А.А.Лопухин,И.Н.Желбаков
Cистемы бесперебойного питания
Обычная ситуация: у организации (промышленная или финансовая компания, торговая фирма и др.) есть вычислительная техника, выполняющая определенные задачи. Для обеспечения ее нормальной работы в условиях существующей нестабильной электрической сети покупаются источники бесперебойного питания (ИБП). Пока фирма мала, все благополучно. Но по мере ее роста появляется : куча разнородного оборудования, несовместимого друг с другом, а иногда и с электрической сетью.
Для крупной фирмы требуется система бесперебойного питания, которая защищает не только компьютеры, но и другие необходимые системы предприятия. Например, во время важных переговоров освещение в кабинете директора может оказаться важнее компьютерной информации. И даже только для компьютерной сети хорошую систему бесперебойного питания можно спланировать, лишь рассмотрев технологию работы предприятия в целом.
В этой статье мы сначала выясним, какие сбои электропитания могут происходить в отечественных электрических сетях. Затем кратко рассмотрим различные типы источников бесперебойного питания и их основные характеристики. И, наконец, в конце статьи мы рассмотрим различные типы систем бесперебойного питания, их основные свойства, и наметим подход для планирования системы бесперебойного питания предприятия.
Сбои электропитания
Известны результаты исследований, проведенных в США фирмами Bell Labs и IBM, согласно которым каждый персональный компьютер подвергается воздействию 120 нештатных ситуаций с электропитанием в месяц. По данным Bell Labs в США наблюдаются следующие наиболее часто встречающиеся сбои питания.
  • Провалы напряжения - кратковременные понижения напряжения, связанные с резким увеличением нагрузки в сети из-за включения мощных потребителей (промышленное оборудование, лифты и т.д.). Является наиболее частой неполадкой в электрической сети, встречается в 87 % случаев.
  • Высоковольтные импульсы - кратковременное очень сильное увеличение напряжения, связанное с близким грозовым разрядом или включением напряжения на подстанции после аварии. Составляет 7.4 % всех сбоев питания.
  • Полное отключение напряжения - согласно этому исследованию является следствием аварий, грозовых разрядов, сильных перегрузок электростанции. Встречается в 4.7 % случаев.
  • Слишком большое напряжение - кратковременное увеличение напряжения в сети, связанное с отключением мощных потребителей. Встречается в 0.7 % случаев.
Эту картину, видимо, можно считать типичной для большинства развитых стран. (Заметим в скобках, что и источники бесперебойного питания, производимые в этих странах, в большинстве случаев ориентированы именно на такую электрическую сеть).
Однако, она имеет мало общего с нашей действительностью. Нами проводились исследования электрической сети на ряде предприятий России, которые показали следующее.
Наиболее часто встречающейся неполадкой в электрической сети, так же как и в США, можно считать пониженное напряжение. Однако этот вид сбоя питания вовсе не так доминирует. Начнем с того, что повышенное напряжение в сети встречается почти так же часто, как и пониженное. Причем для разных мест (городов, районов, предприятий) обычен определенный уровень напряжения в сети. Где-то оно может быть в основном пониженное, в других местах в основном нормальное или в основном повышенное. Этот уровень сохраняется примерно одинаковым все время. На его фоне происходят циклические изменения напряжения, связанные с изменением нагрузки в электрической сети.
Самый короткий цикл изменения напряжения - дневной. На рис. 1 приведены реальные графики сетевого напряжения в двух разных организациях (отстоящих друг от друга на полторы тысячи километров) в течение суток.

Рис. 1. Суточный цикл изменения напряжения в сети.
Нижняя кривая получена в сети с пониженным напряжением. На графике хорошо видно, что стабильное ночью напряжение (около 215 В) снижается с началом дня и вновь возрастает вечером, когда большинство потребителей отключаются. Средняя кривая получена в электрической сети с повышенным напряжением. Здесь наблюдается более характерная зависимость напряжения от времени суток. Стабильное ночью напряжение понижается утром, достигая минимума в середине рабочего дня, и плавно возрастает к его концу. Оба описанные графика получены в рабочие дни недели. Верхний график получен в праздничный день в той же организации, что и средний график. Отчетливо видно, что напряжение остается постоянно повышенным в течение суток.
Если включить в рассмотрение и напряжение в выходные дни, то получаем недельный цикл изменения напряжения в электрической сети. Видимо существует и годовой цикл.
