Надёжное питание: покупаем ИБП

Грозящие катастрофы и как с ними бороться

По данным исследования IDС, наиболее значимая причина потери данных - проблемы, связанные с электропитанием (см. рис. 1). По итогам 2001 года в США в среднем за месяц на один компьютер приходится 120 случаев сбоя в электропитании. Для России подобной статистики нет, но можно предположить, что у нас доля сбоев электропитания будет еще выше за счет более низкого удельного веса стихийных бедствий. Ураганы и землетрясения у нас случаются намного реже, чем в США. А в момент проведения данного исследования именно там находилось 2/3 всего мирового парка компьютерной техники. Кроме того, в США до половины всех компьютеров сосредоточено в сейсмоопасных зонах (Калифорния) или в местностях, где регулярно имеют место ураганы (Техас).

Иными словами, обеспечение надежного питания позволит почти вдвое сократить риск потери информации. Добавьте к этому, что стоимость информации уже через три месяца начинает превышать стоимость рабочей станции, на которой она хранится. Для сервера этот временной отрезок еще меньше - как правило, он не превышает месяца. Таким образом, надежное питание - вещь, которую трудно переоценить.

Виды сбоев электропитания, их возможные причины и последствия

Обеспечение надежного электроснабжения - проблема многоуровневая. Далеко не все сбои вызваны плохой работой энергетических компаний (см. табл. 1). На счет непосредственных поставщиков в полном объеме можно отнести лишь выбег частоты, который в России наблюдается крайне редко из-за довольно жесткого ГОСТа. Все остальные нарушения электроснабжения обычно вызваны совсем другими причинами. Однако их последствия одинаково, мягко говоря, малоприятны, а некоторые просто фатальны. Статистика частоты наиболее распространенных сбоев электропитания, относящаяся к США и Евросоюзу, показана на рис. 2 и 3. Скорее всего, данные по России не будут иметь принципиальных отличий. Надо лишь иметь в виду, что провалы напряжения у нас могут длиться часами, особенно в населенных пунктах или регионах, где имеет место энергетический кризис. Это прежде всего Дальний Восток, особенно Камчатка, Приморье, Магаданская область. Да и полные исчезновения напряжения у нас встречаются чаще и продолжаются дольше.
 

Устранить влияние данных сбоев можно несколькими способами (см. табл. 2). С последствиями большинства вполне справятся "продвинутые" стабилизаторы, выполненные по феррорезонансной технологии. Но они не в состоянии предотвратить последствия пропадания напряжения. Источники бесперебойного питания разных типов (ИБП или UPS - эта английская аббревиатура часто используется в нашей литературе) могут помочь справиться и с этой проблемой. Есть и более радикальный, но при этом и более дорогостоящий вариант - приобрести автономный дизель-генератор. Но все же оптимальным по соотношению цены и качества является приобретение партии ИБП.

Какие бывают ИБП
В общем случае источник бесперебойного питания состоит из стабилизатора, выпрямителя, аккумуляторной батареи, инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный, и переключателя. Когда напряжение в сети находится в пределах нормы, ИБП работает в качестве стабилизатора, при этом происходит зарядка батарей. Когда напряжение в сети выходит за рамки нормы или пропадает совсем, происходит переключение на питание от батарей. И того времени, которое компьютер сможет проработать, должно хватить для корректного завершения работы операционной системы и прикладных программ. Тем более что программное обеспечение практически всех современных ИБП само, без участия пользователей, завершает работу программ и выключают нагрузку.

Источники бесперебойного питания делятся на три категории:

1. резервные (stand-by, off-line);

2. линейно-интерактивные (line-interactive);

3. on-line, иногда их еще называют ИБП с двойным преобразованием или линейными.

Возможности различных типов ИБП по защите оборудования приведены в табл. 2 Кроме того, существует ориентировочное и достаточно условное деление по ИБП мощности:

• малые - до 1000 VA;

• средние - от 1000 до 5000 VA (иногда малые и средние ИБП объединяют в одну группу);

• большие - 5000 VA и выше.

Устройства малой мощности, которые применяются для защиты рабочих станций, относятся к резервному или линейно-интерактивному типу. Средние ИБП, применяемые для подключения небольших групп рабочих станций или малых серверов, являются, как правило, линейно-интерактивными, реже - on-line. Причем чем мощнее устройство, тем больше вероятность того, что оно относится к типу on-line. Среди больших ИБП, используемых для защиты мощных серверов или больших групп рабочих станций, встречаются самые разные технологии (например, line-interactive (APC) или delta-преобразование(APC-Silcon). Аппараты средней и большой мощности (от 3000 VA) часто выпускаются в стоечном (rack mount) исполнении.

