ИБП для корпоративного пользователя

Никита Расторгуев
«Экспресс-Электроника» #9/2003

Сегодня выбрать настольное решение по защите электропитания компьютерной системы может, наверное, любой пользователь - настолько просто и понятно все расписано в проспектах производителей ИБП. Однако как только дело доходит до выбора системы для обеспечения стабильного энергоснабжения хотя бы небольшого офиса, вопрос выбора оборудования приобретает сложный характер.

В самом деле, остановить свой выбор на покупке нескольких настольных ИБП для каждого персонального компьютера или приобрести мощную многофункциональную систему, способную обеспечить надежную работу всей группы пользователей, дилемма, которая встает перед IT-специалистами всякий раз, когда приходится создавать систему безопасного электроснабжения предприятия. В ряде случаев выбор нескольких ИБП представляется более оптимальным, в виду простоты реализации, решением, однако новое поколение комплексных систем от ведущих производителей, заставляет все чаще обращать внимание именно на последние. Мы попробуем разобраться в предлагаемых сегодня решениях корпоративного уровня, взяв за основу диапазон мощностей от 1 до 10 кВА. Более мощные решения сложны и требуют профессиональных навыков и специализированного оборудования при монтаже.

Для начала обратимся к состоянию рынка ИБП. По оценке VDC, в 2001 году мировой объем продаж ИБП составил $4,56 млрд. В этом году рост замедлился за счет общего спада в IT-индустрии, а к 2006 году главным образом благодаря популярности интернет-решений этот показатель достигнет $5,21 млрд.

Для обеспечения бесперебойного питания десяти и более рабочих станций, а также небольших вычислительных центров и серверных комнат, сегодня на рынке предлагается широкий спектр решений, выбор которых зависит не только от финансовых возможностей покупателя, но и от критичности защищаемой информации и чувствительности электроприборов к сбоям в энергоснабжении. По этой причине определенного для данного сегмента диапазона мощности устройств и предпочтений в технологиях нет, однако предложенный ранее диапазон мощностей до 10 кВА должен быть адекватным. Что касается технологий, то, как правило, в этом сегменте встречаются системы на базе архитектур line-interactive или более дорогие online-решения. Кроме того, активно растет интерес к централизованным системам управления энергией, постепенно вытесняющим распределенные схемы, внедрявшиеся поэтапно по мере появления нового оборудования. Основные потребители такого оборудования - небольшие компании, департаменты или рабочие группы, для которых отключение электропитания или его аномалии могут обернуться настоящей катастрофой. В то же время, особенно на российском рынке, где "каждый сам себе энергетик" широко распространяется практика тендерных предложений "коробочных" ИБП.

Решения для среднего рыночного сегмента нередко поставляются с различными аксессуарами, позволяющими всесторонне контролировать процесс энергозащиты и управлять им. Устойчивым спросом на этом рынке пользуются устройства Powerware серий 31хх, 51xx и 91xx, APC класса Smart-UPS и Symmetra, Liebert UPStation серии GXT и Nfinity, а также продукты производства компании Powercom серий Smart King, Ultimate и Vanguard. Даже если в процессе многолетнего роста организации каждое рабочее место оснащается персональными ИБП, то при переходе на централизованную защиту эти устройства сохраняются и служат дополнительным барьером в упреждении энергосбоев.

Универсальные решения

В начале отметим, что проектирование системы электроснабжения любой сложности начинается с выяснения общей, потребляемой всем электрическим оборудованием компании, мощности. Ее значение должно включать сумму активных мощностей (Вт) всех устройств, питание которых планируется производить через проектируемую электрическую систему. Однако большинство производителей ИБП указывают не активную составляющую мощности, а ее полную величину (кВА). Для того чтобы привести начальные расчеты к единой системе единиц, необходимо показатель полной мощности проектируемой системы умножить на коэффициент мощности приобретаемого ИБП. Обычно данный показатель находится в пределах 0,7-0,9, однако уже сегодня существуют новинки, с косинусом угла сдвига фаз равным единице.

