Podstawowe informacje o zasilaczach bezprzerwowych (UPS)
advertisement
Podstawowe informacje o zasilaczach bezprzerwowych (UPS) Wszystko, co chcielibyście wiedzieć o systemach zasilania bezprzerwowego (UPS), a boicie się zapytać. Przygotowane przez Chrisa Loefflera, menedżera produktu — produkty BladeUPS i rozwiązania dla centrów przetwarzania danych, Distributed Power Quality, oraz Eda Spearsa, menedżera produktu z oddziału Power Quality Solutions firmy Eaton Corporation Streszczenie Planowanie budżetu dla energii elektrycznej, zapewnienie odpowiednich źródeł zasilania oraz szukanie sposobów mniejszego zużycia energii – to wszystko powszechne tematy poruszane wśród operatorów centrów przetwarzania danych. Niestety – trzeba powiedzieć, że czasami nad zapewnieniem niezawodnego i czystego zarazem zasilania zasobów IT zaczynamy się zastanawiać po fakcie Zapady napięcia, przepięcia oraz przerwy w dostawie energii elektrycznej są nie tylko nie do uniknięcia, ale są również w stanie uszkodzić cenny sprzęt IT i spowodować przerwę w działaniu organizacji. Właśnie dlatego planowanie i wdrażanie solidnych rozwiązań w zakresie zabezpieczenia zasilania odbiorników energii jest absolutnie niezbędne. Zasilacz bezprzerwowy (UPS) stanowi centralny element każdej dobrze zaprojektowanej architektury zabezpieczania zasilania odbiorników energii. Niniejszy dokument zawiera podstawowe informacje o tym, co to jest zasilacz UPS, jakie są rodzaje zasilaczy UPS, a także uniwersalny przewodnik wyboru odpowiedniego zasilacza UPS oraz potrzebnych akcesoriów. Spis treści Dlaczego zabezpieczenie zasilania odbiorników jest ważne.................................................................. 2 Co to jest zasilacz UPS? ............................................................................................................................. 2 Jakie są główne typy zasilaczy UPS ......................................................................................................... 3 Zasilacze z pojedynczą konwersją ........................................................................................................... 3 Zasilacze z podwójną konwersją .............................................................................................................. 3 Zasilacze pracujące w różnych trybach .................................................................................................... 4 Jak wybrać odpowiedni zasilacz UPS ....................................................................................................... 5 Topologia .................................................................................................................................................. 5 Jednofazowe i trójfazowe ......................................................................................................................... 6 Wartości znamionowe ............................................................................................................................... 6 Rodzaje obudów ....................................................................................................................................... 7 Dostępne funkcje ...................................................................................................................................... 7 Skalowalność i modułowość ................................................................................................................... 11 Oprogramowanie i komunikacja ............................................................................................................. 12 Serwis ..................................................................................................................................................... 14 Dodatkowe akcesoria do zasilaczy UPS ................................................................................................. 14 Magazynowanie energii w zasilaczach UPS .......................................................................................... 14 Zespół prądotwórczy ............................................................................................................................... 15 Moduły dystrybucji zasilania (PDU) ........................................................................................................ 15 Zakończenie ............................................................................................................................................... 15 Informacje o firmie Eaton ......................................................................................................................... 16 Informacje o autorach ............................................................................................................................... 