Резервные ИБП. Наиболее доступны по цене - стоимость такого рода аппарата не превышает $120, нередко цена опускается до $30. Они выпускаются и как внутренние устройства, которые необходимо устанавливать в слот расширения на системной плате. Резервные ИБП защищают далеко не от всех помех в электросети. В некоторых моделях, особенно дешевых, может отсутствовать даже стабилизатор. В результате переключение на питание от батарей производится при любом отклонении напряжения от заданной нормы, что самым пагубным образом сказывается на сроке службы как самого ИБП, так и аккумуляторов. При питании от батарей напряжение не синусоидальное. Время переключения на питание от батарей занимает более 3 мс, и целый ряд блоков питания, особенно стандарта AT, все равно воспринимает данный момент как исчезновение напряжения. Вследствие этого устройства данного класса оказываются существенно дороже в эксплуатации, чем линейно-интерактивные или линейные. Внутренние ИБП очень сильно нагреваются в процессе работы, что предъявляет повышенные требования к охлаждению. Эти устройства также имеют малую мощность, не более 600 VA. В результате спрос на данные модели со стороны корпоративных покупателей практически сошел на нет.

Линейно-интерактивные ИБП. Отличаются от резервных наличием активного фильтра, который подавляет все помехи, кроме высокочастотного шума. Современные устройства научились бороться даже с выбегом частоты. Плюс ко всему трансформатор в ИБП данного класса более "умный". В результате прибор реже переводит нагрузку на питание от батарей. В наиболее развитых моделях возможна замена батарей в "горячем" режиме. Ряд мощных моделей выпускается в стоечном (rack-mount) исполнении. ИБП этого типа пользуются в настоящее время наибольшим спросом среди корпоративных покупателей.

On-line ИБП. Такой ИБП функционирует по несколько иному принципу. Входное напряжение поступает на выпрямитель, от него - на инвертор, одновременно подзаряжая батарею, и преобразуется в переменное. В случае пропадания или выхода напряжения за установленные нормы инвертор начинает подавать питание от батареи без всяких переключений. Как опция, а у наиболее дорогих моделей и в штатной поставке возможно также наличие резервного фильтра (bypass), через который ток подается при перегрузке или выходе из строя ИБП. Устройства данного типа самые дорогие и имеют низкий КПД за счет двойного преобразования. Зато нагрузка получает практически полную защиту. Кроме того, все современные ИБП этого типа имеют возможность замены элементов, причем не только батарей, в "горячем" режиме. Значительная часть аппаратов данного типа выпускается в стоечном исполнении. On-line ИБП самые мощные. Аппараты данного типа производятся мощностью не менее 1500 VA.

Как сообщила помощник главы представительства Liebert-Hiross в России Анна Кулашова, "несколько лет назад появился принципиально новый тип оборудования - модульные ИБП (или ИБП с резервированием). В настоящий момент такие ИБП есть только у трех производителей - APC (Symmetra Power Array), Invensys (Axxium Pro - 9170) и Liebert (Nfinity). По поводу Nfinity: этот ИБП отличается от моделей конкурентов тем, что у него есть возможность стопроцентного резервирования модуля управления и интеллектуальных батарей (это означает, что, если в каком-либо из батарейных модулей возникают неполадки, он автоматически отключается от общей шины, тем самым не повреждая другие батарейные модули). Батарейные модули могут располагаться в любой ячейке шкафа, и ИБП поставляется полностью оттестированным на выходном контроле завода (что, кстати, является обязательным требованием в системе сертификации Минсвязи)".

Основные технические характеристики ИБП
 

1. Мощность. Выражается в вольт-амперах (VA). Перевести вольт-амперы в более привычные ватты можно делением мощности, выраженной в вольт-амперах, на 1.41 ((2). Полученное число должно быть больше или равно потребляемой мощности нагрузки. И чем больше запас мощности, тем дольше нагрузка сможет работать при питании от батарей.

2. Диапазон входного напряжения. Задается минимальным и максимальным допустимыми значениями напряжений в сети, при которых ИБП способен поддерживать номинальное напряжение на выходе, не переключаясь на питание от батарей. Чем шире этот диапазон, тем дольше прослужат аккумуляторы.

3. Время автономной работы. Зависит как от емкости батарей, так и от суммарной величины нагрузки.

4. Срок службы аккумуляторов. Этот параметр существенно зависит от условий эксплуатации: частоты переключения в автономный режим, условий зарядки, окружающей среды, а также от типа самих батарей.