Одним из комплексов, реализующих коэффициент мощности приблизительно равный 1, является ИБП компании APC - Smart-UPS DP. В этом ИБП используется новая схемотехника - архитектура on-line с однократным преобразованием. Принцип действия таких устройств является интеллектуальной собственностью компании Silcon, входящей с недавних пор в состав APC. Модели этой серии отличаются также низким уровнем нелинейных искажений тока во входной цепи, который, по заявлению производителя, в шесть раз меньше, чем у ИБП, выполненных по традиционной схеме с двойным преобразованием.

Источник APC Smart-UPS DP доступен в моделях мощностью 6, 8 и 10 кВА и позиционируется производителем как недорогая альтернатива решениям для централизованного управления электропитанием в операционных средах Microsoft Windows NT, Novell NetWare, Unix. Впрочем, ИБП Smart-UPS DP можно смело рекомендовать и для защиты групп ПК, рабочих станций, торговых терминалов, а также для некоторых телекоммуникационных систем и электронных систем управления. Поскольку принцип работы данной системы основан на архитектуре on-line, то нагрузка системы, или другими словами предохраняемое оборудование, постоянно находится под напряжением, и такого показателя, как время переключения при сбое для данного типа оборудования, просто не существует. Это особенно важно для чувствительного оборудования, использующего электродвигатели, например жесткие диски или их массивы, где эффект от кратковременного исчезновения питания усиливается переходными процессами.

Оборудование компании APC, ориентированное на защиту сгруппированных вычислительных центров (файл-серверы, рабочие станции, телекоммуникационное оборудование), получило название Symmetra. Из-за того, что Symmetra использует схему с двойным преобразованием, которую многие специалисты склонны считать устаревшей, системы ИБП на базе Symmetra не столь технологичны, как предыдущий тип оборудования. Хотя у систем линейки Symmetra имеется важное преимущество перед линейкой ИБП APC Smart-UPS DP - это использование модульной архитектуры, позволяющей спроектировать систему с высокой мощностью, а также экономичность. К слову, максимальная номинальная мощность систем линейки APC Symmetra составляет 2 или 4 кВА и, по заявлениям производителя, значительно экономичнее конкурентных аналогов.

Напомним, ИБП с двойным преобразованием подразумевают двухэтапное преобразование электроэнергии - сначала переменное напряжение в постоянное, а потом постоянное в переменное, которое подается на нагрузку. В современной технологии дельта-преобразования двойное преобразование устранено, причем одновременно обеспечен единичный коэффициент мощности на выходе - значительное преимущество по сравнению с традиционными системами ИБП.

В принципе добиться единичного коэффициента мощности можно и при использовании двойного преобразования, за счет применения компенсирующих устройств, например, конденсаторных батарей или ненагруженных синхронных двигателей. Однако если первый способ компенсации реактивной мощности не получил распространения в системах средней мощности из-за его дороговизны и невысокой надежности, то второй (установка СД на холостом ходу) представляется незаурядным явлением в условиях современного офиса. Таким образом, дельта-преобразование, как способ получения высокого коэффициента мощности, является оптимальным вариантом на сегодня.

Вообще говоря, высокий запас по коэффициенту мощности очень хорошая черта ИБП. Так как если трансформатор перегружен, то он начинает лишь шуметь и больше нагреваться, однако не разрывает цепь и не выключается (или, по крайней мере, не делает этого сразу). Если же в результате повышенного потребления электрической мощности достигнута перегрузка ИБП (особенно при использовании технологии двойного преобразования), то большинство источников просто-напросто отключится. При этом питание подается по обходному пути (по байпасу) до тех пор, пока проблема не будет решена извне. Одновременно ответственные компьютерные системы остаются без защиты и без резервного питания от батареи.

ИБП от компании Invensys Powerware с индексом модели 9120 поставляются с мощностью 700, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 или 6000 ВА. Диапазон входного напряжения без перехода на работу от батарей для систем данного типа составляет 160-276 В, входной частоты 45-65 Гц; число фаз на входе и выходе - одна. В Powerware 9120 по умолчанию предусмотрены автоматический байпас, встроенные необслуживаемые аккумуляторные батареи (для 700-1500 ВА и 3000 ВА на 8, для 2000 ВА на 12, для 5000 ВА на 10 и для 6000 ВА на 7 минут автономной работы), ЖК-дисплей, RS-232- и USB-порты, возможность сегментирования нагрузки. К Powerware 9120 могут быть подключены SNMP/веб-адаптер и AS/400 релейная плата, способные работать параллельно с установленными стандартно портами; внешние блоки батарей и байпас для технического обслуживания.