В России, и особенно в других странах СНГ, наблюдается вид сбоя питания совершенно неизвестный на Западе. Это - нестабильная частота. Самым характерным примером является Грузия. Энергосистема Грузии в целом, видимо, очень сильно перегружена. Поэтому частота в сети может опускаться до 42 Гц. Само по себе изменение частоты не представляет существенной опасности для оборудования, оснащенного импульсным блоком питания, однако очень низкая частота обычно сопровождается сильными гармоническими искажениями, которые могут отрицательно повлиять на работу не только компьютера, но и большинства источников бесперебойного питания. Кроме того, многие ИБП среднего класса воспринимают сильное понижение частоты как аварийный случай и начинают расходовать заряд батареи. Батарея разряжается через несколько минут и вся работа на этом заканчивается. В России пониженная частота встречается довольно редко. Тем не менее, даже в Москве сотрудниками фирмы Merlin Gerin была, по их словам, однажды зарегистрирована частота ниже 45 Гц. В наших измерениях в России частота ниже 49 Гц не встречалась.
Еще одной отличительной особенностью России являются причины (и, соответственно, количество) полных отключений напряжения. Аварии и стихийные бедствия, из-за которых отключается напряжение в развитых странах, случаются у нас, наверное, с такой же частотой, как и там. Но в России эти случайности не являются единственными и даже главными причинами полного исчезновения напряжения. Свое уверенное слово говорит человеческий фактор. Электрики, обслуживающие офисное здание с множеством компьютеров, часто не имеют никакого представления о том, какие последствия имеет отключение напряжения для компьютеров и обрабатываемых в них данных. Поэтому они ведут себя совершенно так же, как и 20 лет назад.
При возникновении какой-либо проблемы с электропитанием на этаже (например, отключился автоматический выключатель - предохранитель), электрик начинает искать автоматический выключатель, отвечающий за зону, в которой возникла проблема. Ищет он разумеется не по схеме (это долго, да и схемы у него возможно нет). Он просто последовательно отключает и тут же включает все автоматы на щитке и смотрит на результат. В момент, когда в нужном помещении появляется свет, он считает свою миссию законченной. Если нужный автомат окажется последним, то в течение минуты каждая электролампа и каждый компьютер на этаже подвергнутся кратковременному (менее секунды) отключению напряжения. Для освещения ничего страшного не происходит, люди обычно даже не успевают испугаться, оказавшись на мгновение в темноте. Но секундного отключения вполне достаточно для потери данных на компьютерах.
Особенно часто такие случаи бывают весной и осенью, когда заканчивается или начинается отопительный сезон. Если отопление уже отключили или еще не включили, и вдруг похолодало, то люди реагируют стандартно: они включают электрические подогреватели. Если электрическая сеть сильно нагружена, то подключение дополнительных (и мощных) потребителей может привести к срабатыванию автоматического предохранителя. Такой цикл включений и отключений может в некоторых организациях повторяться по несколько раз в день.
Отметим еще один вид искажений электропитания, не рассмотренный Bell Labs. При работе импульсных блоков питания и других нелинейных нагрузок в перегруженной сети возникают искажения формы синусоидального напряжения. Эти искажения могут приводить к неполадкам в работе мониторов и чувствительного оборудования, например измерительных приборов или видеоаппаратуры.
Характеристики источников бесперебойного питания.
Источники бесперебойного питания характеризуются следующими свойствами.
По входу.
  • Питание ИБП может быть однофазным или трехфазным.
  • Рабочий диапазон величин входного напряжения.
  • Рабочий диапазон частот входного напряжения.
  • Способность выдерживать импульсные напряжения на входе.
  • Какой нагрузкой для электрической сети является ИБП: преимущественно линейной или преимущественно нелинейной.
По выходу.
  • ИБП имеет однофазный или трехфазный выход.
  • Форма выходного напряжения: синусоидальная или ступенчатая.
  • Выходная мощность.
  • Способность к перегрузкам.
  • Характер защиты от перегрузок на выходе.
  • Стабилизация выходного напряжение ИБП при его работе от сети: плавная, ступенчатая или отсутствует.
  • Способность ослаблять шум и импульсы в сетевом напряжении.
  • Способность исправлять форму сетевого напряжения.
  • Зависит ли частота выходного напряжения при работе ИБП от сети от частоты сети.
  • Время работы при исчезновении сетевого напряжения.
  • Синхронизируется ли выходное напряжение при переключении ИБП из режима работы от сети в режим работы от аккумулятора и обратно.