5. Щелочные аккумуляторы менее чувствительны к условиям окружающей среды и соответственно "живут" дольше. Обычно срок службы аккумуляторов при правильных условиях эксплуатации составляет 2-6 лет.

6. Время переключения ИБП на батарею и обратно. Чем оно меньше, тем лучше.

7. Наличие средств фильтрации питания, подавляющих импульсные броски напряжения.

Bыбор ИБП
Перед покупкой ИБП необходимо выяснить, какого рода проблемы в электроснабжении встречаются в данной местности, и правильно подобрать мощность устройства. Мы далеко не случайно решили уделить внимание линейно-интерактивным ИБП, поскольку устройства этого типа способны не только обеспечить питание в случае отключения электроэнергии - они успешно борются и со скачками напряжения, и с его понижением. А это случается намного чаще, чем полные отключения.

Выбор мощности напрямую зависит от того, что именно будет подключено к ИБП. Аппарата мощностью в 420-700 VA - именно такие устройства мы рассматриваем - вполне достаточно, чтобы в течение как минимум 10 минут сохранять работоспособность хорошо укомплектованного мультимедийного компьютера. Но вот периферийные устройства, остановка которых не приводит к потерям данных, - принтеры, сканеры, даже мониторы - лучше запитывать от сетевого фильтра-стабилизатора. Устройства этого класса достаточно надежно защищают периферию от всех потенциально опасных для нее сбоев электропитания. Кроме того, при двойном запасе по мощности нагрузка при питании от батарей работает в 3-4 раза дольше, чем тогда, когда она соответствует номинальной мощности ИБП. К тому же подключение к ИБП принтеров, во всяком случае лазерных, может привести к выходу ИБП из строя.

Выбирая ИБП, вы обязательно обнаружите, что устройства разных компаний очень схожи. По мнению помощника главы представительства Liebert-Hiross в России Анны Кулашовой, "компании трудно выделиться: у всех продукция похожа, варьировать может только цена и некоторые тонкости в технике, понятные лишь хорошим специалистам". Аналогичного мнения придерживается Игорь Андрющенко, руководитель департамента продаж российского представительства NeuHaus:" Человек, погруженный "в тему", не видит в аналогичных устройствах никаких принципиальных различий. Поверьте, у всех все одинаково на 98%. Наши ИБП отличаются от другого хорошего аппарата довольно незначительно. К примеру, каждый мало-мальски прилично сделанный ИБП использует технологию, продлевающую срок службы батарей. Просто у разных производителей эта технология называется по-разному".

При покупке многофункциональных и дорогих источников питания особое внимание обращайте на сервисное обслуживание, которое обеспечивает продавец или авторизованный сервис-центр. Сервис сервисом, но обратите внимание, возможно ли в данной модели самостоятельно заменить батареи. В целом ряде моделей замена аккумуляторов возможна только в условиях сервисного центра. Однако не стоит переоценивать вопросы обслуживания. По словам главы представительства Powercom в России Максим Сурду," если вы заменяете батареи раз в два года, не важно, сколько времени занимает эта операция - 20 минут (при наличии съёмной панели) или 35 минут. Подобная экономия - не такой большой плюс, несмотря на раскрученность этого маркетингового хода".

Во многих случаях не менее важны сервисные функции ИБП. В частности, способ уведомления пользователя о начале работы компьютера от батарей, предусмотренный в ИБП. Любой ИБП подает звуковой и (или) визуальный сигнал. Но очень часто программное обеспечение имеет функцию уведомления системного администратора по электронной почте или с помощью средств мобильной связи: сообщение отправляется на пейджер или SMS.

Во время длительного пропадания питания, если вдруг, к примеру, понадобится прочитать сообщения электронной почты, полезно иметь функцию" холодного" старта - возможность включить ИБП при отсутствии напряжения в сети. При наличии модемов, факсов, офисных АТС хорошо также, чтобы ИБП обеспечивал защиту телефонной линии.

Эксплуатация ИБП
ИБП должен быть постоянно подключен к сети. Как это ни странно, многие пользователи об этом забывают.

В обесточенном аппарате гораздо выше вероятность того, что батарея выйдет из строя, причем довольно быстро. Нельзя также отключать ИБП от сети после того, как имело место полное отключение электроэнергии. Полностю разряженная батарея нуждается в немедленной зарядке.

К ИБП ни в коем случае нельзя подключать нагрузку через сетевой фильтр. Это нарушает работу выходного преобразователя, что может привести к самым печальным последствиям, особенно когда ИБП переходит на питание от батарей.

