Для нормальной эксплуатации серверного и телекоммуникационного оборудования необходимо его защищать от внешних проблем: как сетевых (вирусы, хакерские атаки), так и физических (перегрев, механическое повреждение, влажность). Полноценная физическая безопасность it-аппаратуры также невозможна без системы резервного электроснабжения, наиболее часто организуемой на основе источников бесперебойного питания.
ИБП какого типа рекомендован для серверного оборудования?
По принципу действия и топологии (схеме построения) источники питания бывают:
- резервные (off-line/standby);
- линейно-интерактивные (line-interactive);
- с двойным преобразованием (on-line).
В устройствах первого типа нагрузка в нормальном режиме работы подключена к внешней сети. При выходе сетевых параметров за установленные пределы электрическая цепь переключается на инвертор, питаемый от аккумуляторных батарей (АБ).
Резервные бесперебойники относительно недороги, однако имеют ряд серьезных минусов:
- задержку при переходе на батареи – от 5 мс;
- несинусоидальную форму выходного напряжения в автономном режиме;
- слабую фильтрацию и отсутствие коррекции сетевого сигнала;
- скачкообразные изменения напряжения и частоты при коммутации резервного питания.
Указанные недостатки вызывают нежелательные для микропроцессорной техники последствия (вплоть до выхода из строя). Следовательно, резервный UPS – не оптимальное решение для защиты серверной техники.
Линейно-интерактивный источник питания имеет схожую с предыдущим вариантом схему, дополненную стабилизатором напряжения. Она реализована на базе автотрансформатора с переключаемыми обмотками и позволяет, при небольших скачках напряжения в сети, регулировать выходное напряжение без участия АБ.
Благодаря синхронизации инвертора с входным сигналом, переход в автономный режим у линейно-интерактивных бесперебойников происходит быстрее, чем у off-line аппаратов, но тем не менее время переключения остаётся ненулевым. Кроме того, интерактивные ИБП не позволяют полностью фильтровать электрический сигнал от различных помех и не обеспечивают стопроцентную независимость выходных параметров от входных. Эти устройства не могут гарантировать полную энергобезопасность восприимчивого к любым электромагнитным колебаниям it-оборудования.
Оn-line модели – наиболее совершенный класс источников бесперебойного питания. Двойное преобразование предполагает участие аккумуляторов в работе независимо от сетевого режима. Это обеспечивает нулевое время перехода на резервное электроснабжение и, как следствие, беспрерывное питание нагрузки напряжением идеальной синусоидальной формы. Онлайн UPS устойчивы ко всем отклонениям качества электроэнергии и обеспечивают стабильное функционирование чувствительной техники независимо от параметров внешней электросети.
Только источники питания с двойным преобразованием отвечают всем требованиям к надёжности и качеству электроснабжения и рекомендованы для работы с любым серверным, сетевым и телекоммуникационным оборудованием.
Однофазный или трехфазный ИБП?
Выбор зависит от электрической сети на месте инсталляции и планируемой нагрузки:
- однофазные модели могут работать в сетях с напряжением 220 В, их мощность обычно не превышает 10 кВА. Они применяются для подключения отдельного сервера или компьютера, группы серверов, одной или нескольких серверных стоек, а также прочего телекоммуникационного оборудования, которым обладает компания;
- трехфазные бесперебойники питаются от сети с напряжением 380 В, отличаются высокой мощностью и обеспечивают защиту серверных помещений, больших it-комплексов и ЦОДов.
⇒ При подключении однофазного it-оборудования к трехфазному источнику питания любую из питающих фаз допустимо нагружать не более чем на 1/3 от его номинальной мощности. Например, трехфазная модель на 15 кВА способна запитать 5 кВА по каждой фазе. Нагрузка в 7 кВА на одну фазу, даже при нулевой нагрузке на остальные, вызовет аварийное отключение устройства!
Решения с конфигурацией 3:1 избавлены от таких проблем. Они позволяют равномерно загрузить три фазы за счёт однофазного выхода (220 В) при трёхфазном входе (380 В).
Эта статья посвящена однофазным источникам бесперебойного питания – их применение наиболее распространено с серверным оборудованием и небольшими it-системами. Схемы электроснабжения на базе трехфазных ИБП в основном применяются для ЦОДов.
