Полное руководство по выбору оптимального ИБП для серверов

Серверное и сетевое оборудование, системы хранения данных выполняют важнейшие функции в работе любых современных информационных инфраструктур. Даже очень кратковременный сбой питания чреват целым спектром негативных последствий:

• Безвозвратная потеря данных, не успевших сохраниться или синхронизироваться.
• Нарушение структуры и целостности файлов из-за пропадания электропитания в процессе доступа к ним.
• Снижение производительности и отказ жизненно важных компонентов серверов.
• Выход из строя дорогостоящих элементов - блоков питания, материнских плат.
• Длительные и очень дорогостоящие простои оборудования и персонала.

Качественный ИБП надежно защитит серверы и активное сетевое оборудование от любых перебоев и отклонений напряжения в электросети. Он обеспечит стабильное бесперебойное питание даже при полном обесточивании.

Принцип действия и типы ИБП

Любой современный ИБП состоит из следующих блоков:

• Выпрямитель преобразует напряжение сети в постоянное с зарядом батарей
• Инвертор - обратное преобразование в стабильный переменный сигнал фиксированной частоты и амплитуды
• Мощное зарядное устройство для поддержания заряда батарей
• Блок аккумуляторов, питающий инвертор при отказе сети

Архитектура ИБП позволяет собрать систему практически любой мощности из готовых модулей.

Все ИБП по принципу работы можно разделить на несколько классов:

Резервные (Off-line) ИБП

Off-Line ИБП - нагрузка питается напрямую от сети. При её отказе происходит переключение на инвертор, работающий от батарей. Обладают низкой стоимостью, но имеют существенные недостатки, такие как отсутствие мониторинга качества питания от сети и наличия большого времени переключения на работу от батареи.

Линейно-интерактивные (Line-interactive) ИБП

Line-interactive ИБП дополнительно оснащаются схемами стабилизации, что позволяет частично компенсировать небольшие колебания напряжения без использования батарей. Из минусов - более высокая стоимость и увеличенный вес.

Онлайн (Double-conversion) ИБП

On-Line ИБП имеют двойное преобразование – нагрузка всегда запитана от инвертора, работающего от аккумуляторов, которые одновременно заряжаются от сети. Максимально надёжная топология.

Для задач обеспечения бесперебойного питания серверов годятся исключительно источники последнего типа так как время переключения на батареи полностью отсутствует.

По конструктивному исполнению бывают три варианта ИБП:

• Напольные или Tower
• Стоечные (Rackmount) для размещения в 19" стойки
• Модульные - состоят из отдельных функциональных блоков

Важнейшие характеристики и параметры ИБП

Рассмотрим ключевые характеристики, на которые стоит обращать внимание при подборе ИБП для серверов и других ответственных задач:

Номинальная мощность, ВА

Определяет потребление максимального количества подключаемого оборудования, выбирается с учётом будущего резерва.

Допустимый диапазон входного напряжения при работе от сети

Определяет предельные отклонения напряжения, при которых ИБП может стабильно питать нагрузку, не переходя полностью на батареи. Чем шире, тем лучше для ресурса АКБ.

Форма выходного сигнала

От точности синусоиды зависит качество электропитания подключённого оборудования.

КПД ИБП на разных уровнях загрузки

Показывает эффективность преобразования энергии во всех реальных режимах работы.

Количество и ёмкость встроенных и внешних АКБ

Один из ключевых параметров, определяющий максимальное время автономной работы.

Порты и ПО для мониторинга и управления

Позволяют интегрировать ИБП в IT-инфраструктуру и реализовать расширенные сценарии контроля питания.

Алгоритм расчёта мощности ИБП для защиты серверов

Выбор полной мощности источника бесперебойного питания в ВА выполняется в несколько этапов:

Находим суммарное энергопотребление серверов и другого оборудования в Вт:

• Анализируем паспортные мощности
• Измеряем фактические ток и напряжение
• Берём значения из техдокументации

Закладываем запас 30-50% если планируется будущее расширение.