Строго обязательно наличие заземления. У целого ряда ИБП стабилизатор напряжения будет просто неработоспособен при отсутствии заземления. Более того, целый ряд производителей, например APC, снимает с себя всякую ответственность, если их оборудование эксплуатировалось в таких условиях. Плюс ко всему наличие заземления избавит вас от целого ряда других проблем, чреватых серьезными авариями, в результате которых иногда даже могут пострадать люди. Игорь Андрющенко, руководитель департамента продаж российского представительства NeuHaus, считает, что" наибольшее число обращений в ремонт связано с неправильной эксплуатацией ИБП. Нередко ИБП используется в таких условиях и в таком режиме, что удивительно именно то, что аппарат работал, а не то, что сломался. Желательно не допускать накопления пыли внутри корпуса, перегрузки ИБП. Разумеется, рекомендуется подключать ИБП к заземленной сети, а именно эта рекомендация чаще всего игнорируется при подключении".

Уязвимым местом ИБП являются высоковольтные компоненты. Для их" здоровья" крайне опасно подключение мощной нагрузки, например электронагревательных приборов или лазерных принтеров, причем последние являются даже более опасными. Термический модуль даже персонального лазерного принтера, например HP LaserJet 1100, по потребляемой мощности (минимум 2 Кватт) соответствует двум мощным, называемым в обиходе" ведерными" , кипятильникам или импортному электрочайнику. Ну а мощность принтеров для рабочих групп еще выше.

И наконец, избавьтесь от насекомых. По откликам пользователей, очень часто причиной выхода из строя высоковольтных компонент ИБП, обычно инверторов, являются бытовые насекомые. Они нередко устраивают гнезда внутри корпусов всевозможных устройств, работа которых сопровождается выделением тепла. И ИБП не являются исключением. По данным российского представительства компании Powercom, большая часть случаев выхода из строя силовых модулей ИБП вызвана короткими замыканиями в высоковольтных блоках, причиной которых являлось то, что туда заползли насекомые, как правило, тараканы. Чтобы снизить риск подобных происшествий, следует регулярно проводить дезинсекцию помещений.

Аккумуляторная батарея
Основной частью источника бесперебойного питания является аккумуляторная батарея. Она же является одним из самых слабых мест в любом ИБП. Преждевременный выход ее из строя существенно повышает расходы на эксплуатацию прибора и может привести к тому, что ИБП сам становится причиной сбоев. К тому же надо отметить, что, несмотря на распространенное мнение, состояние батарей должным образом не отслеживается программным обеспечением ИБП. Это просто невозможно сделать без контрольного разряда. Самотестирование также реализовано далеко не лучшим образом. Например, у одного из наших читателей на Новосибирской междугородной телефонной станции в 50% случаев неисправные батареи проходили тест. Положение усугубляет то, что аккумуляторные батареи ИБП относятся к неремонтируемым. Батарею можно только оставить на месте или заменить, третьего не дано.

По мнению главы представительства Powercom в России Максима Сурду, "батареи во всех ИБП, будь то Powercom или Powerware, используются одинаковые, никто из представленных компаний не делает батареи. Есть проверенные производители аккумуляторных батарей, у которых компании-производители их закупают. Батареи в среднем "живут" 2-3 года. Их можно менять, но так называемая "горячая замена" - это скорее маркетинговый ход. Нельзя разбирать ИБП, находящийся в работе и отключить от него внутренние батареи. "На ходу" можно сменить лишь дополнительный батарейный блок, и то только в том случае, если внутри ИБП есть исправные батареи".

Что же губит батареи? По мнению наших читателей, крайне велик риск "убить" батарею при длительном питании нагрузки от батарей. Как известно, если напряжение 12-вольтового аккумулятора опускается ниже 10 вольт, в самой батарее происходят необратимые химические изменения. Этого также нельзя исключать. Типичный случай - пропадание напряжения в момент пересчета индексов в бухгалтерской программе... Сильный разряд аккумуляторов происходит при длительном пропадании напряжения или в случае выключения ИБП из сети. Впрочем, последнее уже связано с дисциплиной персонала. Смертельна для аккумуляторов (и не только для них, но и для силовой части ИБП) также сильная перегрузка. Ее может вызвать не только высоковольтный пик, но и подключение мощной нагрузки, например электронагревательных приборов или лазерных принтеров.