Решения от компании Powercom можно условно разделить на два сегмента - решения для настольных систем и ориентированные на серверное оборудование. Первый представляют продукты серии Smart King LCD. Модели этой серии имеют мощность от 600 до 2500 ВА, что позволяет их рекомендовать как решение для очень широкого круга задач - от обычного офисного компьютера до серьезных графических станций, оснащенных двухпроцессорными системами. Также линейка имеет семь моделей с индексом RM, сконструированные для монтажа в 19-дюймовые стойки и использования совместно с серверным и телекоммуникационным оборудованием. ИБП серии Smart King построены на линейно-интерактивной схеме с автоматическим регулированием напряжения AVR. В первую очередь они предназначены для защиты персональных компьютеров, рабочих станций и другого оборудования от основных неполадок электропитания: высоковольтных выбросов, электромагнитных и радиочастотных помех, понижений, повышений и полного исчезновения напряжения в электросети. ИБП серии Smart King благодаря микроконтроллерному управлению, реализующему режим энергосбережения и автоматическое определение, и выбор частоты 50/60Гц, прекрасно подходят и для домашнего использования. Наличие коммуникационного порта (RS-232) и бесплатного программного обеспечения позволит автоматически завершить работу операционной системы, исключая потерю данных при долговременном исчезновении напряжения во входной электросети. Системы реализуют полный цифровой микропроцессорный контроль и режим энергосбережения, автоматическое определение и выбор частоты 50/60Гц, холодный старт, защиту от молнии и перепадов напряжения, защиту от короткого замыкания и перегрузок, автоматическую подзарядку, индикацию замены батареи, автоматическую диагностику и проверку батарей с использованием технологии Advanced Battery Management (ABM). Все модели снабжены ЖК-индикацией, отличающейся повышенной информативноcтью.

Второй сегмент оборудования от Powercom - это системы серий Ultimate и Vanguard. On-line ИБП Powercom Ultimate (ULT-8K31LCD/ULT-10K31LCD/ULT-12K31LCD/ ULT-15K31LCD/ ULT-20K31LCD/) и Vanguard (VGD-700/VGD-1000/ VGD-1000/ VGD-1500/ VGD-2000/ VGD-3000) предназначены для защиты серверных комнат, рабочих групп, стоек коммуникационного оборудования и другой нагрузки, требующей высокого качества электроснабжения. ИБП серии Ultimate способны защищать группы критичного к электропитанию оборудования мощностью от 700 ВА либо вычислительные или коммуникационные системы, потребление которых не превышает 20 кВА. ИБП Ultimate имеют встроенные фильтры гармоник, позволяющие использовать их совместно с электрогенераторами. Все ИБП корпоративной линейки Powercom поставляются с портом RS-232 для ведения удаленного управления. Кроме того, ИБП данной серии оборудованы удобным ЖК-дисплеем на лицевой панели, отображающим все важные параметры сети и режимы работы ИБП (частоту входного и выходного напряжения, уровень входного и выходного напряжения, рабочую температуру ИБП и т. п.). ИБП серии Vanguard, как технологически более продвинутая модель, отличается наличием функции сегментирования нагрузки, возможностью изменения параметров работы ИБП (напряжение, частота, выбор языка отображения состояний) через диалоговое меню на русском языке и поддержкой USB соединения с ПК или сервером.

Источники бесперебойного питания Nfinity компании Liebert также выполнены по схеме с двойным преобразованием напряжения и предназначены для защиты рабочих станций, серверов, компьютерных сетей, телекоммуникационного и иного оборудования. В отличие от большинства других ИБП схожего класса они имеют модульную конструкцию, в чем-то аналогичную APC Symmetra, обеспечивающую простое масштабирование системы с наращиванием мощности в пределах от 4 до 16 кВА или увеличением времени автономной работы, а также возможность резервирования отдельных модулей для повышения надежности всей системы питания нагрузки. Весьма важной особенностью ИБП Nfinity является и то, что в нем предусмотрено резервирование микропроцессорного блока управления и контроля системы (резервирование блоков управления предусмотрено также в Symmetra и др). Модульные ИБП серии Nfinity выпускаются в двух конструктивных вариантах с 8 или 12 отсеками для установки рабочих модулей. В зависимости от выбранной конфигурации в корпусе могут быть размещены один или два модуля контроля и управления IntelliControl, от одного до четырех (в 12-слотовом варианте - до шести) модулей питания Intelligent Power и от одного до семи (в 12-слотовом варианте - до 11) батарейных модулей IntelliBattery. Все модули допускают замену в горячем режиме без отключения нагрузки. При необходимости обеспечения гальванической развязки между ИБП и нагрузкой источник комплектуется выходным изолирующим трансформатором, который размещается вместе с элементами внутренней схемы Bypass в нижнем отделении блока, куда подведены силовые линии.