По сервисным возможностям.
  • Какие виды звуковой и световой сигнализации имеет ИБП: об уровне сетевого напряжения, о перегрузке на выходе, о режиме работы от аккумулятора, о разряде аккумулятора и т.д.
  • Проводится ли самотестирование ИБП при его включении.
  • Проверяется ли уровень заряда аккумуляторной батареи.
  • Может ли ИБП автоматически отключить защищаемую систему при исчезновении сетевого напряжения.
  • Имеется ли возможность дистанционного управления ИБП и получения от него информации.
Типы источников бесперебойного питания.
В настоящее время получили распространение 4 основных типа источников бесперебойного питания. Кратко рассмотрим их блок-схемы.
ИБП с переключением (англ.: off-line UPS или standby UPS).
Рис. 2. ИБП с переключением.
В режиме работы от сети (нормальная работа) напряжение от входа ИБП поступает к нагрузке через фильтры шумов и импульсов. Часть мощности поступает к выпрямителю. Батарея получает зарядный ток, если она разряжена, или поддерживается в заряженном состоянии под так называемым плавающим потенциалом. Когда блок анализа напряжения сочтет сетевое напряжение "неправильным" (а этот критерий, вообще говоря, разный для разных моделей ИБП), ИБП переключается в режим работы от батареи. Нагрузку начинает питать инвертор, разряжая батарею.
Батарея поддерживает работу нагрузки в течение некоторого времени, которое зависит от потребляемой нагрузкой мощности, номинальной емкости батареи, ее возраста и степени заряда. После исчерпания заряда батареи, схема управления ИБП, которая следит за разрядом батареи, подает команду на отключение нагрузки. Если через некоторое время напряжение в сети становится нормальным, ИБП возвращается в режим работы от сети и начинает подзаряд батареи.
ИБП, взаимодействующий с сетью (англ.: Line Interactive UPS).
Рис. 3. ИБП взаимодействующий с сетью.
В режиме работы от электрической сети входное напряжение фильтруется от шумов и импульсов и поступает к нагрузке. Часть мощности расходуется на зарядку батареи ИБП или поддержание ее в заряженном состоянии.
Блок анализа напряжения контролирует форму и амплитуду напряжения сети. В случае, если напряжение сети становится слишком низким (например ниже 195 В) или (для некоторых моделей) слишком высоким, блок анализа сети пытается скорректировать величину напряжения, переключая отводы автотрансформатора. Напряжение на выходе ИБП повышается или понижается, приближаясь к номинальному значению. Если напряжение становится настолько низким, что переключение отводов уже не помогает, то ИБП переключается на работу от батареи. Если на вход ИБП поступает напряжение искаженной формы, блок анализа сети также переключает ИБП на режим работы от батареи. Некоторые модели ИБП взаимодействующих с сетью при этом корректируют форму напряжения, не переключаясь на работу от батареи.
При переключении в режим работы от батареи, инвертор ИБП, постоянно подключенный к нагрузке, немедленно начинает вырабатывать переменное напряжение, синфазное напряжению сети. Сеть отключается от нагрузки переключателем, но 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.
Феррорезонансный ИБП
Рис. 4 Феррорезонансный ИБП.
В режиме работы от сети выпрямитель подзаряжает батарею. Феррорезонансный трансформатор стабилизирует напряжение на выходе ИБП и почти идеально фильтрует шумы и импульсы. Инвертор и батарея ИБП постоянно находятся наготове, и как только блок анализа сети обнаружит сбой сети, который не может быть устранен с помощью феррорезонансного трансформатора, немедленно включается инвертор и ИБП переходит на режим работы от батареи. Электрическая сеть после этого отключается от входа феррорезонансного трансформатора, но остается под контролем блока управления и анализа сети.
В момент переключения на режим работы от батареи ИБП продолжает снабжать электроэнергией нагрузку, используя магнитную энергию, накопленную в феррорезонансном трансформаторе. В этот момент феррорезонансный трансформатор выполняет функцию "маховика" помогающего ИБП "проскочить" момент переключения, не прерывая питания нагрузки. В режиме работы от батареи инвертор продолжает подавать напряжение на нагрузку, расходуя заряд батареи. После исчерпания заряда ИБП выключает инвертор и нагрузка обесточивается.
Если напряжение в сети восстанавливается раньше исчерпания заряда батареи, ИБП начинает подготовку к переключению на режим работы от сети.
ИБП с двойным преобразованием энергии.