Расчет мощности ИБП для серверного оборудования
Мощность источника бесперебойного питания для it-оборудования определяется по тому же принципу, что и для любой другой техники. Необходимо просуммировать мощности всех подключаемых потребителей и сверх этого заложить запас, компенсирующий возможные эксплуатационные перегрузки (актуальное значение – 30%). Подбор модели производится по полученному значению с округлением в большую сторону.
В технической документации и на заводских этикетках it-оборудования часто указывается максимальная мощность блока питания, а не действительное энергопотребление устройства. Рекомендуется уточнить реальную мощность, потребляемую нагрузкой. Данные можно запросить у производителя либо произвести самостоятельные замеры с помощью электроизмерительной аппаратуры (мультиметры, ваттметры).
Модельный ряд большинства производителей бесперебойников выстраивается по их полной мощности, измеряемой в вольт-амперах – ВА. Если мощность электрической нагрузки представлена только в ваттах – Вт (активная мощность), то перевод в вольт-амперы осуществляется делением на коэффициент мощности – cosφ (может обозначаться как PF), равный для простейшего it-оборудования 0,6-0,8 (например, для домашнего ПК).
Серверная и сетевая техника обычно оснащается блоком питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC), приближающей его значение к единице – 0,99. Если уверенности в наличии данной функции нет, то применяется типовое значение из указанного интервала.
Обратите внимание – в характеристиках источника бесперебойного питания указываются входной и выходной коэффициенты мощности, зависящие от электронной схемы самого устройства:
- входной – отражает влияние ИБП на внешнюю сеть и не имеет прямого отношения к подключаемой нагрузке;
- выходной – необходим при определении максимальной нагрузки в ваттах, которую устройство способно запитать, для этого умножаем полную мощность UPS на выходной коэффициент мощности.
Расчёт полной мощности защищаемой техники следует проводить, используя соответствующий ей коэффициент мощности, а не значения входного и выходного коэффициентов источника питания (cosφ прописывается в руководстве по эксплуатации большинства потребителей электрической энергии).
Полная (ВА) и активная мощность (Вт) подобранной модели должна быть не меньше соответствующих мощностей подключенных электроприемников, а для гарантированно надёжной работы – превышать их. Рассмотрим вычисление мощности на конкретных примерах.
Пример подбора источника питания для сервера
Необходимо подобрать источник бесперебойного питания для сервера с реальной потребляемой мощностью 600 Вт и блоком питания с PFC:
(600 Вт/0,99) + 30% (необходимый запас) ≈ 773 ВА.
По стандартной линейке мощностей подбираем бесперебойник номиналом 1000 ВА с выходным коэффициентом мощности не менее 0,8, так как 1000 ВА х 0,8 = 800 Вт.
Пример подбора источника питания для группы серверного оборудования
Необходимо подобрать источник бесперебойного питания для подключения серверного шкафа, в состав которого входит серверное оборудование мощностью 2400 Вт (блоки питания с PFC) и вентиляторный блок мощностью 1000 Вт (согласно эксплуатационной документации cosφ = 0,7):
((2400 Вт/0,99) + (1000 Вт/0,7)) +30% = 5008,6 ВА.
Округляем в большую сторону и выбираем ИБП номиналом 6 кВА.
В таблице ниже приведены типовые значения мощностей однофазных источников бесперебойного питания и их сферы применения в контексте оборудования для сбора, хранения и обработки данных.
| Мощность ИБП, кВА | Сфера применения |
| От 0,5 до 1 | Одиночные серверы, сопутствующее сетевое оборудование |
| От 1 до 5 | Серверные группы, телекоммуникационные стойки с сетевым и периферийным оборудованием |
| От 6 до 10 | Несколько серверных групп средней мощности, небольшие компьютерные и серверные комнаты, сетевые хранилища |
| От 10 и выше | Серверные группы большой мощности, серверные комнаты, мини ЦОДы |
⇒ Приведённые примеры условны. При выборе нужно ориентироваться на мощность конкретного оборудования.
Питание особо ответственных элементов it-системы организуется по схеме с двумя параллельными линиями, на каждой из которых устанавливается по отдельному источнику бесперебойного питания. В нормальном режиме мощность делится между питающими линиями поровну. Несмотря на это, каждый ИБП должен резервировать общую нагрузку системы.
Какое время резервирования требуется для серверного оборудования?
Методика расчета времени автономной работы для источника бесперебойного питания рассматривается в данной статье. Она не имеет принципиальных отличий и для it-оборудования.
Основное правило, которого следует придерживаться – время завершения всех информационных процессов не должно превышать период разряда аккумуляторных батарей.
Серверный ИБП со встроенными аккумуляторами при 80% нагрузке поддерживает электропитание в течение 5-10 минут (среднее значение, зависит от конкретной модели). Этого интервала обычно достаточно для корректного завершения работы и сохранения необходимых данных.
⇒ С увеличением нагрузки время резервирования снижается.
Для резервирования мощных it-систем и особо важного оборудования, отключение которого может повлечь критические последствия, предназначены источники бесперебойного питания с внешними батарейными модулями. Их автономная работа может быть увеличена за счёт подключения дополнительных аккумуляторных блоков до значения необходимого либо для устранения неполадок в сети, либо для включения цепи резервного электроснабжения, например, от дизель-генераторной установки (ДГУ).
Некоторые UPS при работе в автономном режиме могут автоматически отключать нагрузку поэтапно. В этом случае приоритетные электроприборы обесточиваются в последнюю очередь. У таких моделей обычно предусмотрено несколько разъемов для подключения основной и неприоритетной нагрузки.
Выбор внешних аккумуляторных батарей для источника питания рекомендуется проводить после консультации со специалистом. Это связано с тем, что необходимо учесть большое количество факторов: мощность нагрузки, качество внешней электросети, тип зарядного устройства.
Какими дополнительными функциями должен обладать серверный ИБП?
Современные источники бесперебойного питания имеют богатый функционал и оснащаются большим количеством опций. Некоторые из них необходимы для работы с серверным и телекоммуникационным оборудованием, а именно:
- автоматическое отключение защищаемого оборудования – позволяет при глубоком разряде батарей с помощью специального управляющего сигнала завершить работу операционной системы и своевременно закрыть все активные приложения. Сигнал формируется автоматически при достижении уровня заряда АКБ заданного значения;
- байпас – служит для коммутации сетевого напряжения в обход ИБП и позволяет проводить техническое обслуживание устройства, не прерывая электроснабжения нагрузки. Встречаются автоматический и механический байпас. Первый обычно встраивается в устройство и срабатывает при перегрузках и поломках, второй реализуется в виде внешнего модуля и рассчитан на ручное переключение;
- функция «холодного» старта – запуск источника питания от батарей при отсутствии внешнего напряжения. Опция даёт возможность включения защищаемого оборудования во время длительного отсутствия электроэнергии;
- «горячая» замена АБ – замена аккумуляторных блоков без остановки рабочих процессов;
- поддержка параллельной работы – позволяет параллельно соединить несколько приборов одного типа для повышения общей надёжности и мощности системы;
- автоматическая диагностика батарей – мониторинг технического состояния, температуры и прочих характеристик аккумуляторов, формирование аварийных сигналов при необходимости.
Также при выборе модели необходимо учитывать входное напряжение. Чем шире его предельный диапазон, тем с более значительными перепадами устройство справится без перехода в автономный режим. Большой диапазон входного напряжения уменьшает количество циклов зарядов – разрядов аккумуляторных батарей и сохраняет их ресурс.
Какое ПО необходимо для серверного ИБП? – комментарий эксперта
Программное обеспечение серверного ИБП должно отвечать определённым требованиям, главное из которых – наличие средств информационной коммутации с защищаемым it-оборудованием. Например, стандартный SNMP-протокол, позволяющий интегрировать бесперебойник в локальную сеть.
Существуют две функции, наличие которых в ПО источника бесперебойного питания повышает качество защиты it-оборудования:
- рассылка уведомлений об аварийных ситуациях по «сухим» контактам, электронной почте или SMS;
- поддержка удалённого подключения – дает возможность дистанционного мониторинга и анализа рабочих характеристик, а также настройки некоторых параметров устройства, в том числе через web-интерфейс.
При наличии функционала по удалённому обмену данными необходимо принять меры для предотвращения неразрешенного доступа к источнику питания. Он должен осуществляться только уполномоченными лицами!
Андрей Новиков,
Ведущий инженер ГК «Штиль»
ИБП «Штиль» для защиты серверного оборудования
Группа компаний «Штиль» предлагает однофазные источники бесперебойного питания для серверов с выходной мощностью от 0,3 до 10 кВА. Оборудование выпускается в напольном (tower), стоечном (rack) и универсальном (rack/tower) вариантах. В номенклатуре компании также представлены более мощные трехфазные решения и ИБП конфигурации 3:1.