Еще мощнее, еще надежнее

С тем, что общее и самое главное требование для всех без исключения ИБП любой мощности является надежность, не поспоришь. Таким образом, большинство инженерных работ по совершенствованию источников бесперебойного питания ведутся именно в направлении дальнейшего повышения этого параметра. Если говорить о резервных комплексах средней и высокой мощности, то тут встает вопрос о корректном распределении энергопотоков, то есть о качественно новых функциях управления. Кроме того, не последним параметром, на который следует обращать внимание при выборе решения, считается масштабирование и форм-фактор. Попробуем разобраться в указанных параметрах на примерах.

Начнем с повышения надежности, которое возможно, скажем, путем организации в ИБП байпасов (контур, соединяющий вход источника бесперебойного питания с его выходом). Данные контуры включаются в цепь питания в случае аварийных режимов устройств резервного питания или проведения в них ремонтно-профилактических работ, при этом важно, чтобы ИБП позволял провести ремонт без отключения от питающих зажимов. Еще один важный момент - наличие автоматического переключателя на байпас или же переключателя комбинированного действия.

Для организации электроснабжения систем с требованием максимальной степени надежности от сбоев электросети применяется избыточное резервирование основных модулей или же параллельное включение нескольких устройств. Данный принцип реализуется у всех производителей. Новый мощный трехфазный ИБП производства компании Invensys Powerware - Powerware 9340 Hot Sync - ориентирован на решение проблем с электропитанием в системах электронного бизнеса, центрах обработки данных, серверных комнатах, телекоммуникационных центрах, ответственном оборудовании в больницах т. д. Powerware 9340 Hot Sync - трехфазная система бесперебойного питания класса on-line с двойным преобразованием энергии, позволяющая конфигурировать для параллельной работы до четырех модулей ИБП с использованием запатентованной технологии разделения нагрузки Hot Sync и объединительного модуля системы SMP9340. Powerware 9340 Hot Sync поставляется в трех конфигурациях (мощностью 80, 100 или 130 кВА) и поддерживает как режим работы с резервированием типа N+1, так и режим с наращиванием мощности. Технология Hot Sync для резервирования позволяет устанавливать параллельные конфигурации системы бесперебойного электропитания типа 1+1, 2+1 или 3+1 с общей выходной мощностью до 390 кВА, а для наращивания мощности - параллельно два, три или четыре модуля ИБП с общей выходной мощностью до 520 кВА.

К характерным отличительным чертам Powerware 9340 Hot Sync можно отнести следующие: подавление высших гармоник с помощью технологии выпрямителя на базе IGBT-транзисторов; технология инвертора с адаптивным управлением током; технология управления зарядом батарей Advanced Battery Management (ABM) с температурной компенсацией и оперативной проверкой на разряд. Необходимо также отметить, что исполняются описанные решения в виде металлического шкафа, - это весьма удобно при установке и монтаже, а также при сервисном и каждодневном обслуживании.

Аналогичный с электрической точки зрения способ сверхнадежного резервирования реализован в комплексе Symmetra от APC. ИБП Symmetra (RM) построен по модульному типу, его еще называют массивом электропитания. Входящие в его состав блоки поддерживают избыточность типа N+1, то есть при выходе из строя одного его функции выполняют оставшиеся работоспособные блоки. Данный комплекс содержит источник питания, который способен поддерживать нагрузку до 12 кВА с резервированием N+1 (или 16 кВА без резервирования). Он может быть размещен в стойке или специальном корпусе высотой 15U. Кроме того, имеется стандартный набор клемм для жесткой фиксации входных кабелей, а также розетки, обеспечивающие гибкость подключения выходных кабелей и отсутствие путаницы между ними. В комплект поставки массива Symmetra RM 8-12 кВА входит и карта управления через Web/SNMP, ПО PowerChute Network Shutdown (для согласованного завершения работы нескольких серверов обслуживаемой локальной сети), карта мониторинга батарей, а также встроенный автоматический и ручной байпас, создающий дополнительный контур электропитания в системах без резервирования.

