Здоровое питание

В сфере информационно-коммуникационных технологий для защиты от проблем с энергоснабжением чаще всего применяются источники бесперебойного питания разной мощности.

О важности обеспечения надежного энергоснабжения электрической техники сказано немало. Чаще всего о системах бесперебойного питания говорят применительно к компьютерному и телекоммуникационному оборудованию. Однако нередко от аварий в электросети нужно защищать и другое оборудование: исследовательское, производственное и т.д. Для защиты от перебоев с электричеством существует множество решений - от компактных источников бесперебойного питания (ИБП), запаса энергии которых хватает только на то, чтобы сохранить данные и выключить компьютер, до мощных дизель-генераторов, способных обеспечивать энергией целые заводы и населенные пункты в течение недель и месяцев. Цены на такие решения варьируются от пары тысяч до миллионов рублей.

В сфере информационно-коммуникационных технологий для защиты от проблем с энергоснабжением чаще всего применяются источники бесперебойного питания разной мощности. Резервные генераторы устанавливаются только в очень крупных вычислительных центрах, перебои в работе которых могут повлечь за собой убытки, значительно превышающие затраты на закупку и обслуживание мощных автономных источников энергии. Применяются автономные генераторы и в районах, где нет надежного постоянного энергоснабжения. В остальных случаях для защиты чувствительного к отключениям электричества оборудования выгоднее и удобнее применять ИБП.

Однако ассортимент источников бесперебойного питания на рынке чрезвычайно широк и сделать осознанный выбор бывает непросто. Поэтому для начала попробуем определить несколько признаков, по которым можно классифицировать ИБП. Первым параметром является выходная мощность источника питания. Эта мощность всегда должна быть несколько больше (в крайнем случае, равной) мощности, потребляемой нагрузкой.

Здесь важно обратить внимание на одну тонкость: чаще всего активная мощность в ваттах (именно она чаще всего указывается на массовом оборудовании, например, компьютерах) меньше полной мощности, измеряемой в вольт-амперах (ВА), которую любят указывать производители ИБП. Эти величины примерно равны лишь для устройств, которые можно представить в виде резисторов (активных сопротивлений) - ламп накаливания, обогревателей, электрочайников. Если же в цепи присутствуют электрические емкости или индуктивности (реактивные сопротивления), то потребляется, преимущественно, реактивная мощность.

В большинство же электрических цепей входят как активные, так и реактивные сопротивления, и их полная мощность является векторной суммой активной и реактивной мощностей. Студенты и выпускники технических вузов, знакомые с курсом электротехники, наверняка помнят треугольники, которые приходилось в больших количествах рисовать при расчетах подобных цепей. Для тех читателей, которые с электротехникой "на Вы", совет один: если ИБП планируется сильно нагружать, нужно убедиться, что и активная, и полная мощности нагрузки не будут выше соответствующих характеристик источника питания. Для самих ИБП, кстати, активная мощность всегда меньше полной. Например, для источника полной выходной мощностью в 700 ВА активная мощность будет равна примерно 500 Вт. Разумеется, для конкретных моделей ИБП эти величины могут различаться.

Разобравшись с мощностью, нужно обратить внимание еще на несколько моментов. Во-первых, следует определить, сколько единиц оборудования будет обслуживать один ИБП. На некоторых самых простых моделях может быть всего одно гнездо для провода питания, и больше одного компьютера к нему не подключишь. Если компьютеров несколько, возможно, имеет смысл купить ИБП подороже, в котором таких гнезд будет побольше. Наконец, для защиты стойки серверов или сетевого оборудования логично будет остановиться на модели, монтируемой в стойку, способной обслуживать все имеющееся оборудование и имеющей некоторый запас мощности на случай установки нового "железа". Во-вторых, многие ИБП имеют дополнительные фильтры для телефонных и компьютерных сетей, что также бывает небесполезно.

Определившись с мощностью и схемой подключения ИБП, нужно решить, какого типа источник приобретать. Внутри источники устроены неодинаково, хотя основные компоненты везде одни и те же. Это аккумуляторная батарея, от которой питается нагрузка при сбоях в основной электросети, выпрямитель, через который аккумулятор заряжается и инвертор, превращающий выдаваемый батареей постоянный ток в переменный, которым питается оборудование. Кроме того, в ИБП, как правило, имеются фильтры для скачков тока и других помех.

В самом простом типе источников бесперебойного питания - ИПБ с переключением (этот тип еще называют оффлайновыми ИБП) - питание от батареи включается, только если ток в сети сильно отклонился от заданных параметров, например, если напряжение сильно упало или исчезло вовсе.

 Если же параметры сетевого тока в норме, то он используется для питания нагрузки. Переключение с сети на батарею происходит достаточно быстро, но не мгновенно, что может не понравиться особо чувствительному оборудованию. Еще одной особенностью ИПБ с переключением является то, что ток, выдаваемый инвертором, не является синусоидальным, как в обычной сети, а меняется ступенчато, лишь приближаясь к синусоиде. Впрочем, для питания персональных компьютеров эта особенность большого значения не имеет - импульсный блок питания ПК одинаково хорошо работает как на синусоидальном токе, так и на токе ступенчатом. А для устройств, которым необходим переменный ток, меняющийся по синусоидальному закону, лучше подобрать другой ИБП. К плюсам же ИБП с переключением можно отнести компактность, ведь в таких источниках питания обычно нет большого и тяжелого трансформатора. Батарея также довольно компактна, однако ее емкости хватит, в лучшем случае, минут на 5-10.