16 EPE0747 www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 2 / 16 Dlaczego zabezpieczenie zasilania odbiorników jest ważne Żadna firma nie może pozwolić sobie na pozostawienie swoich zasobów IT niezabezpieczonych przed awariami i usterkami zasilania. Poniżej przedstawiono kilka z wielu możliwych powodów: • Nawet krótka przerwa w dostawie energii może stanowić kłopot. Utrata zasilania nawet na czwartą część sekundy może spowodować całkowitą niedostępność urządzeń IT przez okres od 15 minut do wielu godzin – a przestoje są kosztowne. Niektórzy eksperci szacują, że gospodarka USA traci rocznie od 200 do 570 miliardów dolarów z powodu przerw w dostawie energii i innych zakłóceń. • Zasilanie z sieci energetycznej nie jest czyste. Zgodnie z prawem parametry zasilania elektrycznego mogą wahać się w zakresie, który powoduje istotne problemy w funkcjonowaniu urządzeń IT. Według norm obowiązujących aktualnie w USA napięcie może legalnie różnić się od 5,7% do 8,3% w stosunku do specyfikacji. Oznacza to, że napięcie fazowe obiecywane przez dostawcę energii, które ma wynosić 208 V, może w rzeczywistości wahać się od 191 do 220 V. • Zasilanie z sieci energetycznej nie jest w 100% niezawodne. W rzeczywistości w USA niezawodność wynosi 99,9%, co przekłada się na 9 godzin przerwy w dostawie energii rocznie. • Problemy i zagrożenia cały czas narastają. W obecnych systemach pamięci, serwerach i urządzeniach sieciowych są stosowane zminiaturyzowane i wrażliwe komponenty, których praca ulega zakłóceniu lub które całkowicie przestają działać już przy takich warunkach zasilania, w jakich poprzednie generacje sprzętu działały normalnie. • Zespoły prądotwórcze i listwy przeciwprzepięciowe to nie wszystko. Zespoły prądotwórcze mogą podtrzymać pracę systemów podczas przerwy w dostawie energii, ale ich rozruch wymaga pewnego czasu, a poza tym nie zapewniają ochrony przed przepięciami ani innymi zakłóceniami elektrycznymi. Listwy przeciwprzepięciowe pomagają w przypadku przepięć, ale pozostają bezradne w przypadku takich problemów jak utrata zasilania, spadek napięcia czy długotrwałe ograniczenie dostaw energii. • Dostępność jest dziś wszystkim. Dawniej działy IT pełniły w firmach rolę pomocniczą, podczas gdy obecnie pełnią one absolutnie centralną rolę, decydującą o konkurencyjności i sukcesach większości firm. Gdy systemy IT przestają pracować, równie szybko zatrzymują się główne procesy biznesowe. • Dostępność jest wszystkim, ale koszty energii muszą być kontrolowane. Koszty energii i chłodzenia wyrwały się spod kontroli w ostatnich latach. Kierownicy centrów przetwarzania danych są zazwyczaj odpowiedzialni za wysoką dostępność, a jednocześnie za obniżenie kosztów zasilania. W osiągnięciu tych celów mogą pomóc zasilacze UPS o wysokiej sprawności oraz dostępność produktów, o jakich jeszcze kilka lat temu nikt nie marzył. Co to jest zasilacz UPS? Mówiąc najprościej, zasilacz bezprzerwowy (UPS) to urządzenie, które: 1. zapewnia podtrzymanie zasilania podczas awarii zasilania sieciowego – przynajmniej do czasu prawidłowego wyłączenia urządzeń o krytycznym znaczeniu w celu niedopuszczenia do utraty danych; lub do czasu uruchomienia zespołów prądotwórczych; 2. kondycjonuje zasilanie sieciowe tak, aby żadne zapady ani przepięcia nie uszkodziły wrażliwego sprzętu elektronicznego. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 3 / 16 Jakie są główne typy zasilaczy UPS Zasilacze UPS można podzielić na trzy główne typy, zwane także topologiami: Zasilacze z pojedynczą konwersją W trakcie normalnej pracy przekazują one zasilanie z sieci do urządzeń IT. W przypadku gdy parametry zasilania sieciowego znajdują się poza ustalonymi wartościami granicznymi, zasilacz awaryjny UPS wykorzystuje falownik i zaczyna pobierać prąd z akumulatorów, a także odłącza zasilanie sieciowe, aby uniknąć zasilania zwrotnego sieci z falownika. Zasilacz UPS pracuje na akumulatorze aż do powrotu parametrów zasilania sieciowego do ustalonych granic lub do czasu wyczerpania się akumulatora – w zależności od tego, co nastąpi szybciej. Dwie najbardziej popularne konstrukcje z pojedynczą konwersją to zasilacze typu offline i line-interactive: • Zasilacze UPS offline przekazują zasilanie przychodzące z sieci do urządzeń IT aż do czasu wykrycia problemu z zasilaniem, kiedy to przełączają się na zasilanie z akumulatora. Niektóre zasilacze UPS offline są wyposażone w transformatory lub inne urządzenia, które zapewniają także kondycjonowanie zasilania w ograniczonym zakresie. • Zasilacze UPS line-interactive podwyższają lub obniżają w razie potrzeby napięcie przychodzące z sieci, przekazując zasilanie do chronionych urządzeń. Jednakże tak jak w przypadku zasilaczy UPS offline, także one korzystają ze swoich akumulatorów w przypadku wystąpienia nieprawidłowości związanych z częstotliwością. Rysunek 1. Konstrukcja wewnętrzna zasilacza UPS typu line-interactive. Zasilacze z podwójną konwersją Jak sama nazwa wskazuje, urządzenia tego typu przekształcają energię dwukrotnie. Najpierw prostownik wejściowy przekształca prąd przemienny na stały i zasila nim falownik wyjściowy. Następnie falownik wyjściowy przekształca z powrotem prąd na przemienny i zasila nim urządzenia IT. Taki podwójny proces przekształcania całkowicie separuje odbiorniki o krytycznym znaczeniu od zasilania podawanego bezpośrednio z sieci, dzięki czemu urządzenia IT są zasilane wyłącznie czystą i niezawodną energią elektryczną. Przez cały czas podczas normalnej pracy zasilacza UPS o podwójnej konwersji zasilanie jest przekształcane dwukrotnie. W przypadku, gdy parametry zasilania wykraczają