О Компании
  • Сфера деятельности
  • Сертификаты, лицензии
  • Сотрудники
  • Как нас найти
  • О нас пишут
  • Благодарности
  •  Система ЭОКС
     Проекты
  • Типовые решения
  • Реализованные проекты
  • Отзывы
  •  Оборудование
     Услуги
  • Перечень услуг
  • Системная интеграция
  • Сервисный центр
  • Программное обеспечение
  • ЭОКС
  •  Тех. поддержка 
     Карта сервера



     Проекты / Решения / Решения гарантированного электропитания

    Основы построения систем гарантированного электропитания

    Вычислительные устройства, объединенные в сети, более подвержены ошибкам из-за проблем с электропитанием. Это происходит из-за того, что, например, по разным причинам оборудование сетевых узлов хранит данные разного рода в оперативной памяти, и вероятность потери или искажения этих данных, а также вероятность сбоя в работе оборудования существенно возрастает при снижении качества электропитания. Финансовые потери от таких сбоев тем больше, чем более ответственную функцию выполняет сетевой узел.

    Виды неполадок в сетях электропитания

    В таблице представлены основные виды неполадок в сетях электропитания и их последствия.

     

    Наименование неполадки Определение Возможная причина Последствия
    Всплески напряжения Кратковременные повышения напряжения в сети на величину более 10% на время более 20 мс. Отключение энергоемкого оборудования, короткие замыкания в сети электроснабжения Потеря информации, выход аппаратуры из строя.
    Высоковольтные выбросы Кратковременные импульсы напряжением до 6000 В и длительностью до 10 мс. Удар молнии, искрение переключателей, статический разряд. Потеря информации, выход из строя элементов аппаратуры.
    Проседание напряжения Кратковременное снижение напряжения до величины менее 80-85% от номинального Включение энергоемкого оборудования, запуск мощных электродвигателей. Потеря информации, выход аппаратуры из строя.
    Высокочастотный шум Радиочастотные помехи. Помехи электромагнитного или другого происхождения Электромоторы, реле, силовая коммутационная техника, передатчики, магнитные бури. Выход из строя дисковых накопителей, зависание компьютеров.
    Выбег частоты Уход частоты на величину более 3 Гц от номинального (50 Гц). Включение энергоемкого оборудования, запуск мощных электродвигателей, перегрузка по линии электропитания. Выход из строя дисковых накопителей, зависание компьютеров, потеря данных
    Подсадка напряжения Падение напряжения в сети на длительное время Нестабильность генератора. Потеря данных, выход из строя аппаратуры.
    Пропадание напряжения Отсутствие напряжения в электросети в течение более 40 мс. Неполадки в линии, срабатывание систем защиты. Потеря данных, выход из строя аппаратуры.

    Показатели качества систем электропитания

    Источники электрической энергии, такие как, генераторы электростанций вырабатывают переменное синусоидальное напряжение. Электроэнергия по пути до конечного потребителя  проходит подстанции, устройства коммутации и защиты. Данные устройства работают не  всегда правильно, что искажает форму напряжения и приводит к сбоям и помехам электроснабжения.

    Основные показатели качества электроэнергии по ГОСТ 13109-87

    По ГОСТ-13109-87 в России действует следующий стандарт на электропитание - действующее напряжение 220 В ± 10%, частота 50 Гц ± 1%, коэффициент несинусоидальности - длительно 8% и кратковременно - до 12%.

    К сожалению, как правило, характеристики электрической сети не являются стабильными. Кроме качества электроснабжения на вводе в здание, существенное влияние на конечных электропотребителей оказывает распределительная сеть внутри здания. Электромагнитные процессы, происходящие в электропроводке, заземлении, информационных сетях существенно ухудшают параметры электропитания и создают импульсные помехи, вызывающие сбои в работе информационных систем. Если к этому добавить требования производителей и разработчиков компьютерного оборудования к качеству напряжения внутри сети (коэффициент гармонических искажений выходного сигнала не должен превышать 3%), то станет очевидной необходимость применения систем гарантированного электроснабжения - СГЭ.

    ГОСТ 13109-87 определяет основные показатели качества электроэнергии:

    • отклонение напряжения от своего номинального значения
       
    • всплески отклонения напряжения от номинала. Их определяют мгновенным измерением напряжения любой формы с частотой проведения замеров более 2 раз в минуту
       
    • коэффициент не синусоидальности кривой напряжения, вызывается, в первую очередь, нелинейными нагрузками, такими как управляемые вентильные преобразователи, большинство бестрансформаторных блоков вторичного электропитания ПЭВМ и мониторов
       
    • отклонение частоты от своего номинального значения
       
    • длительность провала напряжения
       
    • импульсное напряжение понимается как резкое изменение напряжения, за которым следует восстановление напряжения до номинального уровня за промежуток времени от нескольких микросекунд до 10 мс

    Режимы функционирования электросетей

    Различают четыре вида режимов функционирования электросетей:

    • нормальный режим - при которых отклонения приведенных выше величин от их расчетных или номинальных значений не выходят за допустимые пределы. Например, нормально допустимое отклонение напряжения в сетях низкого напряжения (ГОСТ 13109-87) +-5%, а частоты +-0.2Гц
       
