Если в быту внезапное обесточивание грозит прерванным просмотром видеофильма или холодным завтраком, то в компьютерном мире исчезновение электропитания может привести к гораздо более плачевным последствиям.
Каждый из нас хоть однажды сталкивался с проблемами электроснабжения. Но если в быту внезапное обесточивание грозит прерванным просмотром видеофильма или холодным завтраком, то в компьютерном мире исчезновение электропитания может привести к гораздо более плачевным последствиям. В лучшем случае будут потеряны несохраненные данные, а в худшем может пострадать компьютерное «железо». И хорошо если информация, хранящаяся на жестких дисках, останется в целости и в сохранности, а ведь можно и ее потерять.
Ранее ИБП (источники бесперебойного питания), или UPS (Uninterruptible Power Supply), использовались лишь в наиболее критичных в плане энергоснабжения структурах, например, в медицинских учреждениях, а во времена «ламповых» мэйнфреймов они обеспечивали еще и их работу. Сегодня ИБП можно увидеть на столе не только у работника офиса, но и у многих домашних пользователей. Хотя компьютерная техника дешевеет, стало быть, сгоревший процессор или материнская плата уже не столь больно ударят по кошельку. Но ущерб от испортившегося компьютерного оборудования может быть значительным в первую очередь из-за важности потерянных вместе с «железом» данных. Наряду с удешевлением стоимости самих ИБП их применение даже вместе с домашним компьютером становится все более популярным.
Что же касается применения ИБП на рабочих местах, то здесь ситуация такова. Бесперебойное питание для офисных рабочих станций стало стандартом во многом благодаря тому, что пресловутое сохранение данных каждые N минут не гарантирует потерю этих же данных в случае выхода из строя компьютерных компонентов, прежде всего, устройств хранения информации. Тем более что в гарантийных талонах на оборудование присутствуют примечания, что «фирма продавец не несет ответственности за ущерб, вызванный несоответствием Государственным техническим стандартам и нормам питающих, телекоммуникационных и кабельных сетей». Ситуация становится в определенном смысле еще более забавной, если учесть, что, согласно ГОСТу на разводку электросети, организация кабельных и распределительных сетей не гарантирует постоянства подключения соответствующих фаз. Другими словами, если сегодня вы подключили заземление на ноль трехфазной цепи на лестничном щитке, завтра вполне может оказаться, что корпус вашего компьютера окажется под напряжением. Таким образом, несовершенство нашего электроснабжения может вызвать выход из строя дорогостоящего оборудования и без видимых сбоев электросети.
Сказанное выше подтверждается исследованиями, проведенными для компании IBM, согласно которым, каждый месяц возникают проблемы, вызванные теми или иными причинами, непосредственно связанными с электроснабжением. Например, полная потеря данных, выход из строя вычислительной техники либо малозаметные для рядового пользователя частые ухудшения параметров вычислительной системы. По данным фирмы Contingency Planning, среди причин потери информации проблемы электроснабжения превалируют над остальными, достигая в общей сумме 45-50%. Приемлемый выход из сложившегося положения лишь один - приобретение источника бесперебойного питания. Оригинальным способом можно также считать установку собственного генератора со всеми вытекающими из этого затратами времени и средств, либо дорогих распределительных (параллельно дополняющих) систем защиты, опять же с резервированием.
Причины неправильного питания
Прежде чем приступить к обзору ИБП, присутствующих на нашем рынке, хотелось бы сначала напомнить об основных типах отклонений от нормального электроснабжения. Для начала приведем оговоренные в ГОСТе нормативы. Нормальным считается напряжение, изменяющееся по синусоидальной зависимости с частотой 50 Гц и среднеквадратичным значением 220 В. Нормальные допуски на изменение этих величин составляют ±0,2 Гц и ±11 В соответственно, предельные допуски - ±0,4 Гц и ±22 В соответственно.
Полное исчезновение напряжения. Оно заключается в исчезновении напряжения в течение двух и более периодов. Аналогичным исчезновению будет и понижение уровня напряжения хотя бы до 100 В. Причины сбоя такого рода нужно искать в первую очередь в обрыве фазы или выходе из строя распределительных устройств. Следствием этого нарушения является отключение системы с моментальным повреждением файлов (особенно в случае использования «непротоколирующей» FAT-образной файловой системы, с NTFS дела обстоят куда лучше). Если исчезновению энергии будут предшествовать скачки напряжения сети, вызванные, например, переходными процессами, то велика вероятность выхода из строя и компьютерного оборудования.