Рис. 5. ИБП с двойным преобразованием энергии.
Выпрямитель этого ИБП - мощное устройство. Он не только подзаряжает батарею ИБП, но и снабжает постоянно работающий инвертор ИБП постоянным напряжением. Байпас - это специальная линия, которая позволяет в случае необходимости питать нагрузку напрямую от электрической сети. Для переключения на работу через байпас служит статический (т.е. не имеющий движущихся элементов) переключатель. Поэтому этот байпас часто называют статическим байпасом.
Если в сети есть "нормальное" напряжение, то вся мощность, потребляемая нагрузкой, проходит через выпрямитель ИБП. Выпрямитель преобразует переменное напряжение электрической сети в стабилизированное постоянное напряжение. Постоянное напряжение используется для заряда батареи и для питания инвертора. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, которым и питается нагрузка.
Если напряжение сети становится меньше нижней границы диапазона входных напряжений, инвертор начинает питаться от батареи. Если напряжение на входе ИБП восстанавливается до нормального, выпрямитель опять начинает заряжать батарею и питать инвертор.
При выходе из строя инвертора или его перегрузке, срабатывает переключатель (при этом размыкается линия "инвертор-нагрузка" и замыкается линия "байпас-нагрузка") и нагрузка продолжает питаться от сети.
Технические особенности источников бесперебойного питания разных типов
Чем больше размер квадратика в таблице, тем сильнее развито рассматриваемое качество. Наличие в графе квадратика не означает, что этот вид ИБП обладает указанным свойством по определению, а лишь характеризует лучшие модели ИБП указанной группы.
Два вида систем бесперебойного питания.
Система бесперебойного питания может иметь одну из двух топологий. Централизованная система бесперебойного питания подразумевает установку одного ИБП, поддерживающего работу всего оборудования в целом здании или, как минимум, на этаже здания. Распределенная система бесперебойного питания состоит из нескольких ИБП (они могут быть разных типов и иметь разные мощности), каждый из которых защищает отдельную единицу оборудования - чаще всего компьютер.
Распределенная система бесперебойного питания.
Наиболее простой и распространенной является распределенная система бесперебойного питания. Она имеет много преимуществ:
  • Каждый элемент компьютерной системы предприятия защищается отдельным ИБП, который подбирается по мощности и уровню защиты специально для этого элемента. Это позволяет эффективно использовать средства, защищая с помощью более дорогих ИБП более важные элементы компьютерной системы или элементы, находящиеся в более жестких условиях.
  • Для простых компьютерных систем (например группы отдельных компьютеров или простой локальной сети) система бесперебойного питания очень проста в применении. Каждый пользователь компьютера отвечает за работу своего ИБП, знает его состояние и может вовремя вызвать специалиста, если состояние ИБП вызывает опасения.
  • Система очень просто наращивается. Вы можете начать с покупки ИБП для защиты только файлового сервера и затем постепенно докупать ИБП для защиты рабочих станций. Любой из купленных ранее небольших ИБП может быть использован в рамках компьютерной системы.
  • Работоспособность системы бесперебойного питания можно обеспечивать за счет замены вышедших из строя ИБП на приборы, защищавшие менее важные элементы компьютерной системы.
  • ИБП небольшой мощности не требуют квалифицированного персонала для их установки.
  • Не требуются специальные силовые сети для компьютеров. Каждый из ИБП может быть подключен к обычной электрической сети.
  • Отдельные компоненты системы бесперебойного питания могут в большинстве случаев подбираться независимо друг о друга. Это значит, что при изменении конфигурации компьютерной системы, добавлении к ней каких-то новых компонентов, каждый "старый" ИБП может оставаться соединенным с тем же компьютером или разветвителем, который он защищал, а для новых компонентов системы просто докупаются новые ИБП.
Задача подбора оборудования для распределенной системы бесперебойного питания упрощается тем, что любой ИБП можно подбирать, ориентируясь на один элемент компьютерной системы и условия его эксплуатации.
Централизованная система бесперебойного питания.
Централизованная система бесперебойного питания имеет следующие преимущества.
  • Для централизованных систем бесперебойного питания обычно применяются высококлассные ИБП (с двойным преобразованием или феррорезонансные). Поэтому при прочих равных условиях они обеспечивают наилучшую защиту оборудования.
  • Для централизованных систем бесперебойного питания обычно применяют трехфазные ИБП, которые защищают электрическую сеть от перегрузок, связанных с эксплуатацией компьютеров, и делают работу более безопасной.