    • временно-допустимый режим - характеризующиеся отклонениями напряжения и т.п., которые либо заложены в проектные расчеты (например, во время суточных максимумов потребления), либо допускаются на определенное ограниченное время без существенного ущерба для питаемых устройств
       
    • аварийный режим - характеризующийся опасными для элементов сети недопустимыми явлениями. Такие явления имеют обычно переходной (неустановившийся) характер
       
    • послеаварийный режим - в который входят, как переходные процессы, возникающие при ручном или автоматическом восстановлении питания, так и установившиеся режимы в новых, часто ограниченных по мощности условиях питания

    Основные показатели качества электроэнергии при условии нормальной работы электроприемников должны в течение не менее 23 часов каждых суток не выходить за пределы своих номинальных значений, а в послеаварийных режимах - за пределы определенных максимальных значений.

    В аварийных режимах допускают кратковременный выход показателей качества электроэнергии за установленные пределы (снижение напряжения вплоть до нулевого уровня; отклонение частоты до +-5Гц и др.) с последующим их восстановлением до уровня, требуемого в послеаварийном режиме. Но, к сожалению, эти требования не выполняются, особенно в насыщенных мощным промышленным оборудованием районах (заводы, промышленные объекты и т.д.), либо в старых районах городов, не обеспеченных мощным энергоснабжением, в соответствии с быстрорастущим энергопотреблением новых городских объектов (банки, крупные офисы, торговые и коммунальные предприятия). И совсем плохо дело обстоит в загородных районах и в сельской местности.

    Исходные данные для принятия решения

    Основными исходными данными при проектировании системы гарантированного электропитания служат:

    • Данные о качестве электропитания для данного здания или территории. Такие данные можно собрать самостоятельно или поручить сбор данных организациям, располагающим специальным оборудованием: коммунальным компаниям, сетевым интеграторам, независимым консультантам по сетям или поставщикам оборудования.

    • Данные о способе подвода электропитания к зданию (по наземным линиям электропередач или иначе) и данные о мощном электрооборудовании, расположенном в том же здании (лифты и т. п.).
       
    • Оценка настоящих и будущих потребностей, перечень защищаемого оборудования, программного обеспечения и процессов, отсортированный с точки зрения требований, предъявляемых к электропитанию.
       
    • Инвентарный список компонентов защищаемой системы. Помимо типа, номера и местоположения этих компонентов должен быть отражен факт их подключения к внешним линиям связи.

    • Допустимый уровень риска, который может допустить ваше предприятие, при возникновении проблем, связанных с электропитанием. Для оценки уровня риска рассматриваются возможные последствия - потери от простоев, стоимость замены компонентов, потенциальный ущерб репутации и прочее.

    Выбор степени и политики защиты по электропитанию

    На основании исходных данных определяется степень и политика защиты от неполадок электропитания.  Степень защиты определяет перечень и параметры неполадок (например, максимальное время пропадания напряжения и т.п.), от которых должна быть обеспечена защита, а также требования к надежности системы защиты.

    Политика защиты определяет правила, по которым определяется перечень защищаемого оборудования. Политика защиты, а соответственно, и система защиты, в общем случае имеет иерархическое построение, соответствующее иерархической организации защищаемой системы.

    Существуют следующие основные политики защиты электропитания:

    • Защита только активного сетевого оборудования
    • Централизованная защита всего оборудования
    • Распределенная защита всего оборудования.

    Защита активного сетевого оборудования

    Согласно этой политике защищаются с помощью источников бесперебойного питания (ИБП, UPS) только активное оборудование в узлах вычислительной сети. Часть оборудования (например, рабочие станции в ЛВС) защиты не имеет, поэтому при возникновении неполадок электропитания происходит потеря оперативных данных. Авария незащищенного оборудования не вызывает остановки оборудования сетевого узла.

    Считается, что такая политика обеспечивает минимально необходимую защиту, но и этого достаточно в некоторых случаях. На самом деле, потеря данных все-таки происходит, возможен выход из строя незащищенного оборудования, и невозможно определить точно, какие данные и в каком объеме потеряны и была ли потеря данных вообще.

    При такой политике в вычислительной сети присутствует несколько единиц или десятков ИБП небольшой мощности, защищающих конкретные устройства или группы устройств. При этом необходимо решить проблемы обеспечения надежности, ремонта и технического обслуживания ИБП, т.к. количество ИБП сравнительно велико. Эффективное средство решения таких проблем - наличие запасного (запасных) ИБП.

    Защита всего оборудования: централизованная или распределенная

    Если требуется защита всего оборудования, могут применяться централизованная и распределенная схемы защиты.

    При централизованной защите всего оборудования устанавливается один ИБП для всей сети с мощностью, большей или равной установочной мощности всего сетевого оборудования. В этом случае необходимо наличие сети технологического электропитания, которая и защищается с помощью централизованного ИБП.

    При распределенной защите каждое сетевое устройство (или группа устройств) имеет отдельный ИБП. Ниже приведен сравнительный анализ упомянутых политик защиты.