poza określone limity prostownik wejściowy zostaje odcięty, a falownik wyjściowy zaczyna pobierać energię z akumulatora. Zasilacz UPS kontynuuje pracę z akumulatora aż do powrotu zasilania sieciowego do ustalonych granic lub Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 4 / 16 do czasu wyczerpania się akumulatora – w zależności od tego, co nastąpi szybciej. W przypadku poważnego przeciążenia falownika lub awarii prostownika bądź falownika, statyczny układ przełączający w obwodzie obejścia jest natychmiast przełączany, aby zapewnić zasilanie odbiorników. Statyczny układ przełączający Rysunek 2. Konstrukcja wewnętrzna zasilacza awaryjnego UPS z podwójną konwersją. Zasilacze pracujące w różnych trybach Te zasilacze łączą funkcje układów z pojedynczą i podwójną konwersją, oferując jednocześnie znaczną poprawę w zakresie sprawności i niezawodności: • W normalnych warunkach zasilacz pracuje w trybie line-interactive, zapewniając oszczędność energii i pieniędzy, jednocześnie utrzymując napięcie w bezpiecznych granicach i korygując typowe zakłócenia napięcia sieci. • W przypadku przekroczenia ustalonych limitów parametrów napięcia sieci, zasilacz w trybie lineinteractive automatycznie przełączy się na tryb podwójnej konwersji, separując całkowicie urządzenia IT od wejściowego źródła zasilania sieciowego. • W przypadku przekroczenia ustalonych dla prostownika zasilacza o podwójnej konwersji limitów parametrów napięcia sieci lub całkowitego zaniku zasilania zasilacz zaczyna korzystać z energii zgromadzonej w akumulatorze do podtrzymania zasilania odbiorników. W trakcie rozruchu zespołu prądotwórczego zasilacz UPS przełącza się do trybu podwójnej konwersji, aż do czasu ustabilizowania zasilania wejściowego. Wtedy przełącza się z powrotem do trybu line-interactive, który charakteryzuje się wyższą sprawnością. Zasilacze UPS pracujące w wielu trybach są projektowane z myślą o dynamicznym wybieraniu idealnej równowagi między sprawnością pracy i zabezpieczeniem zasilania odbiorników energii elektrycznej. Podczas pracy w normalnych warunkach zasilacze tego typu zapewniają najwyższą sprawność. Natomiast w przypadku wystąpienia problemów zasilacze tego typu poświęcają nieco ze swojej sprawność na rzecz zapewnienia najwyższego poziomu zabezpieczenia zasilania odbiorników. W efekcie centra przetwarzania danych mogą zaoszczędzić dziesiątki tysięcy rocznie na kosztach energii bez obniżania i niezawodności. Aby uzyskać więcej informacji na temat zasilaczy UPS pracujących w różnych trybach prosimy zapoznać się z dwoma uzupełniającymi dokumentami „Which UPS is Right for the Job” (Wybór odpowiedniego zasilacza bezprzerwowego UPS) oraz „Maximizing UPS Availability” (Maksymalizacja dostępności zasilaczy bezprzerwowych UPS), które znajdują się na stronie www.eaton.com/pq/whitepapers. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 5 / 16 PRZETWORNICA NAPIĘCIA / ŁADOWARKA FALOWNIK Rysunek 3. Konstrukcja wewnętrzna zasilacza UPS pracującego w wielu trybach. Jak wybrać odpowiedni zasilacz UPS Aby wybrać zasilacz UPS, który będzie zaspokajał potrzeby użytkownika, należy w procesie doboru uwzględnić osiem poniższych kwestii. Topologia Pytanie numer jeden, jakie należy sobie zadać, to: jaki typ zasilacza jest potrzebny: o pojedynczej konwersji, o podwójnej konwersji czy pracujący w różnych trybach? Odpowiedź zależy w dużym stopniu od tego, jak ważna dla organizacji użytkownika jest sprawność energetyczna w stosunku do zabezpieczenia zasilania odbiorników energii. Zasilacze UPS z pojedynczą konwersją mają wyższą sprawność niż zasilacze z podwójną konwersją, jednak oferują mniejszą ochronę zasilanych odbiorników. To sprawia, że są one dobrym rozwiązaniem dla odbiorników o większej tolerancji na zakłócenia zasilania. W szczególności zasilacze UPS offline (najbardziej podstawowy typ zasilacza UPS o pojedynczej konwersji) stanowią na ogół najlepszy wybór do mniejszych zastosowań, takich jak komputery stacjonarne czy stanowiska kasowe, podczas gdy zasilacze UPS line-interactive są zwykle bardziej korzystne dla małych serwerów, pamięci masowych i urządzeń sieciowych pracujących w obiektach posiadających dostęp do stosunkowo niezawodnej sieci energetycznej. Zasilacze UPS o podwójnej konwersji, które zapewniają najwyższy poziom ochrony zasilanych odbiorników, charakteryzują się niższą sprawnością, ale są zazwyczaj wybierane do zabezpieczenia zasilania kluczowych systemów. Zasilacze UPS pracujące w różnych trybach, chociaż mogą być droższe niż zasilacze z pojedynczą lub podwójną konwersją, stanowią najlepszy wybór dla firm, które chcą uzyskać najlepsze połączenie sprawności energetycznej zasilacza i zapewnianej przez niego ochrony. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 6 / 16 Jednofazowe i trójfazowe Elektrownie wytwarzają zasilanie trójfazowe. Ten rodzaj zasilania jest dostępny dla prawie wszystkich klientów komercyjnych i przemysłowych, którzy należą zazwyczaj do grupy dużych odbiorców energii. Zasilanie trójfazowe wykorzystuje trzy osobne przewody fazowe, które pozwalają na przesyłanie większej mocy do pojedynczego punktu lub odbiornika. Większość gospodarstw domowych, które stanowią grupę małych odbiorców energii, ma dostęp jedynie do zasilania jednofazowego. Zasilanie jednofazowe jest dostarczane za pośrednictwem jednego lub dwóch przewodów fazowych odprowadzanych ze stacji transformatorowych trójfazowej sieci energetycznej. Jednofazowe zasilacze UPS stanowią rozsądny i ekonomiczny wybór do prostszych, mniejszych zastosowań o niskim zapotrzebowaniu mocy, które spotyka się najczęściej w domach, małych firmach oraz oddziałach posiadających urządzenia komputerowe o mocy poniżej 20 000 VA. Trójfazowe zasilacze UPS są na ogół najlepszym rozwiązaniem dla zastosowań o wysokiej mocy, które są zwykle bardziej rozbudowane i mają systemy obliczeniowe wymagające zasilania o dużej mocy. Duże, wielopiętrowe budynki, centra przetwarzania danych oraz obiekty przemysłowe, w których występuje potrzeba zabezpieczenia procesów o wysokiej mocy to typowi odbiorcy trójfazowych zasilaczy UPS, ponieważ wymagają oni dystrybucji dużej mocy na stosunkowe duże odległości. Linie przesyłowe 500, 345, 230 I 138 kV Podstacja Transformator obniżający Elektrownia Transformator Podwyższający Odbiorca 138 lub 230 kV Rysunek 4. Zasilanie trójfazowe jest wytwarzane i przesyłane do dużych komercyjnych odbiorców, natomiast mali odbiorcy, np. gospodarstwa domowe, używają zasilania jednofazowego. Wartości znamionowe Moc zasilacza bezprzerwowego UPS to wielkość obciążenia w woltoamperach (VA), dla którego został zaprojektowany zasilacz. Zasilacze UPS są dostępne o mocy zaczynającej się już od 300 VA, a kończącej się na 5 000 000 VA lub nawet większej. Przedstawiona poniżej bardzo podstawowa procedura pozwala określić przybliżoną moc wymaganego zasilacza UPS: Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 7 / 16 1. Sporządzić listę wszystkich urządzeń, których zasilanie ma być gwarantowane przez zasilacz UPS. 2. Ustalić, jaki prąd i przy jakim napięciu pobierają wszystkie urządzenia na liście. 3. Dla każdego urządzenia należy pomnożyć wartość napięcia (w woltach, V) przez natężenie prądu (w amperach, A), aby otrzymać wartość mocy (w woltoamperach, VA). 4. Zsumować wszystkie wartości mocy. 5. Pomnożyć wynik przez 1,2, aby zapewnić rezerwę na rozbudowę. Zasilacz UPS, który należy kupić, powinien zapewnić moc równą lub większą niż wynik uzyskany w kroku 5, chyba że użytkownik posiada bardziej precyzyjne dane o obciążeniu chronionych urządzeń. Poniżej przedstawiono kilka dodatkowych kwestii, na które należy zwrócić uwagę: • Poleganie wyłącznie na danych z tabliczki znamionowej może prowadzić do przewymiarowania zasilacza UPS, dlatego dodatkowo należy zawsze używać narzędzi doboru wielkości zasilaczy dostarczonych przez dostawcę wyposażenia, jeśli są one dostępne. Większość głównych producentów udostępnia narzędzia doboru wielkości zasilaczy UPS w wersji internetowej lub do pobrania, które mogą dokładnie oszacować pobór mocy na podstawie konfiguracji sprzętu. • Podczas wdrażania scentralizowanej architektury zabezpieczenia zasilania odbiorników energii zazwyczaj stosuje się zasilacze UPS o większej mocy niż w przypadku architektury rozproszonej. • Jeśli zasilacz UPS będzie używany do zasilania silników, napędów bezstopniowych lub drukarek laserowych, należy dodać nieco mocy w stosunku do obliczonej wartości, aby uwzględnić wysoki prąd rozruchowy pobierany podczas uruchamiania takich urządzeń. Dostawca zasilacza UPS może pomóc w wyborze odpowiedniego zasilacza i jego mocy dla tego typu zastosowań. • Firmy, które przewidują w najbliższym czasie szybki rozwój, powinny w powyższej procedurze zastosować mnożnik wyższy od 1,2, aby zapewnić rezerwę na wzrost. Powinny tak zrobić również organizacje, które spodziewają się modernizacji i wymiany serwerów, gdyż nowe urządzenia mają zwykle wyższe wymagania w zakresie pobieranej mocy niż starsze modele. Rodzaje obudów Zasilacze UPS są dostępne w wielu rodzajach obudów, które można podzielić na dwie główne kategorie: do montażu w racku oraz wolnostojące. Największe zasilacze UPS nie są dostępne w wersji do montażu w szafie, tak więc firmy wymagające dużej mocy zawsze muszą stosować urządzenia wolnostojące. Dla firm, które mają skromniejsze potrzeby wybór między zasilaczem montowanym w racku a wolnostojącym jest w dużej mierze kwestią koncepcji projektu centrum przetwarzania danych. Niektóre organizacje stosują zasilacze UPS do montażu w szafie w celu zamknięcia w nich możliwie największej ilości urządzeń. Inne wolą maksymalnie zwiększyć ilość wolnego miejsca w szafach na serwery i dlatego decydują się na wolnostojące zasilacze UPS. Z technicznego i finansowego punktu widzenia żadne podejście nie jest z natury lepsze ani gorsze. Dostępne funkcje Organizacje mogą wykorzystać różne możliwości w zakresie architektury, technologii i serwisu w celu zwiększenia niezawodności rozwiązania zabezpieczenia zasilania odbiorników energii. Poniżej przedstawiono kilka z najbardziej efektywnych funkcji: Architektury redundantne: Instalacja zasilaczy UPS w grupach redundantnych może zwiększyć dostępność i zapewnić, że odbiorniki o kluczowym znaczeniu będą zasilane nawet w przypadku awarii jednego lub kilku zasilaczy UPS. Występują trzy główne rodzaje redundantnej architektury zasilaczy UPS: Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 