  • Использование одного ИБП вместо нескольких того же класса часто позволяет экономить средства.
  • Применение одного ИБП для электропитания многих потребителей малой мощности позволяет избежать проблемы пусковых токов, т.к. оборудование никогда не запускается одновременно.
  • Один ИБП проще контролировать и обслуживать. Вы когда-нибудь пробовали одновременно контролировать хотя бы 30 ИБП, пусть даже средствами SNMP?
  • Для централизованной системы бесперебойного питания может быть использована существующая в здании электрическая сеть.
Ряд задач бесперебойного питания (например, почти все, что связано с применением генераторов для долговременной автономной работы) может быть решен только с помощью централизованной системы.
Централизованная система бесперебойного питания имеет много очевидных недостатков (необходимо иметь квалифицированный персонал или обращаться в специализированную фирму; сложнее и дороже менять конфигурацию системы и нужно заранее учесть все будущие потребности и конфигурировать систему, как единое целое; для простых компьютерных систем централизованная система бесперебойного питания оказывается дороже).
Тем не менее, можно указать несколько условий или задач (или специфических потребителей), при которых предпочтительно применение централизованной системы бесперебойного питания. Некоторые из упомянутых ниже задач могут быть практически решены только с использованием централизованной системы.
  • Применение генераторов для долговременной автономной работы.
  • Построение очень надежной системы питания, эффективно защищенной не только от случайных, но и от намеренных воздействий.
  • Обеспечение питания нескольких потребителей, один из которых существенно превышает другие по мощности. Примером может быть компьютерная система, построенная на базе большой ЭВМ или коммуникационный центр с мощным передатчиком.
  • Частный случай. Суперпозиция пунктов 1 и 2 дает условия, характерные для крупного банка. Практика показывает, что каждый банк по мере своего развития (если оно происходит), рано или поздно приходит к использованию централизованной системы бесперебойного питания.
  • Применение массы компьютеров в одном здании, когда компьютеры являются основными потребителями энергии.
На рис. 6 представлена обобщенная схема централизованной системы бесперебойного питания предприятия.

Рис. 6. Обобщенная схема централизованной системы бесперебойного питания.
Компьютерная система предприятия вместе с центром управления системой, системы связи и безопасности, а также аварийное освещение питаются от ИБП. В зависимости от профиля и особенностей предприятия могут найтись другие потребители электроэнергии, которые необходимо подключить к источнику бесперебойного питания. Некоторые потребители могут обойтись без защиты ИБП. Они подключаются к стабилизатору напряжения, если он есть в системе бесперебойного питания, или непосредственно к электрической сети. К этим потребителям относятся освещение, система кондиционирования воздуха, лифты, производственное оборудование. Стабилизатор напряжения подключается к электрической сети или, если в сети нет напряжения - к дизельному генератору. Дизельный генератор включается в работу, когда в основной и резервной электрической сети пропадает напряжение.
Единого узла или центра автоматического управления системой не существует. При работе каждый из элементов системы (или, вернее, его орган управления) принимает решение о режиме работы по результатам анализа параметров электрической сети на своем участке электрической цепи.
Для централизованных систем бесперебойного питания обычно выбирают трехфазные ИБП с двойным преобразованием энергии. Трехфазные ИБП не только защищают нагрузку, но и уменьшают вредное влияние нелинейных нагрузок, таких, как компьютеры или телекоммуникационные устройства с импульсными блоками питания, на электрическую сеть, а также равномерно нагружает сеть по фазам.
Стабилизатор напряжения устанавливается для того, чтобы защитить ИБП от таких изменений напряжения сети, которые выходят за пределы диапазона входных напряжений ИБП. Если напряжение электрической сети становится выше максимального допустимого напряжения, ИБП может выйти из строя. При низком напряжении ИБП переходит на работу от батареи. Нагрузка при этом продолжает функционировать. Однако, если пониженное напряжение устанавливается надолго (и особенно, когда ИБП установлен в сети с преимущественно пониженным напряжением), то емкости даже очень большой батареи не хватит для поддержания работы. Нагрузка в конце концов отключится.
При небольших мощностях системы бесперебойного питания и если от системы требуется небольшое время автономной работы, аккумуляторная батарея оказывается дешевле дизельного генератора. Если мощность и (или) время автономной работы велики, то емкость и стоимость батареи становится очень большой и оказывается выгоднее применять дизельный генератор. На рис. 7 приведен график, помогающий оценить границу, при которой цена дизельного двигателя с автоматическим запуском становится равной цене батареи.