Другая не менее важная характеристика - возможность масштабирования. В условиях растущего бизнеса молодому предприятию требуется быстрое расширение компьютерной базы и, следовательно, увеличение мощности имеющихся источников бесперебойного питания. С учетом достаточно высокой цены решений даже средней мощности, покупка нового оборудования каждые N лет может показаться неоправданной тратой. Параллельное включение нескольких ИБП также возможно не всегда, поскольку в таком случае будет нарушен баланс фаз и амплитуд выходных параметров энергосистемы. Однако выход из подобного положения существует - это источники бесперебойного питания, в которых реализована поддержка цепей синхронизации или увеличение модулей мощности (модульные ИБП). Например, в ИБП швейцарско-голландского холдинга IMV такая возможность реализована за счет фирменной технологии Redundant Parallel Architecture (RPA), присутствующей в следующих новых моделях: LP-11 (первая цифра обозначает количество фаз на входе, вторая - на выходе) с мощностями 3, 5, 6, 8 и 10 кВА; LP-31 (5, 6, 8, 10, 15 и 20 кВА) и LP-33 (8, 10, 15, 20 и 30 кВА). Все устройства имеют архитектуру on-line (непрерывного действия) и предназначены для централизованной защиты электропитания. Несмотря на то что это устройства среднего класса, в них в полной мере используются технологии, характерные для высокоуровневых продуктов. Двойное преобразование энергии в сочетании с байпасом с автоматическим и ручным переключением обеспечивает высокую надежность в случае перебоев с подачей электропитания и колебаний напряжения в сети. Применение схемы управления Intelligent Energy Management (IEM) продлевает жизнь батарей. В соответствии с ней нагрузка в штатном режиме подсоединяется к основному источнику питания, и только в критических ситуациях устройство переключается в режим двойного преобразования (Этот режим есть у всех других производителей). С помощью схем коррекции входной фактор мощности достигает значения, близкого к единице, что снижает требования к мощности подключаемого дизель-генератора. Однако, пожалуй, наиболее интересной особенностью семейства является возможность параллельного подключения до четырех устройств, которая реализуется с помощью фирменной технологии Redundant Parallel Architecture (RPA) Аналогичное решение есть у всех производителей.

Определенного рода аналог описанному устройству имеется и в линейке ИБП компании Liebert - это новый трехфазный ИБП мощностью 10-30 кВА из линейки HiNET. Устройства данного класса поддерживают четыре уровня мощности: 10, 15, 20 и 30 кВА. В них реализована возможность расширения одной модели по мощности от 10 до 30 кВА путем замены плат в ИБП (при этом не обеспечивается резервирование) с подключением дополнительных батарей, а также технология True Online с двойным преобразованием напряжения. Используемый в системе инвертор с широтно-импульсной модуляцией построен на основе высокочастотных IGBT-транзисторов, что позволяет системе работать в весьма широком диапазоне входного напряжения без перехода на батареи 300-480 В. Кроме того, в системе осуществляется полная фильтрация входного сигнала и RFI-фильтрование, чтобы предотвратить повреждения и сбои нагрузки от поступающих из сети кратковременных выбросов, искажений сигнала или переходных процессов, даже в режиме обхода (Bypass). Интересно, что конструкторы компании Liebert снабдили свое решение еще и внутренним ручным обходом.

Другой способ масштабирования мощности системы - расширение за счет подсоединения внешних батарей. Такая возможность давно стала стандартной для большинства корпоративных систем. Хотя данная функция задумывалась как способ увеличения времени автономной работы ИБП при полном внешнем обесточивании, ей можно, в некоторой мере, воспользоваться и при увеличении общей мощности системы резервного питания. Зависимость мощности и тока нагрузки от количества присоединенных батарей не является линейной величиной, поэтому при желании такого расширения необходимо пользоваться специальной справочной литературой или таблицами, предоставляемыми производителем.