8 / 16 • Strefowa: w architekturze strefowej jeden lub więcej zasilaczy UPS zapewnia dedykowane zasilanie określonej grupy zasobów centrum przetwarzania danych. W ten sposób, jeśli zasilacz UPS ulegnie awarii podczas przerwy w dostawie energii, wpływ awarii będzie ograniczony wyłącznie do strefy zasilanej przez ten zasilacz. • Szeregowa: w architekturze szeregowej wiele zasilaczy UPS jest połączonych ze sobą szeregowo, tak więc jeśli dowolny z zasilaczy UPS w szeregu ulegnie awarii, pozostałe mogą automatycznie skompensować jego brak. • Równoległa: w architekturze równoległej wykorzystuje się wiele niezależnych, połączonych równolegle zasilaczy UPS w celu osiągnięcia większej redundancji. Jeśli dowolny zasilacz UPS ulegnie awarii, pozostałe zasilacze mogą podtrzymywać działanie chronionych odbiorników IT. Rysunek 5. Zabezpieczenie strefowe wykorzystuje osobne chronione strefy i może używać oprogramowania wirtualizacji w celu przesunięcia odbiorników do innych stref podczas awarii lub konserwacji. Każda strefa jest wyposażona we własny zasilacz UPS o mocy 60 kW. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 9 / 16 Rysunek 6. Szeregowa (kaskadowa) architektura UPS ze zmianą ścieżki zasilania w przypadku awarii zasilacza UPS pod obciążeniem. Rysunek 7. Wszystkie równoległe zasilacze UPS zasilają szynę wyjściową, tak więc dowolny pojedynczy moduł UPS można odłączyć w celu konserwacji lub w przypadku awarii. Zasilacze równoległe muszą być ze sobą zsynchronizowane w celu rozdziału obciążenia. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 10 / 16 Podzespoły z możliwością wymiany bez wyłączania: Technicy mogą naprawiać lub zarządzać zasilaczem UPS, który używa podzespołów wymienianych bez wyłączania, nie narażając urządzeń IT na zwiększone ryzyko przestojów. Rysunek 8. Moduły akumulatorów wymieniane bez wyłączania pozwalają na wykonywanie czynności serwisowych bez przerywania ochrony odbiorników. Wydłużenie czasu pracy przy zasilaniu akumulatorowym: Typowy akumulator zasilacza UPS zapewnia zasilanie rezerwowe przez okres od 5 do 15 minut. Organizacje, które potrzebują dłuższego czasu pracy, mogą użyć dodatkowych zewnętrznych modułów lub racków z akumulatorami, aby wydłużyć czas pracy awaryjnej przy pełnym obciążeniu do kilku godzin. Zarządzenie akumulatorem: Jedną z najważniejszych części zasilacza UPS jest układ magazynowania energii, którym zwykle jest akumulator. Wiele zasilaczy UPS nieustannie ładuje akumulatory małym prądem, co prowadzi do pogarszania składu chemicznego elektrolitu i skrócenia okresu eksploatacji akumulatora. Duże zespoły zalewanych elektrolitem akumulatorów zasilaczy UPS o dużej mocy (powyżej 500 kVA) wymagają ładowania małym prądem, podczas gdy akumulatory żelowe (VRLA, zob. „Magazynowanie energii w zasilaczach UPS” poniżej) używane w obecnych zasilaczach UPS o niższej mocy mogą korzystać z techniki ładowania polegającej na wyłączaniu ładowarki i „odpoczynku” akumulatora. Niektórzy producenci nazywają taką technikę ładowania zaawansowanym zarządzaniem akumulatorem (Advanced Battery Management). Ta technika pomaga zwiększyć okres eksploatacji akumulatorów nawet o 50%. Akumulatory wykorzystujące tę technologię mają większą trwałość i są bardziej niezawodne dzięki trzyetapowemu sposobowi ładowania, zaawansowanemu układowi detekcji oraz zautomatyzowanej procedurze testowania akumulatora, która powiadamia użytkownika o pogorszeniu stanu akumulatora i potrzebie jego wymiany. Zdalne monitorowanie: Najlepszym sposobem rozwiązywania problemów z zasilaczem UPS jest przede wszystkim niedopuszczanie do ich występowania. Aplikacje zdalnego monitorowania pracy zasilacza UPS nieustannie obserwują znaki ostrzegawcze przyszłych problemów, takie jak pogorszenie działania lub przegrzewanie się akumulatora, i w czasie rzeczywistym wysyła powiadomienie w przypadku pojawienia się potencjalnych problemów. Dzięki temu technicy mogą dokonać napraw zanim wydarzą się poważne awarie. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 11 / 16 Centra przetwarzania danych mogą same prowadzić zdalne monitorowanie lub zlecić je zewnętrznym firmom. Rysunek 9. Zdalne monitorowanie zasilacza UPS, oferowane opcjonalnie przez niektórych producentów, pozwala im na bieżące śledzenie środowiska zabezpieczenia zasilania odbiorników energii i wysyłanie ostrzeżeń po wykryciu oznak zbliżającego się problemu. Taka usługa może również obejmować miesięczne raporty na temat zasilacza UPS i jego stanu. Skalowalność i modułowość Wdrożenie niezawodnego rozwiązania w zakresie zabezpieczenia zasilania odbiorników energii wymaga czasu i pieniędzy. Aby uzyskać jak najwięcej korzyści z tej inwestycji, firmy powinny oszacować ich potrzeby na najbliższe trzy do pięciu lat, porównując opcje zasilaczy UPS. Jeśli zachodzi prawdopodobieństwo, że w tym okresie będzie wymagana większa moc, należy wybrać odpowiednio większy zasilacz UPS. Centra przetwarzania danych o zmieniających się lub trudnych do przewidzenia potrzebach mogą przyjąć jedną spośród dwóch strategii w celu zwiększenia skalowalności swojej instalacji zasilaczy UPS: • Równoległa instalacja zasilaczy UPS: architektura równoległa zasilaczy UPS zwiększa zarówno