Рис. 7. Линия равной цены дизельного генератора и батареи.
В целом определение мощности центрального ИБП централизованной системы бесперебойного питания производится примерно так же, как и для отдельных ИБП распределенной системы. Единственным принципиально отличающимся моментом является то, что обычно для централизованной системы бесперебойного питания мощность должна быть сразу выбрана с учетом возможного развития предприятия. Это значит, что обычно мощность централизованной системы выбирают с большим запасом. Трехфазные ИБП как правило допускают наращивание мощности системы за счет параллельной работы нескольких ИБП на одну нагрузку. Поэтому в некоторых случаях (если есть место для размещения дополнительного ИБП и блока синхронизации) запас мощности на развитие может быть не очень большим.
Мощность стабилизатора определяется, как мощность ИБП, исправленная на коэффициент полезного действия ИБП и мощность, необходимую для зарядки батареи ИБП. Обе эти поправки в сумме дадут примерно 20 %. К полученной величине нужно добавить номинальную мощность потребителей, подключаемых к стабилизатору непосредственно.
Определение мощности дизельного генератора, работающего совместно с ИБП, представляет собой не простую задачу. Дело в том, что гармоники тока, возникающие при работе ИБП, взаимодействуют с генератором и могут вывести его из строя. Для современных генераторов и современных трехфазных ИБП запас мощности генератора по сравнению с мощностью ИБП составляет 1.4-1.7 для ИБП с 12-импульсным выпрямителем и 1.8-2.2 для ИБП с 6-импульсным выпрямителем.
Распространенное заблуждение: один небольшой ИБП на несколько компьютеров
Первое желание любого владельца компьютеров - сделать как можно более дешевую систему бесперебойного питания. Вы смотрите каталог любого торговца ИБП, и мигом определяете, что выгоднее купить один Back-UPS на 1250 ВА (и подключить к нему пять персональных компьютеров), чем пять на 250 ВА. Не делайте этого.
Купив один ИБП на несколько "персоналок" вы создаете колхоз (в смысле "коллективное хозяйство") с соответствующими последствиями. У этого ИБП нет хозяина. Никто не следит за его работоспособностью (а дешевые ИБП не умеют это делать сами). Не известен человек, ответственный за его включение и выключение. Вполне вероятна ситуация, когда пользователь, который обычно уходит с работы последним, однажды соберется на свидание и по привычке выключит свой ПК, а заодно и ИБП, оставив своих коллег без наработанных данных.
Желание сэкономить вполне понятно. Но ИБП является страховкой от неприятностей с электропитанием так же, как стальная дверь страхует от мелких грабителей. А относительно стальной двери действует простое житейское правило: если у вас нет на нее денег, она вам не нужна - вам нечего охранять. То же и с ИБП: если нет денег на них, может быть вам они не нужны?
И наконец о той единственной ситуации, при которой применение одного ИБП для защиты нескольких компьютеров оправдано.
Имеется "серверная комната", где сосредоточены несколько компьютеров, обслуживаемых одним человеком - супервизором сети. Здесь можно поставить один хороший ИБП на несколько компьютеров, поскольку не стоит проблемы дисциплины и обслуживания - у одного ИБП один пользователь.
В этом варианте вы получаете возможность за те же деньги купить один хороший ИБП вместо нескольких средних или плохих и сэкономить усилия супервизора - ему нужно контролировать одно устройство, а не несколько.
Но даже в этом случае, не рекомендуется подключать сетевую станцию супервизора к тому же ИБП, что и серверы: это опасно для ваших данных.
Что нужно учитывать при разработке системы бесперебойного питания.
От чего вы защищаете оборудование и данные
Важнейшим параметром задачи являются условия, для которых предполагается разрабатывать систему. Для определения этих условий лучше обратиться в специализированную фирму, но если у вас есть квалифицированные инженеры, то кое-что можно сделать и самим.
Прежде всего необходимо узнать, каково напряжение в электрической сети. Имеется в виду не номинальное, а реальное значение напряжения в разное время дня и ночи. Для этого необходимо провести насколько возможно подробные измерения напряжения в течение некоторого характерного цикла изменения напряжения. Лучше всего использовать для этого какую-либо регистрирующую систему.