Делим итоговую мощность в Вт на коэффициент мощности (cos φ) равный 0,75 для сетей 230В.

Результат - требуемая номинальная мощность ИБП в вольт-амперах.

Рассмотрим примеры конкретных расчётов для реальных задач:

Пример 1. Необходимо защитить сервер мощностью 1 кВт.

Решение:

1) 1000 Вт х 1,3 (коэффициент запаса) = 1300 Вт

2) 1300 Вт / 0,8 (cos φ) = 1725 ВА

Выбираем ИБП мощностью 2000 ВА.

Пример 2. Требуется подобрать ИБП для 2 серверов по 1,2 кВт каждый с возможным добавлением еще одного в ближайшее время.

Решение:

1) 1,2 кВт х 2 = 2,4 кВт

2) 2,4 кВт х 1,5 (50% запаса) = 3,6 кВт

3) 3600 Вт / 0,7 = 4800 ВА

Подойдёт ИБП мощностью 5000-6000 ВА.

Как определить нужное время автономной работы

На этом этапе рассчитывается необходимая ёмкость АКБ, исходя из требуемого времени резервного питания при отказе сети.

Используется следующая формула:

Q(А*ч) = P(Вт) * t(ч) / U(B) / K,

где:

Q – ёмкость АКБ в ампер-часах

P – мощность нагрузки, Вт

t – нужное время резервирования, ч

U – напряжение АКБ, B (12 В)

K – коэффициент полезного действия (0,6-0,8)

Давайте на конкретном примере посчитаем необходимую ёмкость батарей для ИБП мощностью 3 кВА, нагрузкой 2 кВт и требуемым запасом автономного питания 1,5 часа.

Решение:

Q = 2000 Вт * 1,5 ч / 12 В / 0,7 = 357 А*ч

Необходимы АКБ ёмкостью минимум 360 А*ч. То есть либо 40шт формата 12-9, либо 20 шт формата 12-18.

Количество батарей и итоговая ёмкость зависят от модели ИБП и рекомендаций производителя.

Выбор компактного ИБП для серверных стоек

Для монтажа в 19-дюймовые стойки и шкафы используются специальные стоечные (Rackmount) ИБП небольших габаритов. Основные моменты при их подборе:

• Наличие монтажных кронштейнов и рельс для крепления в телекоммуникационную стойку
• Глубина корпуса с учётом другого оборудования
• Встроенные или "горяче-заменяемые" АКБ.
• Поддержка ручного и автоматического байпаса
• Функция автономного "холодного старта" от батарей
• Наличие портов для подключения внешних батарейных блоков
• Интеграция в системы мониторинга по сети

Важно заранее продумать оптимальную компоновку оборудования в стойке.

Рекомендации по монтажу

Для полноценной реализации всех функций ИБП важно грамотно его смонтировать, учитывая следующие моменты:

• Обязательное заземление ИБП и потребителей
• Кабели сечения по максимальной силе тока нагрузки
• Строгое следование инструкции при подключении АКБ
• Правильный расчёт сечений кабелей для подвода к внешним батареям
• Соответствие температуры окружающей среды допустимым значениям
• Использование розеток ИБП по мощности с учётом распределения нагрузки
• Качественное выполнение всех электрических соединений

Подводя итог, можно выделить несколько наиболее важных правил подбора источника бесперебойного питания:

• Тщательно выполнять расчёт мощности ИБП и выбирать с запасом 30-50%
• Правильно определять нужную ёмкость АКБ, исходя из требуемого времени автономной работы
• Для ответственных применений использовать дополнительные способы резервирования электропитания
• Строго придерживаться рекомендаций по монтажу и эксплуатации

Полное следование изложенному в этом руководстве алгоритму позволит подобрать оптимальное решение для гарантированной защиты любого серверного оборудования.