Инженерные системы

Системы бесперебойного питания серверных помещений

Важность информационных технологий для современных предприятий и организаций стремительно повышается. Во многих компаниях из вспомогательного средства они превратились в ключевой инструмент для бизнеса. Соответственно, на первое место выходят задачи обеспечения надежного функционирования ИТ-систем в любых условиях, в том числе при перебоях в электроснабжении.

Одно из важнейших решений при оснащении серверной или телекоммуникационной комнаты – выбор и установка источника бесперебойного питания (ИБП). Никогда нельзя быть уверенным в том, что качество электроэнергии, получаемой из центральной электросети, подходит для надежной работы ИТ-оборудования. Кроме того, нет гарантии, что электричество будет поступать без перебоев. Даже если центральная электросеть достаточно надежна, в самом здании может работать оборудование, например с электромоторами, вносящее искажения в электросеть, которые негативно скажутся на работе ИТ-систем.

Назначение и типы ИБП

Источник бесперебойного питания решает две основные задачи. Первая – это обеспечение питания нагрузки в случае пропадания внешнего напряжения. Вторая – защита нагрузки от различных искажений в электросети.

Для начала давайте разберемся, от чего необходимо защищать нагрузку. Как известно, стандартные параметры электросети переменного тока в России – напряжение 220 В и частота 50 Гц. Отклонения от этих параметров можно считать искажениями. В момент включения в здании мощных потребителей, например системы кондиционирования, в электросети может наблюдаться просадка напряжения. При длительной работе большого числа мощных потребителей и перегрузки сети может наблюдаться долговременное снижение напряжения, а при его отключении – скачок напряжения. Прохождение сильных скачков на ИТ-оборудование чревато потерей данных или даже поломкой оборудования.

Искажения в электросети

Форма напряжения также может искажаться. Для отдельных категорий оборудования, скажем, контрольно-измерительного или медицинского, требуется четко синусоидальная форма напряжения. В большинстве ПК и серверах используется импульсные источники питания, потому идеальная синусоида не столь важна – они вполне могут работать и со ступенчатым напряжением.

Если говорить о простейших устройствах защиты, то в первую очередь следует назвать сетевые фильтры. Эти устройства «обрезают» только импульсные помехи, а также высокочастотные шумы, и никак не помогут защититься от долговременных просадок и всплесков напряжения. Следующий тип устройств защиты – стабилизаторы напряжения. Помимо фильтрации, они также решают задачу выравнивание напряжения в случае его долговременного отклонения от номинала. Но ни фильтр, не стабилизатор не помогут в случае попадание электричества. Для решения этой задачи необходим вторичный источник электричества, например аккумуляторная батарея, которая обязательно присутствует в ИБП.

Аккумуляторная батарея решает задачу обеспечения питания нагрузки в случае временного (насколько «временного», мы поговорим ниже) отключения электричества. Зарядка АКБ осуществляется постоянным током, поэтому ИБП должен преобразовать переменный ток из электросети в постоянный. Для этого используется выпрямитель. В свою очередь постоянное напряжение с АКБ должно преобразовываться в переменное для подачи на нагрузку. Такое преобразование – функция инвертора. Вот они три основных элемента ИБП переменного тока: выпрямитель, АКБ, инвертор.

Расчет мощности

Основные два параметра, которые необходимо знать при выборе характеристик ИБП, это мощность нагрузки и время автономной работы (о времени автономной работы мы поговорим ниже в разделе, посвященном аккумуляторным батареям). Обычно рекомендуют выбирать ИБП с запасом по мощности в 15-25% относительно суммарной мощности оборудования, которое он будет обслуживать. При этом для расчетов используют номинальные значения, указанные в документации на конкретные устройства. Однако на практике оборудование никогда не работает с нагрузкой 100%, поэтому чаще всего мощность установленного ИБП оказывается избыточной. Но рисковать никто не хочет: лучше установить ИБП помощнее, чем рисковать потерей критически важных систем.

В спецификациях на ИБП мощность может быть указана как в ваттах (Вт), так и в вольт-амперах (ВА). В ваттах измеряется активная мощность, потребляемая нагрузкой, в вольт-амперах – полная подаваемая на нее мощность. Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности (P). Чтобы понять суть этой важной характеристики рассмотрим два предельных варианта. Предположим, что нагрузка представляет собой идеальное сопротивление, вся подаваемая мощность поглотится такой нагрузкой, активная мощность будет равна полной (P=1). Другой вариант: нагрузка представляет собой идеальную емкость или индуктивность. В этом случае нагрузка лишь запасет подаваемую на нее энергию (в магнитном поле катушки или в электрическом поле конденсатора), а затем – вернет в сеть. Потребляемая активная мощность окажется равной нулю, соответственно P=0.

Учет коэффициента мощности нагрузки очень важен в том случае, если он существенно отличается от 1. Скажем, старые ПК с дешевыми блоками питания могли иметь P=0,6. Однако современные компьютеры и серверное оборудование имеют блоки питания с корректировкой коэффициента мощности, их P близок к 1 (для расчетов можно считать его равным 0,95 – из-за емкостной составляющей во входных фильтрах). Поэтому многие разработанные для ИТ современные модели ИБП рассчитаны на коэффициент мощности нагрузки, приближенный к 1. Однако, если к таким ИБП планируется подключать другое (не ИТ) оборудование (например, часто устанавливаемые в серверных кондиционеры), то надо учитывать значение его КМ. Например, для тех же кондиционеров его обычно принимают равным 0,7.

При подключении к ИБП другого (отличного от ИТ) оборудования также следует учитывать возможно высокие пусковые токи. Пусковой ток серверов не слишком велик (соответствующий коэффициент обычно не превышает 1,5), а потому перегрузочной способности большинства ИБП оказывается более чем достаточно. Однако в случае с тем же кондиционером или системой освещения пусковой ток может в несколько раз превосходить номинальное значение. Это надо учитывать при анализе характеристик ИБП. Лучше для ИТ и для другого оборудования использовать разные ИБП.

Размещение ИБП: централизованная или распределенная схема

Если серверное хозяйство небольшое, и все ИТ-оборудование помещается в одной монтажной стойке, тогда не возникает и вопрос относительно схемы размещения ИБП. Как правило, суммарная мощность ИТ-оборудования, устанавливаемого в одной стойке находится на уровне 3-10 кВт, поэтому для его обслуживания достаточно одного ИБП соответствующей мощности. Установить его можно непосредственно в самой стойке – если выбрана модель ИБП, допускающая установку в стандартную 19-дюймовую стойку, а в ней свободно необходимое число юнитов. В случае если конструкция ИБП не допускает установку в стойки или ИБП (вместе с необходимым числом аккумуляторов) занимает в ней много места, необходимо предусмотреть площадь для установки системы бесперебойного питания рядом со стойкой.