Детальное ознакомление с предлагаемыми производителями ИБП очень полезно, поскольку приобретение новой системы может обойтись дешевле, чем эксплуатация уже устаревшего оборудования. Решающим доводом становится общая стоимость владения (Total Cost of Ownership, TCO). Как правило, новое устройство ИБП благодаря своему более высокому КПД не только быстро окупает затраты на его приобретение, но и экономит энергию, а значит, деньги.
При выборе подходящих решений владельцу ЦОД следует принять во внимание следующие критерии:
-
какая система в большей степени соответствует требованиям пользователя?
-
какие рыночные тенденции наиболее перспективны?
-
действительно ли приобретение нового ИБП оправдано с экономической и экологической точек зрения?
-
как обстоят дела с доступностью и безопасностью (уровни Tier 1-4)?
-
возможны ли гибкие расширения и модернизация системы в случае изменения предъявляемых к ней требований?
-
какие затраты следует ожидать на протяжении всего жизненного цикла системы ИБП?
ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ИБП
Представленные на рынке системы ИБП имеют самые разнообразные функции и варианты исполнения. В настоящее время применяются три основных типа: резервные (Offline или Standby), линейно-интерактивные (Line-interactive) и активные (Online) системы. Резервные системы, согласно предписаниям IEC 620403, класс 3, получили новое название: системы с зависимостью от напряжения и частоты (Voltage and Frequency Dependent, VFD); они защищают оборудование лишь при исчезновении напряжения, падении напряжения, а также повышении напряжения, поэтому не пригодны для использования в ЦОД, серверных помещениях и не применяются в технологиях автоматизации.
ИБП интерактивного типа — в соответствии с классификацией IEC 620403, класс 2, это системы с независимостью от напряжения (Voltage Independent, VI) — помимо прочего, защищают от коротких замыканий во внешней электросети и от линейных шумов. Этот тип ИБП применяется, прежде всего, в тех сферах, где выравнивание напряжения не имеет критического значения для эксплуатации систем. ИБП классов 2 и 3 схожи в том, что переход на работу от батарей происходит только в случае исчезновения напряжения в электросети. Их владельцам нужно принимать во внимание время, необходимое на переключение, так как для критически важных приложений оно может оказаться слишком большим.
Системы с независимостью от частоты и напряжения (Voltage and Frequency Independent, VFI) класса 1 по стандарту IEC 620403 соответствуют активным системам с двойным преобразованием и обеспечивают наивысший уровень защиты. Как генераторы электричества, они непрерывно вырабатывают собственное сетевое напряжение, поэтому подключенные устройства постоянно и без ограничений снабжаются сетевым напряжением, форма которого соответствует правильной синусоиде. В отличие от решений класса 2, они защищают оборудование от высоких пиков напряжения, отклонений частоты, пиков включения и верхних гармоник и, тем самым, поддерживают работу основных критически важных для предприятия приложений.
Современные ИБП с двойным преобразованием работают без трансформаторов, а некоторые оснащены выпрямителями на биполярных транзисторах с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT). В результате они не только обеспечивают больший КПД (по сравнению с ранее выпускавшимися устройствами), но на их изготовление требуется меньше железа и меди.
К примеру, если нужно защитить модульные серверы (Blade Server), создающие большую емкостную нагрузку, то традиционные системы работают с очень низким КПД, составляющим около 89%, поскольку используют трансформаторную технологию, рассчитанную на индуктивные нагрузки. На бестрансформаторные ИБП это практически никак не влияет, и при такой нагрузке их КПД достигает 90-95%. Таким образом, даже при использовании в ЦОД модульных серверов, мощность ИБП может быть снижена.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ ПРОТИВ МОДУЛЬНОГО ПОДХОДА
Для определения экономической эффективности ИБП важно учитывать не только стоимость приобретения, но затраты, возникающие в случае потенциального сбоя, а также эксплуатационные расходы, рассчитываемые за весь период использования системы. В избыточных системах с немодульной архитектурой для обеспечения требуемой защиты от сбоев применяются два идентичных устройства. В случае отказа одного, второе сможет полностью обеспечить необходимую мощность. Однако такой подход имеет ряд недостатков. В частности, обе системы постоянно включены, даже если условия позволяют обходиться лишь одной из них. К тому же они функционируют в режиме частичной нагрузки с крайне низким КПД, а поскольку модернизировать такие системы сложно, они, как правило, планируются с чрезмерным запасом мощности.
В случае модульных систем со вставными элементами ИБП формата 19”избыточность обеспечивается по формуле N+1. Это означает, что при сбое одного модуля остальные способны взять на себя всю нагрузку. Так, мощность 120 кВА будут обеспечивать не две установки по 120 кВА каждая, а четыре модуля по 40 кВА. При такой концепции все модули работают с оптимальной загрузкой и очень высоким КПД, так что добавочная нагрузка в энергетическом балансе будет гораздо меньше. Таблица 1 показывает, какие экономические и финансовые выгоды приносят повышение КПД всего лишь на несколько процентов. Одновременно с этим, такая концепция положительно влияет на доступность систем: при этом важно учитывать не только среднее значение наработки на отказ (Mean Time Between Failure, MTBF), но и среднюю продолжительность ремонтных работ (Mean Time To Repair, MTTR).
При избыточности по принципу N+1 значение MTBF неизбежно снижается, поскольку, когда применяются несколько модулей, повышается вероятность сбоев, однако у некоторых производителей в случае возникновения неполадок или повышения нагрузки модули можно менять без прерывания работы системы, что приводит к заметному снижению значения MTTR по сравнению с традиционными системами и существенному повышению общей доступности и безопасности системы. Кроме того, поскольку такая замена выполняется легко (по крайней мере, у систем Newave, см. Рисунок 1), пользователь в состоянии справиться с ней самостоятельно. Поврежденный компонент можно отдать в ремонт, а затем снова установить, не прерывая эксплуатацию системы.
Покупать модульные ИБП с расчетом на максимальную ожидаемую нагрузку не обязательно: по мере повышения требований к производительности их можно наращивать дополнительными модулями (в соответствии с принципом «оплата по мере роста» — pay as you grow).
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ
Новые технологии ИБП обладают еще несколькими практичными функциями: для осуществления обслуживания систем по мере необходимости, а не в соответствии с жестко фиксированными графиками техобслуживания, многие производители предлагают инструменты для контроля состояния своих ИБП: в случае возникновения неполадок они отправляют уведомления по локальной сети, через Internet или в виде SMS на мобильный телефон (см. Рисунок 2). Помимо этого, оптимизированные технологии зарядки препятствуют полной разрядке или избыточной зарядке батарей, благодаря чему срок их службы повышается на 30% и более.
В настоящее время, когда защита окружающей среды и эффективность приобретают все большее значение, замена устаревшей системы ИБП может быть вполне оправдана. А при выборе решения на основе модульных систем новое приобретение окупится особенно быстро.
Петер Джиллих — руководитель компании Newave USV Systeme GmbH.
© AWi Verlag
Таблица 1. Сравнение параллельных и модульных систем ИБП по экономическим и экологическим характеристикам.
Рисунок 2. Удаленное обслуживание сокращает затраты времени и экономит финансы.