Источники бесперебойного питания (Часть 1)

Требования к оборудованию по обеспечению бесперебойного питания со стороны потребителей постоянно растут и это на фоне усугубляющегося дефицита электроэнергии и нестабильности ее поставок.

В качестве одного из решений возникающих проблем мы уже предлагали системы, способные выдерживать значительные колебания в электросети, другим решением, более надежным, но требующем дополнительных затрат, является использование источников бесперебойного питания (ИБП).

На территории России стандарты качества электросети определяются характеристиками, установленными в ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», согласно которому напряжение в электросетях должно составлять 380 В (для трехфазных сетей) и 220 В (для однофазных), допустимое отклонение ±5%, предельно допустимое ±10%; частота 50 Гц , предельно допустимое отклонение частоты ±0,4 Гц, нормально допустимое значение коэффициента нелинейных искажений 6%, предельно допустимое — 20%. Однако на деле эти параметры часто не выдерживаются. При значительных колебаниях напряжения в электросети, компьютеры «SLY – COUNTRY», с БП «full range» остаются работоспособны, но в случае полного пропадания напряжения, широкодиапазонные БП (используются в «SLY – COUNTRY») оказываются бессильны. При непродолжительном «пропадании сети», эффективным решением окажется использование ИБП, которые обеспечивают требуемое выходное напряжение (мощность) за счет электроэнергии накопленной в аккумуляторах.

Основные отказы и нарушения в сети электроснабжения:

1. Исчезновение напряжения

2. "Провал" напряжения

3. Повышение напряжения

4. Понижение напряжения

5. Электромагнитные и радиочастотные помехи

6. Высоковольтные импульсы

7. Высокочастотные импульсы

8. Переходный процесс при коммутации

9. Искажение синусоидальности напряжения

Источники бесперебойного питания можно условно разделить на 3 класса:

- Standby UPS.Самые простые и недорогие ИБП не стабилизируют выходное напряжение, выходная амплитуда и частота изменяются так же, как и входные. Обеспечивают пассивную фильтрацию входного напряжения, а при падении/повышении входного напряжения относительно определенного уровня (к примеру, падение ниже 180 В), переходят на аккумуляторы, работают от батарей несколько минут и отключают нагрузку. Могут эффективно использоваться как дополнительное средство защиты с компьютерами «SLY – COUNTRY». Защищают от неполадок 1 - 3 в электросети.

- Smart UPS. Средние по стоимости ИБП, стабилизируют переменное напряжение ступенчато, с помощью автотрансформатора (бустера). Например: при 220В на входе – на выходе 220В; 210В - 210В; при падении до 190В, «добавляют» 20В - на выходе 210В. Могут работать в широком диапазоне входных напряжений без перехода на аккумуляторы. При работе в нормальном режиме не корректируют частоту. Имеют пассивные фильтры, которые фильтруют переменное напряжение. При исчезновении входного напряжения UPS переходят на автономную работу от аккумуляторов. Smart UPS, оборудованные дополнительными батареями, могут поддерживать нагрузку более часа. Защищают от неполадок 1 - 5 в электросети.

- Double conversion UPS. ИБП с максимальным классом защиты. Преобразуют 100% поступающего на вход переменного напряжения в постоянное, а затем выполняют обратное преобразование. Защищают от неполадок 1 - 9 в электросети.

Стоит отметить, что рассматриваемые ИБП, по сути, предназначены лишь для того, чтобы корректно (или почти корректно) завершить работу оборудования, либо (в случае быстрого возобновления подачи электроэнергии от основного или резервного источника) продолжения штатного функционирования системы при кратковременном пропадании напряжения в электросети. Как правило, это единицы или десятки минут. ИБП не рассчитаны на длительное поддержание нагрузки (время работы от ИБП определяется емкостью батарей), а потому не могут служить средством защиты электрооборудования от продолжительных капризов электросети.

ИБП оценивают по многим параметрам. Для обычного пользователя ПК наиболее значимы следующие: мощность ИБП (какую суммарную нагрузку можно подключить к ИБП), время автономной работы, время зарядки аккумуляторов, защита от перегрузок, автоматическая регулировка напряжения (AVR), стоимость, габариты.

1. Мощность ИБП рекомендуется выбирать таким образом, чтобы максимальная нагрузка не превышала 70% от расчетной, выходной мощности ИБП (как правило, указывается в характеристиках источника).

Все это конечно хорошо, но вот с выбором оптимального решения все не так просто. Среднее потребление, даже очень мощного ПК, редко превышает 250-300 Ватт, в то время как пиковые значения могут быть существенно выше (статья "Еще раз о выборе блока питания"). Дабы не усложнять процедуру выбора, мы полагаем, что достаточной информацией может служить мощность БП, установленного в системном блоке ПК, а также суммарная мощность периферийного оборудования, подключаемого через ИБП.