Минимальным по длительности циклом, в течение которого есть смысл производить измерения, являются сутки. Суточный цикл изменения напряжения наиболее характерен для электрической сети. Если есть возможность продлить измерения, имеет смысл производить их в течение недели (непрерывно днем и ночью). Недельный цикл обычно выражен заметно слабее, но если система бесперебойного питания предназначена для защиты оборудования работающего и по выходным, то без него не обойтись.
Главной задачей измерений является определение минимального и максимального напряжения в сети на протяжении характерного цикла и получение информации о частоте и мощности возникающих в сети импульсов. Инструментом для регистрации напряжения может служить специальный регистратор, цифровой осциллограф или интеллектуальный ИБП (например широко распространенный Smart-UPS фирмы American Power Conversion) в сочетании с компьютером и соответствующим интерфейсным комплектом.
Если нет возможности производить регулярные измерения в течение одного из характерных циклов, то нужно сделать несколько измерений напряжения сети. Эти измерения нужно производить в моменты, для которых по вашему мнению характерны минимумы и максимумы напряжения. Условия могут быть разными, но обычно в промышленной электрической сети минимальное напряжение наблюдается с 14 до 15 часов, а максимальное - с 22 до 5 часов.
Для систем, предназначенных для круглосуточной работы, в том числе и в выходные дни, очень важно регистрировать напряжение в выходные. Если же для места установки ИБП характерно повышенное напряжение, то необходима непрерывная регистрация напряжения в выходные дни.
Если известно, что в вашей электрической сети существуют потребители большой единичной мощности (т.е. если некоторое одновременно включаемое оборудование имеет мощность более 1-5 кВА), то нужно измерить напряжение в моменты включения и выключения этого оборудования.
После измерения напряжения следует постараться выяснить, насколько часто в электрической сети бывают отключения напряжения и какова их максимальная длительность. Этой информацией могут располагать две категории людей: местный электрик или (наиболее вероятно) человек, не менее года активно работающий на компьютере, который не защищен ИБП.
Далее следует постараться выявить факторы, которые могут способствовать возникновению сбоев электрической сети. Прежде всего следует установить фактическую (а не проектную) схему электрической сети. При этом нужно постараться ответить на следующие вопросы.
  • От какого трансформатора на подстанции питается сеть, какие еще потребители подключены к этому трансформатору?
  • Как и где заземлена нейтраль?
  • Где установлены распределительные щитки, рубильники и автоматические предохранители, кто имеет к ним доступ?
  • Какие потенциально опасные (с точки зрения возбуждения помех) потребители подключены к сети? Опасными могут быть любые потребители с мощностью более 5 кВА в одном агрегате, трансформаторы мощностью более 1 кВА, большие копировальные аппараты, лифты, кондиционеры воздуха, кондиционеры электропитания, компьютеры, любое необычное оборудование (если вы не знаете точно, какие помехи может оно возвращать в сеть).
  • Кто является лицом, ответственным за эксплуатацию электрической сети и проведение оперативных отключений? Знает ли этот человек об опасности потери данных в компьютерах при отключении сети?
  • Имеет ли ваше оборудование защитное заземление? Где и как заземлена шина заземления? Каково ее сечение? Как подключено к ней оборудование (винтовое соединение, пайка, сварка, скрутка и т.д.)?
  • Есть ли в здании молниеотвод? Имеет ли он отдельное (от защитного заземления) заземление? На каком расстоянии между собой находятся заземления этих двух шин?
Вот в основном и все данные об электрической сети, которые можно получить самостоятельно, без использования специального оборудования.
Специалисты, к которым вы может быть обратитесь, конечно смогут провести более точные измерения, в частности сопротивления растекания заземления, интенсивности импульсных помех, загрузки нейтрали и т.д.
Требуется ли защита от намеренных воздействий.
Любители боевиков хорошо знают, что любое ограбление банка начинается с того, что преступники, лазая по подвалам, огромными кусачками перекусывают провода, подводящие электричество к банку. После этого ограбление становится простым (разумеется до момента появления благородного спасителя).
Если не рассчитывать на благородного спасителя, как на основной элемент системы безопасности вашего банка, то придется считать таковым систему бесперебойного электропитания.
Это относится конечно не только к банкам, но и к любым объектам, где могут предполагаться силовые воздействия, которые могут привести к большим финансовым, политическим или экологическим потерям. Такими объектами могут быть электростанции, особенно атомные, федеральные системы связи, потенциально опасные производства и др.