Перенапряжение. Заключается в повышении напряжения более чем на 10% от номинального значения. Если данное «неноминальное поведение» электросети продлится некоторое время, то возможен перегрев элементов блока питания компьютера и, как следствие, пробой его электроизоляции, что, несомненно, вызовет короткое замыкание. Переходные процессы, им вызванные, увеличат ток по экспоненциальному закону до уровня, который может стать губительным для большинства компонентов системы. Следствием временного перенапряжения может стать отключение оборудования с большой потребляемой мощностью, например, бетономешалки или мощной дрели при ремонте в соседнем офисе.
Провал напряжения. Случай, противоположный предыдущему, в том числе и в плане происхождения. Не секрет, что включение мощных приборов часто вызывает временные «провалы» уровня подаваемого напряжения. Последствия выражаются в потере данных и отключении компьютера.
Импульсообразные всплески. Вызваны, прежде всего, погодными явлениями и статическими разрядами, например, молнией. Вследствие такого воздействия на питающую сеть возможны кратковременные (длительностью до полупериода) всплески напряжения вплоть до нескольких тысяч вольт. В результате это ведет к поражению в первую очередь изоляции, что в будущем чревато короткими замыканиями.
Шумы. Являются следствием высокочастотных электромагнитных помех, вызванных, например, работой мощных радиоизлучающих устройств или других приборов (пускорегулирующие установки систем освещения). Последствия имеют локальный характер - отключение или блокировка средств ввода информации, искажение картинки на мониторе. Если офис расположен рядом с радиостанцией или сотовой базой, то наводок на питающую сеть не избежать.
Искажение формы напряжения или изменение частоты. Проблема, при которой отклонение от номинала хотя бы на 1 Гц грозит серьезными проблемами даже для бытового оборудования. Что же касается компьютерных комплектующих, то снижение частоты будет губительно в основном для блоков питания.
Питание должно быть качественным
Различают две базовые технологии защиты от сбоев электроснабжения. Первая - самая простая, и как следствие, устройства, основанные на ее использовании, являются наиболее доступными по цене. Это сетевые фильтры и устройства подавления выбросов напряжения (surge protectors). Первые построены на базе сглаживающего трансформатора, вторые - на контурах, содержащих индуктивности и емкости. В данной статье подобные устройства не рассматриваются, так как, продлевая жизнь оборудованию, они не спасут его при исчезновении напряжения. К тому же и сетевые фильтры, и подавители выбросов напряжения зачастую являются компонентами второй группы, которая и представляет собой источники бесперебойного питания.
Непосредственно ИБП можно разделить на два типа, классифицируя их по способу соединения батареи и нагрузки. Устройства, названные ИБП непрерывного действия (online), характерны постоянным подключением нагрузки через батарею. Переменный ток преобразуется в постоянный, подзаряжает аккумулятор и инвертируется обратно в переменный, поступая на блоки питания запитанных устройств. Другой тип ИБП, получивший название резервных ИБП (offline), характеризуется подключением нагрузки к батарее лишь в случае исчезновения напряжения в сети или другого, описанного выше сбоя в электроснабжении. Теперь перейдем к рассмотрению реализации вышеописанных принципов.
Standby/off-line/back-up UPS (Резервные ИБП)
В нормальном режиме нагрузка питается по верхней ветви схемы, т.е. от общей сети. В случае сбоев энергоснабжения срабатывает переключатель (время срабатывания - 3-4 мс), и подключенные приборы переводятся на питание от встроенной батареи. Если используется недостаточно качественный преобразователь, фильтр может быть размещен непосредственно перед нагрузкой, чтобы улучшить выходные параметры напряжения. Обычно в качестве фильтров используются уже упоминавшиеся устройства подавления выбросов напряжения или сетевые фильтры. К сожалению, конструкции этого класса лишены внутренних регуляторов напряжения, и поэтому сеть общего назначения накладывает определенный отпечаток на выходной сигнал источника бесперебойного питания. Таким образом, back-up UPS не спасет от немного пониженного или повышенного напряжения, а также от искажения частоты, однако сгладит сильные скачки и по меньшей мере не даст пропасть данным. Обычно батареи этих устройств рассчитаны на автономную работу компьютера в течение 7-10 минут, чего более чем достаточно для сохранения рабочих документов и нормального завершения работы системы.