Следует оговориться, что в характеристиках оборудования мощность может указываться как в Ваттах (активная мощность), так и в ВА(Вольт Амперы, полная мощность). Так, для ИБП часто приводят значения в ВА. Эти понятия часто путают, что приводит к не совсем корректному выбору ИБП. Будем считать, что 1ВА=1,4Вт.

Примечание. В блоках питания с PFC (Power Factor Corrected) БП активная и полная мощности оказываются равными. Для них 1 ВА приравнен к 1 Вт. Дабы не усложнять наши рассуждения, оставим этот факт без внимания.

Попробуем подобрать ИБП с учетом следующей информации:

Мощность блока питания в системном блоке – 500 Вт
ЖК монитор Samsung 225UW SFV – 50 Вт
Т.е в сумме 550 Вт
Полная мощность (ВА) = 550*1.4= 770 ВА
С учетом рекомендованного запаса (70%) нам потребуется ИБП с выходной мощностью – 1000 ВА

2. Время автономной работы. Для большинства наиболее распространенных источников бесперебойного питания, при максимальной нагрузке, время автономной работы от аккумуляторов составляет 3-15 минут. Естественно, в случае если нагрузка на ИБП меньше максимальной, время работы от батареи увеличивается.

Еще раз подчеркнем - сколь бы ни была хороша система защиты электросети от сбоев, ИБП, по сути, предназначен лишь для того, чтобы корректно (или почти корректно) завершить работу оборудования. ИБП не генерирует электроэнергию, не рассчитан на длительное поддержание нагрузки (время работы от ИБП определяется емкостью батарей), а потому не может служить средством защиты электрооборудования от продолжительных сбоев электросети.

3. Время зарядки аккумуляторов. Как правило, источники заряжают батареи по классическим канонам – зарядный ток составляет порядка 10% от емкости (Ампер/час), т.е. потребуется около 10 часов для полного заряда аккумуляторов. Часто указывают время зарядки до 90% полной емкости.

Аккумуляторы нового ИБП не заряжены, если Вы сразу же поставите его под нагрузку, батареи не смогут обеспечить должный режим при отключении электроэнергии. Поэтому, прежде чем задействовать ИБП, оставьте его подключенным к электросети на 10-12 часов (если не указано иное время в техническом описании).

4. Автоматическая регулировка напряжения (AVR). Напряжение на выходе ИБП желательно иметь постоянное, не меняющееся в зависимости от входного напряжения. Именно для этого и предназначена система AVR. Т.е. приличный ИБП не только защищает от пиков выбросов и «пропадания сети, он берёт на себя уравнивание всех отклонений цепи питания, обеспечивая стабильный переменный ток 50/60 Гц для клиентских устройств.

Внимание: ИБП, даже отключенный от сети переменного тока, может формировать на выходе напряжение 220 В, опасное для жизни!

Немного об эффективности или КПД. Двойное преобразование энергии в Double conversion UPS приводит к понижению КПД по сравнению со Standby UPS и Smart UPS. Однако надежность ИБП с двойным преобразованием зачастую весомее и, в ряде случаев, является превалирующим фактором для принятия решения при выборе типа ИБП.

Сегодня ИБП можно рассматривать не как отдельное устройство, а как часть единой системы, обеспечивающей надежность функционирования информационных систем. Для повышения отказоустойчивости ИБП, изготовители предусматривают возможность резервирования батарей, блоков силовой электроники и средств управления. Т.е. несколько ИБП можно установить таким образом, чтобы одни источники резервировали другие. Объединение ИБП применяется и для повышения общей мощности системы.

Нужен ли вам ИБП? - если работа сопряжена с ценной, регулярно обновляемой информацией, а энергоснабжение оставляет желать лучшего, без ИБП не обойтись. В любом случае, если есть возможность использовать ИБП – лучше использовать.

Можно ли обойтись без ИБП?

Современные программно-аппаратные комплексы позволяют снизить риск потери информации и, в качестве рекомендаций, мы можем предложить следующее:

1. Используйте современные операционные системы.

2. Не выбирайте корпус и БП по остаточному принципу. Запас мощности по питанию и хорошая система вентиляции в не меньшей степени влияют на надежность ПК.

3. Применяйте отказоустойчивые файловые системы, к примеру - NTFS.

4. Старайтесь использовать программное обеспечение, в котором заложена возможность восстановления информации в результате некорректного завершении работы программы.

5. Не пренебрегайте использованием ПО, предназначенным для резервного копирования и восстановления информации. Советуем обратить внимание на продукцию фирмы Acronis.

6. Если позволяют знания, используйте отказоустойчивые дисковые массивы (RAID).

7. Компьютеры «SLY – COUNTRY», с БП «full range», частично решают многие проблемы, связанные с недостатками электроснабжения.

8. Абсолютно надежных и отказоустойчивых систем не бывает, мы лишь можем влиять на вероятность отказа.

В последующем, мы познакомим вас с конкретными моделями ИБП.