При кратковременных сбоях электропитания этого вполне достаточно, а если авария более серьезна, за несколько минут можно сохранить все данные и выключить компьютер в штатном режиме. Мощность ИПБ с переключением может варьироваться от 80 до 500-700 ВА. В последнем случае ИБП может защитить один-два компьюетра с периферией. Примерами типичных ИПБ с переключением можно назвать Powercom WOW UPS, APC Back-UPS ES и Powerware 3110.

Следующий класс - это источники питания, взаимодействующие с сетью (line interactive). Эти ИБП похожи по устройству на оффлайновые источники, но имеют в схеме дополнительный элемент - автотрансформатор. С его помощью можно несколько расширить диапазон допустимых напряжений в сети. Если напряжение опустится, то ИБП сможет скорректировать его с помощью трансформатора. И только если падение напряжения в сети слишком велико, ИБП переключится на аккумуляторное питание. Источники питания, взаимодействующие с сетью, дороже ИПБ с переключением и часто комплектуются более совершенными инверторами, которые выдают синусоидальный ток.

Именно такие блоки питания чаще всего рекомендуются для надежной защиты компьютеров индивидуальных пользователей и очень широко представлены на рынке. Выпускаются как модели начального уровня для защиты отдельных компьютеров с периферией, так и более серьезные продукты, нацеленные на защиту серверов и ПК в малых и средних рабочих группах. Первые обычно недороги, имеют мощность в несколько сотен ВА и выдают ступенчатый ток, только приближающийся к синусоиде. Более дорогие ИБП данного класса мощнее - до 1500-2000 ВА и используют более сложные инверторы, позволяющие при питании от батарей получить настоящий синусоидальный ток.

В качестве примеров ИБП начального уровня в этом классе можно назвать APC Back-UPS RS мощностью 500-1500 ВА, Powerware 5115 (500-1400 ВА), Ever SINLINE, Powercom Black Knight, Ippon SmartPro и другие. Примерами источников верхнего уровня являются Powerware 5125 (1000-2200 ВА), Ippon ProtectPro (мощность до 2000 ВА), Powercom серии Smartking (мощность до 3000 ВА, некоторые модели монтируются в стойки) и другие.

Если же требования к надежности очень высоки, а скачкообразные переключения с сети на аккумулятор недопустимы, нужно использовать ИБП с двойным преобразованием или онлайновые ИБП. В таких ИБП весь ток из сети поступает на выпрямитель. Выпрямитель, с одной стороны, заряжает батарею, а с другой - питает инвертор, который преобразует постоянный ток обратно в переменный. Если питание в сети исчезает, инвертор начинает питаться от аккумулятора.

На случай перегрузки инвертора некоторые онлайновые ИБП имеют резервную линию, через которую ток из сети может поступать к нагрузке, минуя выпрямитель и инвертор. Это обеспечивает источнику питания дополнительную надежность. Практически все онлайновые ИБП дают на выходе синусоидальный ток. Недостаток онлайновых ИБП в неизбежном падении КПД и росте собственной потребляемой мощности вследствие двойного преобразования тока.

Ассортимент источников с двойным преобразованием также велик - это дорогостоящие устройства, часто монтирующиеся в стойки. Например, ИБП APC Smart-UPS XL и Powercom Vanguard выпускаются как в стоечном варианте, так и в корпусах типа "башня". Самые мощные ИБП этого класса, вроде Powerware 9340, занимают целые шкафы и имеют выходную мощность в десятки кВА. Отдельно стоит отметить и онлайновые ИБП с дельта-преобразованием APC Silicon мощностью от 10 до 500 кВА. В схему этих ИБП входит дельта-трансформатор, который постоянно корректирует форму входного напряжения, что позволяет добиться практически идеальной синусоиды. Двойному преобразованию при этом подвергается только около 15% энергии, поступающей из сети. Этого достаточно, чтобы питать нагрузку в течение нескольких миллисекунд, пока происходит переключение на батареи.

Похожие характеристики имеют и ИБП с феррорезонансными трансформаторами. По схеме они аналогичны ИБП, взаимодействующим с сетью. Однако использование феррорезонансных трансформаторов позволяет избавиться от скачков при переключении нагрузки от сети на батарею. Дело в том, что в силу своих конструктивных особенностей они накапливает значительную энергию в своем магнитном поле. Этой энергии достаточно для питания нагрузки в то время, пока происходит переключение на питание от батареи. В результате, как и в ИБП с двойным преобразованием, нет даже кратковременных перебоев с электропитанием.

Кроме того, феррорезонансный трансформатор обеспечивает стабилизацию сетевого напряжения - именно для этой цели подобные трансформаторы изначально и были предназначены. На рынке число ИБП с феррорезонансными трансформаторами невелико - это устройства серии Ferrups, выпускавшиеся в свое время компанией Best Power, а теперь поставляемые под маркой Powerware. Мощность таких ИБП составляет от 0,5 до 18 кВА.

Наконец, несколько слов стоит сказать и о трехфазных ИБП. Они используются в случаях, когда источник должен иметь большую мощность от 10-20 кВА и выше. При подключении источников такой мощности к однофазной сети могут возникать значительные перегрузки. Кроме того, к трехфазным ИБП большой мощности можно подключать специальное оборудование, работающее от трехфазной сети c напряжением 380 В. Выпускаются трехфазные ИБП как с однофазными, так и с трехфазными выходами. Использовать такие источники имеет смысл для централизованной защиты большого числа серверов и телекоммуникационного оборудования. Мощность, к примеру, трехфазных ИБП серии Powerware 9315 составляет до 635 кВА.