Standby, off-line, back-up UPS (Резервные ИБП)
Line-Interactive (Интерактивные ИБП)
Данный тип ИБП является логическим развитием серии offline. Недостаток первой схемы, выражающийся в отсутствии возможности регулирования уровня напряжения, решается здесь при помощи автотрансформатора. Он сглаживает небольшие скачки, тем самым не заставляя переходить на питание от батареи, что, несомненно, положительно сказывается на сроке службы последней и, кроме того, незаменимо для сетей с постоянными перебоями, на которых схемы первого типа малоэффективны из-за отсутствия времени для перезарядки батареи. Необходимо также отметить наличие активного фильтра, который непрерывно осуществляет общий мониторинг линии и дополнительно улучшает картину выходного напряжения. В последнее время активный фильтр и инвертор часто объединяются, в таком случае переключатель меняется местами с преобразователем, и необходимость в отдельном активном фильтре отпадает. Преобразователь же постоянно находится в режиме online. Итак, данный тип ИБП имеет все преимущества предыдущего, к которым прибавляется регулирование частотных параметров. Вследствие использования более простого переключателя время срабатывания снижается до 2 мс.
Line-Interactive (Интерактивные ИБП)
Line-Interactive (Интерактивные ИБП с объединенным активным фильтром и инвертором)
On-line UPS (ИБП постоянного действия)
Устройства этого типа принято называть еще «ИБП с двойным преобразованием», так как напряжение, поступающее из внешней сети, преобразуется в постоянное, в случае необходимости подзаряжает батарею и вновь преобразуется в переменное. Перепад напряжения или авария не вызывают никаких переключений, которые попросту не нужны. Таким образом, на нагрузку попадает максимально качественное питание.
В схеме устройства предусмотрена обходная цепь, которая служит предохранением от перегревов и коротких замыканий, прежде всего, внутри самого источника бесперебойного питания. Постоянное наличие выпрямленного напряжения позволяет создавать импульсы нужной длительности и затем при помощи широтноимпульсной модуляции - гармонические кривые, близкие к идеалу. Таким образом, хорошие выходные параметры и нулевое время переключения возводят ИБП этого типа в ранг лучших представителей рассматриваемых устройств.
On-line UPS (ИБП постоянного действия)
Параметры ИБП
Теперь, разобравшись с тем, какой тип источника бесперебойного питания необходим в конкретной ситуации, перечислим некоторые параметры ИБП, по которым производится выбор конкретной модели.
Выходная мощность ИБП. Измеряется в вольт-амперах (ВА) и вычисляется по амплитудным (среднеквадратичным) значениям тока и напряжения. Для этого значение полной мощности умножается на коэффициент мощности (в теоретических основах электротехники его принято еще называть углом сдвига фаз между током и напряжением). Этот коэффициент для импульсных блоков питания компьютеров лежит в пределах от 0,6 до 0,8. Если подбирается компьютерное оборудование под определенную модель ИБП, то достаточно умножить полную мощность ИБП, скажем, на 0,7.
Необходимая оборудованию мощность. Здесь все намного проще, так как вычислить ее не составляет большого труда, достаточно лишь знать номиналы блоков питания, разумеется, с учетом запаса в 15- 20%. Номинальная мощность указываются на корпусах блоков питания.
Время автономной работы. Это основной, интересующий конечного потребителя параметр. Если нагрузка соответствует мощности ИБП, то время автономной работы составит указанную производителем величину. Если мощность вашего оборудования меньше, то время резервной работы увеличивается. Обычно в характеристиках конкретной модели ИБП указывается время автономной работы (иначе - время резервирования) для полной и половинной нагрузки.
Время переключения. В принципе, чем оно меньше, тем лучше. При этом, однако, надо заметить, что отсутствие напряжения в течение 2-4 мс покрывается большинством компьютерных блоков питания за счет наличия емких конденсаторов. Поэтому желательно, чтобы время переключения конкретной модели ИБП укладывалось в этот интервал.
Срок службы резервных батарей. Широко варьируется и зависит в основном от условий эксплуатации. Нормальный срок службы аккумуляторных батарей ИБП составляет 5 лет.