Если потребителей электроэнергии требуется защищать от намеренных воздействий, нужно разрабатывать систему бесперебойного питания совместно со службой безопасности и попытаться ответить на следующие вопросы.
  • Какое оборудование должно обязательно работать в случае нападения? Можно ли (и как) отключить его, несмотря на наличие системы бесперебойного питания?
  • Должна ли система бесперебойного питания, обслуживающая систему безопасности (сигнализация и т.д.), быть независимой или общей?
  • Должно ли другое оборудование быть подключено к общей системе бесперебойного питания (имеется в виду освещение, системы связи и др.)?
  • Другие вопросы, требующие освещения в этом контексте, имеют отношение скорее собственно к проблемам безопасности, а не к электроснабжению.
Какое оборудование и какие данные вы защищаете.
Этот вопрос обычно намного проще предыдущих. Вы должны составить список защищаемого оборудования и обязательно список защищаемых данных (если таковые есть). При этом желательно ответить на следующие вопросы.
  • Какую мощность потребляет каждая единица оборудования? При этом желательно знать истинный потребляемый ток. Для оборудования с примерно постоянным по времени потреблением энергии, если не считать момента запуска, (например компьютеров, модемов, телефонных станций, матричных и струйных принтеров) реальную потребляемую мощность можно заменить номинальной (указанной в технических характеристиках устройства). Для устройств, оснащенных подогревателями или двигателями периодического действия (лазерных принтеров, копировальных машин, факсов, кондиционеров воздуха) в инструкции по эксплуатации часто указывают среднюю потребляемую мощность. Она может быть в несколько раз меньше максимальной мощности, изредка потребляемой этим прибором. Для таких приборов нужно либо установить большой запас по мощности (в 3-5-10 раз), либо измерить реальный потребляемый ток при выполнении оборудованием различных операций.
  • Где расположена каждая единица оборудования?
  • Какие элементы вашего оборудования должны обязательно работать одновременно? Например для компьютерной сети такими элементами могут оказаться серверы, рабочая станция администратора сети, разветвители, коммуникационные узлы и т.д.
  • Где хранятся защищаемые вами данные? Какие элементы компьютерной сети должны работать для их безопасного сохранения?
Какое минимальное время автономной работы требуется.
При ответе на этот вопрос нужно учесть время, нужное для безопасного сохранения всех защищаемых данных, и время, необходимое для проведения технологических операций, которые непременно должны быть завершены даже при возникновении сбоя электропитания (например индексация файлов базы данных, прием или передача сообщения по модему , важный расчет и т.д.).
Каким персоналом вы располагаете.
Для эксплуатации сложных систем бесперебойного питания, требуются работа инженеров соответствующей квалификации. Принимая решение о конфигурации системы бесперебойного питания, вы должны решить, кто будет ее эксплуатировать, требуется ли для этого дополнительный персонал, необходимо ли дополнительное обучение. Вы должны учесть необходимость дополнительных затрат при расчете цены системы бесперебойного питания.
Простое подтверждение правильности выбора оборудования для системы бесперебойного питания.
После того, как вы спроектировали систему бесперебойного питания для вашего предприятия, вы можете предпринять очень простую проверку.
Постарайтесь оценить, каковы могут быть потери предприятия от сбоя электропитания (или, что почти то же самое, сколько стоят данные, хранящиеся на ваших компьютерах) и какова стоимость защищаемого оборудования. Сложите эти две величины.
Опыт разработок систем бесперебойного питания различной степени сложности свидетельствует о том, что стоимость системы бесперебойного питания обычно равна примерно 10 % стоимости защищаемого оборудования и данных.
Если ваша система стоит дешевле, вы почти наверняка выбрали не оптимальный вариант. Риск потери слишком велик. Известны случаи, когда попытки защиты оборудования стоимостью 150 тысяч долларов с помощью обычных офисных ИБП (взаимодействующих с сетью) приводили к выходу оборудования из строя и затратам, заметно превышающим стоимость оборудования для адекватной защиты.
Если ваша система стоит дороже, вполне вероятно вы пытаетесь стрелять из пушки по воробьям. Если система бесперебойного питания стоит больше 20 % цены оборудования и данных, то ее существование может быть оправдано только очень жесткими условиями эксплуатации. Грубо говоря, если электрическая сеть такова, что компьютеры просто не работают без этой системы.
Авторы статьи
- сотрудники фирмы "A&T", телефон (095) 482-43-56
К.т.н. А.А.Лопухин, Д.т.н. И.Н.Желбаков
На главную страницу