Однако опыт наших читателей показывает, что наиболее вредно для аккумуляторов, прежде всего кислотных, нарушение температурного режима. Большая часть моделей ИБП разработана в расчете на американскую специфику. Там офис без кондиционера является исключением, а не правилом, поэтому поддержание в нем оптимальной температуры в 15-25° не является чем-то сверхъестественным. В наших условиях это куда более сложная задача. Так что следует быть готовым к тому, что придется заменять аккумуляторы ежегодно или даже чаще, в зависимости от того, насколько жарким выдалось лето или холодной зима.

Особенно опасна работа в условиях повышенной температуры. Как показывает опыт инженера Новосибирской междугородной телефонной станции Валерия Косулина, для полного выхода из строя кислотного аккумулятора вполне достаточно двух недель эксплуатации при 30-градусной жаре. Высокая температура ведет к коррозии пластин, высыханию электролита и даже разгерметизации корпуса батарей вследствие выплавления защитной мастики. Опрошенные нами пользователи особенно подчеркивали значительную чувствительность ИБП APC к повышенной температуре. Понижение температуры также представляет опасность для аккумуляторов. Впрочем, если температура в помещении не опускается ниже 10°, то об этом в принципе можно не беспокоиться.

Представители компаний-производителей соглашаются с этим. По мнению помощника главы представительства Liebert-Hiross в России Анны Кулашовой, "на микро-ИБП батарея работает от двух лет. Но главное - это выполнение правил эксплуатации и микроклимат. ИБП большой мощности надежны и могут работать очень долго и безотказно. У нас есть информация о некоторых машинах, которые были установлены в середине 80-х и до сих пор работают. Хочу отметить, что важным фактором успешной работы оборудования является регулярное сервисное обслуживание. Но если в помещении не поддерживаются определённая температура и влажность, это фатально не только для ИБП, но и для остального критически важного оборудования". Максим Сурду дает следующие советы: "Главное - заряжать батареи каждые 6 месяцев. Ведь не редкость (при неправильно организованной логистике), когда батарея от производителя до конечного пользователя доходит более чем за полгода. В России пользователи очень любят экспериментировать с условиями эксплуатации. Из-за этого бывает очень много проблем".

Денис Орлов, руководитель департамента корпоративных решений московского отделения MAS Elektronik AG, дистрибьютора Powerware, называет такие причины выхода из строя ИБП: "Наибольшее число проблем с ИБП связано с аккумуляторными батареями. Основной причиной является несоблюдение пользователем температурных режимов работы ИБП, что вызывает выход батарей из строя. При соблюдении требований к окружающей среде средний срок службы аккумуляторных батарей - 6-8 лет. На втором месте среди причин выхода из строя - высокая запыленность помещений, где работает ИБП. Пыль, попадая внутрь ИБП, ухудшает теплообмен между электрическими элементами и окружающей средой. Результат - перегрев транзисторов, конденсаторов и других элементов и выход их из строя".

Однако, несмотря на проблемы с батареями, запасные батареи следует закупать только по мере необходимости. Срок их хранения не превышает 12 месяцев, поэтомуприобретение их впрок вполне может оказаться пустой тратой денег. Вместе с тем не стоит тянуть с заменой батарей. Чем дольше устройство будет работать с "мертвым" аккумулятором, тем больше вероятность того, что произойдет сбой калибровки интеллектуальных компонентов ИБП, а это приведет к тому, что ИБП будет не в состоянии держать нагрузку.

Не стоит забывать, что использованные аккумуляторы нельзя просто выбросить как обычный мусор. В них используются агрессивные среды и токсичные тяжелые металлы, и при нарушении правил утилизации подобного рода изделий можно повергнуться всевозможным санкциям. Кроме того, большинство производителей и продавцов ИБП реализуют новые батареи с зачетом стоимости использованных. В этом случае новые обойдутся примерно на 15-20% дешевле. Но даже если с поставщиком батарей договориться не удалось, все равно практически в любом городе есть фирмы и даже частные лица, которые скупают у населения использованные аккумуляторы для их дальнейшей переработки.

Один из наиболее часто задаваемых вопросов - можно ли использовать вместо штатных другие аккумуляторы, например автомобильные. К сожалению, на него нет однозначного ответа. Есть как положительный опыт, так и отрицательный. Хотя мы склоняемся все-таки к отрицательному ответу. Использование любых аккумуляторов, кроме рекомендованных производителем, безусловно, ведет к потере фирменной гарантии на ИБП. Кроме того, обслуживаемые аккумуляторы, особенно применяемые в автомобилях и мотоциклах, существенно опаснее в эксплуатации, чем те, что рекомендованы производителем ИБП. К тому же их использование является грубейшим нарушением санитарных норм.