skalowalność jak i redundancję. Wraz ze wzrostem potrzeb, organizacje mogą dodawać kolejne moduły do istniejącej instalacji UPS, zamiast wymieniać istniejące zasilacze na nowe. • Zastosowanie modułowych zasilaczy UPS: Niektóre nowsze konstrukcje zasilaczy UPS mają budowę modułową, która pozwala na stopniowe dodawanie mocy w miarę wzrostu potrzeb. Na przykład niektóre z zasilaczy zapewniają moc do 50 lub 60 kW w modułach po 12 kW, które mieszczą się w standardowych szafach typu rack. W raz ze wzrostem wymagań można po prostu podłączyć kolejną jednostkę 12 kW. Największe zasilacze UPS wykorzystują moduły o mocy nawet 200 czy 300 kW. Jest to skalowalne i efektywne podejście, pozwalające na sprostanie rosnącemu zapotrzebowaniu na energię, które obniża jednocześnie początkowe nakłady kapitałowe i oszczędza miejsce w centrum przetwarzania danych. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 12 / 16 Oprogramowanie i komunikacja Nawet z zasilaczami UPS system IT nadal może przestać pracować w przypadku przedłużonej przerwy w dostawie energii lub przedłużonego przeciążenia zasilaczy UPS. Oprogramowanie komunikacyjne nie tylko zapewnia powiadomienia w czasie rzeczywistym o stanie zasilacza UPS, ale również umożliwia definiowanie operacji automatycznych, które należy wykonać w przypadku awarii zasilania. Jest to bardzo użyteczne w sytuacji, gdy system działa w sposób ciągły i nie ma użytkowników, którzy mogliby ręcznie wyłączyć narażone urządzenia. W ciągu ostatnich 20 lat większość zasilaczy UPS była dostarczana z oprogramowaniem, które było w stanie sygnalizować utratę zasilania sieciowego lub stan pracy na akumulatorze jednemu lub kilku serwerom. W przypadku braku powrotu zasilania sieciowego i bliskiego wyczerpania akumulatora, oprogramowanie zamykało wszystkie otwarte aplikacje, aby uniknąć utraty danych. Po przywróceniu zasilania sieciowego system automatycznie uruchamiał się ponownie i wracał do poprzedniego stanu. Takie rozwiązanie zostało po raz pierwszy wprowadzone w małych serwerach zabezpieczanych przez pojedyncze zasilacze UPS, a następnie zostało przeniesione do większych instalacji złożonych nierzadko z urządzeń IT pracujących pod kontrolą szeregu specyficznych systemów opracowanych przez producentów sprzętu. Komunikacja realizowana była poprzez port szeregowy RS-232 lub za pomocą przekaźników i uproszczonego portu sterującego. Wraz z rozwojem systemów IT – zarówno pod względem wielkości, jak i liczby serwerów – komunikację szeregową (przez port RS232 lub USB) zastąpiono połączeniami sieciowymi, które umożliwiają komunikację pomiędzy zasilaczami UPS i wieloma serwerami. W tego typu instalacji zasilacz UPS ma przypisany mu adres sieciowy IP i jest dostępny dla wszystkich zasilanych z niego serwerów, dzięki czemu każdy serwer może być zaprogramowany w celu monitorowania problemów z zasilaniem i automatycznego wyłączania. Wraz ze wzrostem złożoności sieci, sprzętu komunikacyjnego zasilaczy UPS oraz oprogramowania zaczęto opracowywać inne funkcje automatyczne w ramach oprogramowania zarządzającego zasilaniem, w tym zdalne powiadamianie e-mailem, na pager czy wiadomością SMS, gromadzenie danych w celu generowania raportów i analizy trendów, złożone programy skryptowe pozwalające na wyłączenie bazy danych lub programu bez zatrzymywania pracy serwera i wiele innych. Mimo tych wszystkich zdobyczy technologicznych typowa instalacja obejmowała serwery z jednym systemem operacyjnym oraz pojedynczą aplikacją pracującą na serwerze. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 13 / 16 Rysunek 10. Typowe oprogramowanie zasilacza UPS do zarządzania zasilaniem może automatycznie i bezproblemowo wyłączyć chronione serwery bez ryzyka wyczerpania pojemności akumulatora. Wirtualizacja przynosi obecnie nowy poziom złożoności, ponieważ połączenie między systemem operacyjnym a fizyczną warstwą sprzętową nie jest już normą. Niektórzy producenci oprogramowania zasilaczy UPS wymagają zainstalowania aplikacji agentów wyłączania sprzętu zarówno na każdej maszynie wirtualnej, jak i na każdym hoście. Może być to dość żmudne, gdy liczba maszyn wirtualnych jest duża, co staje się standardem w wielu środowiskach wirtualnych. Czołowi producenci zasilaczy UPS opracowali nowe platformy oprogramowania, które redukują tę złożoność poprzez integrację ich oprogramowania z platformami do zarządzania wirtualizacją, takimi jak VMware vCenter® czy Citrix XenCenter®. W tych środowiskach pojedyncza instalacja oprogramowania może kontrolować i wyłączać dowolny klaster serwerów. Kolejną zaletą jest umożliwienie automatycznej migracji maszyn wirtualnych w przypadku przerwy w dostawie energii — użytkownik nie jest już ograniczony jedynie do wyłączania serwerów i zatrzymywania pracy. Dzięki takiej integracji zapewnienie ciągłości procesów biznesowych jest teraz dostępne nie tylko w środowisku vCenter, ale także Microsoft SCVMM czy Citrix XenCenter. Podsumowując: logiczne i kompleksowe aplikacje do zarządzania zasilaniem mogą pomóc firmom w realizacji następujących funkcji: • Monitorowanie i administrowanie zasilaczami UPS przez Internet z dowolnego miejsca. • Automatyczne powiadamianie odpowiedzialnego personelu o alarmach i ostrzeżeniach. • Wykonywanie bez nadzoru planowanych wyłączeń podłączonego sprzętu lub lepsza współpraca z oprogramowaniem wirtualizacji w zakresie przenoszenia maszyn wirtualnych w celu zapewnienia maksymalnej dostępności kluczowych aplikacji i sprzętu. • Selektywne wyłączanie niekluczowych systemów w celu wydłużenia czasu pracy na akumulatorach. • Analizowanie i tworzenie wykresów trendów w celu przewidywania i zapobiegania usterkom. • Integracja z istniejącymi systemami sieciowymi i zarządzania poprzez otwarte standardy i platformy. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 14 / 16 Rysunek 11. W tym przykładzie oprogramowanie do zarządzania zasilaczami UPS łączy się z konsolą administratora systemu VMware vCenter, pozwalając administratorom na obserwowanie i zarządzenie zdarzeniami oraz alarmami powiązanymi z zasilaczami UPS w tym samym systemie, w którym na co dzień realizują oni swoje zadania związane z zarządzaniem środowiskiem IT. Serwis Przy prawidłowej obsłudze dobrze wykonany zasilacz UPS może pracować bezpiecznie i niezawodnie nawet przez 20 lat. Bez odpowiedniej konserwacji nawet najlepszy zasilacz UPS jest znacznie bardziej narażony na uszkodzenie. Dlatego firmy poszukujące zasilaczy UPS powinny wybrać również odpowiedni plan serwisowy i usługodawcę posiadającego doświadczenie, wiedzę i zasoby pozwalające zapewnić klientom wysoką jakość obsługi. Aby uzyskać więcej informacji na temat wyboru odpowiedniego planu serwisowego, prosimy zapoznać się z dokumentem „Choosing a UPS Service Plan” (Wybór planu serwisowego dla zasilacza bezprzerwowego UPS) na stronie www.eaton.com/pq/whitepapers. Dodatkowe akcesoria do zasilaczy UPS Kompleksowe rozwiązanie w zakresie zabezpieczenia zasilania odbiorników energii obejmuje nie tylko sam zasilacz UPS. Poniżej przedstawiono niektóre akcesoria, jakie warto wziąć pod rozwagę. Magazynowanie energii w zasilaczach UPS Większość rozwiązań w zakresie zabezpieczenia zasilania czerpie energię rezerwową ze szczelnie zamkniętych akumulatorów (nazywanych także akumulatorami żelowymi, VRLA) lub akumulatorów zalewanych (nazywanych także mokrymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi, VLA). Akumulatory szczelne są na ogół tańsze, ale także szybciej się zużywają. Akumulatory zalewane wymagają zazwyczaj specjalnych instalacji i czynności konserwacyjnych. Wybór odpowiedniego rodzaju akumulatorów sprowadza się do tego, czy użytkownik chce ponieść większe koszty początkowe na zakup akumulatorów, czy też częściej je wymieniać. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 15 / 16 Mimo że akumulatory kwasowo-ołowiowe stanowią sprawdzoną technologię, która dobrze spełnia rygorystyczne wymagania centrów przetwarzania danych, są także duże i ciężkie. Ponadto, ze względu na toksyczne związki chemiczne, ich utylizacja jest droga i musi być przeprowadzana zgodnie z przepisami. W związku z tym coraz więcej firm decyduje się na uzupełnienie akumulatorów kwasowo-ołowiowych alternatywnymi źródłami energii rezerwowej, takimi jak akumulatory energii kinetycznej. Są to urządzenia mechaniczne zbudowane zwykle z dużego obrotowego dysku. Podczas normalnej pracy energia elektryczna szybko wprawia dysk w ruch wirujący. Przy zaniku zasilania dysk nadal wiruje, generując prąd stały, który zasilacz UPS może wykorzystywać jako awaryjne źródło energii. Jako że zasilacz UPS zużywa energię, dysk stopniowo wytraca moment obrotowy, wytwarzając coraz mniej energii, aż w końcu zatrzymuje się całkowicie. Do pozytywnych cech akumulatora energii kinetycznej można zaliczyć to, że są one mniejsze i lżejsze niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, łatwiejsze do utrzymania i nie zawierają niebezpiecznych i ekologicznie szkodliwych substancji. Jeśli zaś chodzi o cechy negatywne, to akumulatory takie zapewniają zwykle energię jedynie przez 30 sekund. Jednakże badania wykazały, że ponad 95% przerw w dostawie energii trwa zaledwie kilka sekund, a więc stosowanie akumulatorów energii kinetycznej jako uzupełnienia tradycyjnych akumulatorów podczas krótkich przerw w zasilaniu pozwala zmniejszyć zajmowaną przestrzeń w centrum przetwarzania danych i obniżyć koszty utrzymania, a także wydłużyć żywotność akumulatorów kwasowo-ołowiowych, zmniejszając częstotliwość ich użycia. Zespół prądotwórczy Podczas przerwy w dostawie energii zasilacz UPS zapewnia klika minut czasu, w trakcie których można bezpiecznie wyłączyć serwery. Jednak obecnie wiele firm nie może sobie pozwolić na wyłączenie systemów informatycznych na kilka godzin lub nawet dni, które mogą upłynąć zanim zasilanie zostanie przywrócone. Takie organizacje niemal zawsze decydują się na włączenie zespołów prądotwórczych do architektury swoich systemów zasilania awaryjnego. Podczas gdy zasilacze UPS utrzymują zasilanie awaryjne przez krótki czas, zespoły prądotwórcze zasilane olejem napędowym mogą utrzymywać pracę systemów IT już od 10 minut do siedmiu dni lub nawet dłużej. Przy wyborze zespołu prądotwórczego należy szukać modelu z generatorem o mocy od 1,25 do 3,0 razy większej niż moc znamionowa zasilacza UPS. W procesie wyboru należy uwzględnić szereg czynników, w tym konstrukcję zasilacza UPS, typ zespołu prądotwórczego i