттметры).
Номенклатура (мощностные линейки) большинства производителей ИБП строится на основе полной мощности измеряемой в вольт-амперах – ВА. Если мощность электрической нагрузки представлена только в ваттах – Вт (активная мощность), то перевод в вольт-амперы осуществляется делением на коэффициент мощности – Р (может обозначаться как cosφ или PF), равный для простейшего IT-оборудования 0,6-0,8.
Современное серверное и сетевое оборудование может быть оснащено блоком питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC), приближающей его значение к единице – 0,99. Если уверенности в наличии данной функции нет, то применяется типовое значение из указанного интервала.
Обратите внимание – в характеристиках источника бесперебойного питания указываются входной и выходной коэффициенты мощности, зависящие от электронной схемы самого устройства:
- входной – отражает влияние ИБП на внешнюю сеть и не имеет прямого отношения к подключаемой нагрузке.
- выходной – необходим при определении максимальной нагрузки в ваттах, которую устройство способно запитать, для этого умножаем полную мощность ИБП на выходной коэффициент мощности.
Расчёт полной мощности защищаемой техники следует проводить, используя соответствующий ей коэффициент мощности, а не значения входного и выходного коэффициентов ИБП (на практике cosφ прописывается в руководстве по эксплуатации большинства потребителей электрической энергии)!
Полная (ВА) и активная мощность (Вт) правильно выбранного ИБП должна быть не меньше соответствующих мощностей подключенных электроприемников, а для гарантированно надёжной работы – превышать их. Рассмотрим вычисление мощности ИБП на конкретных примерах:
Необходимо подобрать источник бесперебойного питания для сервера с реальной потребляемой мощностью – 600 Вт и блоком питания с PFC:
(600 Вт/0,99) + 30% (необходимый запас) ≈ 773 ВА.
По стандартной линейке мощностей подбираем ИБП номиналом 1000 ВА с выходным коэффициентом мощности не менее 0,8, так как 1000 ВА х 0,8 = 800 Вт.
Необходимо подобрать источник бесперебойного питания для подключения серверного шкафа, в составе которого входит серверное оборудование с мощностью 2400 Вт (блоки питания с PFC) и вентиляторный блок с мощностью 1000 Вт (согласно эксплуатационной документации cosφ = 0,7):
((2400 Вт/0,99) + (1000 Вт/0,7)) +30% = 5008,6 ВА.
Округляем в большую сторону и выбираем ИБП номиналом 6 кВА.
В таблице ниже приведены типовые значения мощностей однофазных источников бесперебойного питания и их сферы применения в контексте оборудования для сбора, хранения и обработки данных.
Мощность ИБП, кВА | Сфера применения |
От 0,5 до 1 | Одиночные серверы, сопутствующее сетевое оборудование |
От 1 до 5 | Серверные группы, телекоммуникационные стойки с сетевым и периферийным оборудованием |
От 6 до 10 | Несколько серверных групп средней мощности, небольшие компьютерные и серверные комнаты, сетевые хранилища |
От 10 и выше | Серверные группы большой мощности, серверные комнаты, мини ЦОДы |
Внимание!
Приведённые примеры использования условны, при реальном выборе ориентируйтесь на конкретную мощность вашего оборудования!
Электроснабжение особо ответственных элементов IT-системы организуется по схеме с двумя параллельными линиями, на каждой из которых устанавливается по отдельному источнику бесперебойного питания. В нормальном режиме мощность делится между питающими линиями поровну, несмотря на это, что каждый ИБП должен резервировать общую нагрузку системы!
Какое время резервирования требуется для серверного оборудования?
Методика расчета времени автономной работы для источника бесперебойного питания приводилась в статье Как выбрать ИБП?. Она не имеет принципиальных отличий и для устройств, применяемых в IT-сфере.
Основное правило, которого следует придерживаться – время завершения всех информационных процессов не должно превышать период разряда аккумуляторных батарей.
ИБП со встроенными аккумуляторами при 80% нагрузке поддерживают электропитание на протяжение 5-10 минут (среднее значение, зависит от конкретной модели). Этого интервала обычно достаточно для корректного завершения работы и сохранения необходимых данных.
Для резервирования мощных IT-систем и особо важного оборудования, отключение которого может повлечь критические последствия, предназначены источники бесперебойного питания с внешними батарейными модулями. Увеличивая число и емкость подключаемых аккумуляторных блоков, время автономной работы возможно продлить до необходимого для устранения неполадок в сети либо для включения цепи резервного электроснабжения, например, от дизель-генераторной установки (ДГУ).
Некоторые ИБП при работе в автономном режиме имеют возможность поэтапного автоматического отключения нагрузки за счет обесточивания менее важных потребителей, в результате чего продлевается резервирование более ответственного оборудования.
Выбор внешних аккумуляторных батарей рекомендуется проводить после консультации со специалистом, так как в каждом отдельном случае необходимо учесть большое количество факторов: мощность нагрузки, качество внешней электросети, тип зарядного устройства.
Читайте также: