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
Download