rodzaj paliwa, dlatego zaleca się zwrócenie się o pomoc do producentów zasilaczy UPS i zespołów prądotwórczych. Dodatkowo należy pamiętać, aby zapewnić zapas oleju napędowego wystarczający do utrzymania działania centrum przetwarzania danych przez dłuższy czas. W przypadku przedłużających się przerw w dostawie energii popyt na olej napędowy może szybko wyczerpać zapasy lokalnych dostawców. Moduły dystrybucji zasilania (PDU) Moduły dystrybucji zasilania (PDU) stanowią istotny element infrastruktury zapewniającej jakości energii elektrycznej i rozdzielają zasilanie do urządzeń IT. Większość firm wykorzystuje zarówno podłogowe moduły PDU, będące głównymi modułami dystrybucji zasilania do szaf serwerowych, oraz moduły PDU montowane w rackach (nazywane także ePDU), które rozdzielają zasilanie do poszczególnych serwerów i innych urządzeń. Moduły PDU mogą być wyposażone w urządzenia dodatkowe, takie jak ochronniki przeciwprzepięciowe, wyłączniki czy systemy monitorowanie zużycia energii. Zakończenie Firmy inwestują obecnie duże sumy w infrastrukturę informatyczną i elektroenergetyczną, która jest niezbędna do zapewnienia ciągłości działania. Liczą one, że takie inwestycje pozwolą im na utrzymanie wydajności i konkurencyjności. Z tego względu pozostawienie tej infrastruktury bez ochrony przed zanikami napięcia, przepięciami oraz innymi zakłóceniami nie jest dobrym pomysłem. Dobrze zbudowane rozwiązanie w zakresie zabezpieczenia zasilania odbiorników energii wykorzystujące zasilacze UPS o wysokiej jakości i wysokiej sprawności może zwiększyć dostępność aplikacji biznesowych, Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013 Strona 16 / 16 usprawnić zarządzanie kosztami energii i poprawić bezpieczeństwo danych. Poprzez zapoznanie się z podstawowymi informacjami na temat funkcjonowania zasilaczy UPS oraz wyboru odpowiedniego dla własnych potrzeb, operatorzy centrów przetwarzania danych mogą zapewnić niezawodne zasilanie czystą energią systemów o kluczowym znaczeniu, które są potrzebne do osiągnięcia długotrwałego sukcesu. Informacje o firmie Eaton Eaton to firma z branży elektroenergetycznej o zróżnicowanej strukturze i działająca na wielu polach, oferująca energooszczędne rozwiązania, które pomagają jej klientom efektywne zarządzać rozwiązaniami elektrycznymi, wodno-kanalizacyjnymi i mechanicznymi. Firma Eaton to światowy lider w branży urządzeń i układów służących do dystrybucji i przesyłu energii elektrycznej, zapewnienia jej jakości oraz aparatury kontrolnej, oświetleniowej i instalacyjnej; podzespołów i układów hydraulicznych oraz usług przeznaczonych dla urządzeń przemysłowych i mobilnych; układów paliwowych lotniczych i astronautycznych, a także układów hydraulicznych i pneumatycznych do zastosowań cywilnych i wojskowych; układów napędowych i przeniesienia napędu stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym, które pozwalają na zwiększenie osiągów, bezpieczeństwa oraz oszczędności paliwa. W 2012 roku firma Eaton przejęła spółkę Cooper Industries plc. Firma Eaton zatrudnia około 100 000 pracowników i sprzedaje swoje produkty klientom w ponad 150 krajach. Więcej informacji o firmie dostępnych jest na stronie www.eaton.eu. Informacje o autorach Chris Loeffler jest menedżerem produktu w firmie Eaton Corporation, specjalizującym się w rozwiązaniach i usługach w zakresie zasilania centrów przetwarzania danych. Korzystając z ponad 19-letniego doświadczenia w dziedzinie zasilaczy UPS, zarządza grupą produktową ponad 20 zasilaczy UPS i produktów dystrybucji zasilania przeznaczonych dla centrów przetwarzania danych i do zastosowań przemysłowych. Chris Loeffler zajmował różne stanowiska w firmie Eaton, pracował m.in. w działach technicznych usług i aplikacji oraz przez ponad 12 lat w działach zarządzania produktami. Chris Loeffler jest autorem szeregu artykułów w publikacjach branżowych oraz dokumentów i raportów na temat sprawności energetycznej w centrach przetwarzania danych. Napisał także artykuły na temat różnych topologii zasilaczy UPS dla centrów przetwarzania danych i do zastosowań przemysłowych. Można skontaktować się z nim, pisząc na adres [email protected]. Ed Spears jest menedżerem produktu w oddziale Power Quality Solutions firmie Eaton w Raleigh (NC). Ed Spears, posiadający 30-letni staż w branży systemów zasilania, ma duże doświadczenie w testowaniu zasilaczy UPS, sprzedaży, obsłudze technicznej aplikacji, a także w pracy na stanowiskach technicznych i marketingowych ds. jakości zasilania w telekomunikacji, centrach przetwarzania danych, telewizji kablowej i oraz szerokopasmowych sieci publicznych. Można skontaktować się z nim, pisząc na adres [email protected]. Dokumentacja na żądanie Różnorodne opracowania i dokumenty firmy Eaton są dostępne do pobrania w celu zapoznania się z zagadnieniami technologicznymi lub wyjaśnienia ich swoim klientom oraz osobom trzecim. Prowadzenie czynności konserwacyjnych, wykorzystywanie równoległe, topologia urządzeń UPS lub zarządzanie energią – wszystkie te zagadnienia zostały szczegółowo wyjaśnione w opracowaniach dostępnych w naszej sieciowej bibliotece pod adresem: www.eaton.com/pq/whitepapers. Eaton EMEA www.eaton.eu/powerquality listopad 2013