    Пиковое значение тока при включении рабочей станции может в десятки раз превышать номинальный. Это, а также неисправности типа короткого замыкания могут вывести из строя ИБП и нарушить работу всех остальных устройств. В распределенной системе авария такого типа нанесет локальный вред и не нарушит работу остальной сети, но при выборе локального ИБП требуется учитывать наличие значительного пускового тока. Запас мощности централизованного ИБП в этом случае не требуется из-за распределения подобных перегрузок по времени. Защиту от коротких замыканий в системе централизованной защиты обеспечивается средствами сети технологического электропитания.

    В случае применения центрального ИБП необходима отдельная сеть технологического электропитания. В случае, когда используется распределенная система защиты, отдельной электросети не требуется (если существующая силовая сеть обеспечивает необходимую надежность). Следует учитывать, особенно в России, что силовая проводка в здании для оборудования, объединенного в локальную сеть, обязательно должна быть выполнена по трехпроводной схеме, с защитным заземлением. Двухпроводная схема с пассивным занулением, обычно устанавливаемая в России, не допускается.

    При покупке и установке совокупная стоимость централизованного ИБП выше стоимости всех распределенных ИБП. В совокупную стоимость, кроме стоимости ИБП, входит стоимость вспомогательных систем (например, кондиционирования), а также тот факт, что централизованный ИБП часто требует отдельного помещения для установки. На стоимость влияет и тот факт, что централизованные ИБП обычно выполняются по активной (On-Line) схеме, а маломощные ИБП используют более простые схемы, обеспечивающие меньшую степень защиты.

    Стоимость разового ремонта или технического обслуживания для центрального ИБП выше, чем для распределенных, однако стоимость владения центрального ИБП ниже.

    Централизованный ИБП должен обеспечивать масштабирование как по мощности, так и по времени работы от батарей. Общая стоимость централизованной системы несколько выше стоимости распределенной, но и обеспечиваемая степень защиты также выше.

    В случае, если планируется применение автоматического дизель-генератора (АДГ), выгоднее централизованная схема защиты, поскольку в этом случае необходимо приобретение АДГ меньшей мощности. Снижение необходимой мощности АДГ достигается за счет оптимизации взаимодействия централизованного ИБП и АДГ в аварийном режиме.

    Применение автоматических дизель-генераторов

    Экономически выгодно применение автоматических дизель-генераторов (АДГ) в случаях, когда требуется защита сети электропитания на длительный срок (более 30 минут) при потребляемой мощности выше 20 кВт. Выгодно применение АДГ и в случаях, когда требуется ограничить время простоя информационной системы, если применяется политика защиты только сетевого оборудования.

    При возникновении неполадки в сети электропитания (это может быть длительное отклонение от номинала или пропадание напряжения) запускается АДГ. Процесс запуска АДГ занимает от 5 сек. до нескольких минут, поэтому необходимо принять меры по обеспечению электропитания оборудования в этот промежуток времени с помощью ИБП.

    В случае защиты с помощью ИБП для увеличения времени работы от батарей требуется установка дополнительных аккумуляторов или приобретение ИБП с запасом по мощности. Аккумуляторы, применяемые в ИБП, имеют значительный вес и габариты, предъявляют жесткие требования к параметрам окружающей среды и к помещению, требуют замены по истечении срока службы. Поэтому применение АДГ позволит сэкономить средства за счет отказа от покупки, размещения и обслуживания дополнительных аккумуляторов.

    Требования различных компонентов ЛВС к защите по электропитанию

    Требования сетевых операционных систем к защите по электропитанию

    Степень защиты любой программно – аппаратной системы (сервера, сети), существенно выше в случае применения систем взаимодействия с ИБП. Конструктивное исполнение и способы связи таких систем могут быть разными, но основной принцип – взаимодействие защищаемого устройства и системы защиты – должен выполняться. Такие системы решают задачу корректного закрытия сетевой ОС и последующего автоматического запуска сервера при появлении электропитания или по расписанию.

    Практически все сетевые операционные системы (ОС) требуют наличия защиты по электропитанию. Это связано с тем, что с целью увеличения быстродействия в таких ОС используется кэширование данных в оперативной памяти и для очистки кэша требуется некоторое время, в течение которого любой сбой имеет фатальные последствия.

    Процесс прекращения функционирования (закрытия) таких ОС требует некоторого времени на очистку буферов и закрытие сетевых соединений. Старт операционной системы тоже требует примерно такого же времени, как и закрытие. Однако во время старта операционная система не может взаимодействовать с ИБП некоторое время, пока не будет запущен соответствующий программный модуль. Время закрытия и старта ОС учитывается при выборе мощности ИБП.

    В среднем время закрытия и время старта для распространенных сетевых ОС составляет:

    Novell, Windows NT2 - 10 мин.

    UNIX различных производителей5 - 15 мин.

    IBM AS/400, Mainframe> 25 мин. с участием оператора

    Требования по защите рабочих станций

    Степень защиты рабочих станций зависит от типа приложения, выполняющегося на ней. Более высокую степень защиты должны иметь станции сетевого управления и клиенты приложений, запущенных на сервере (например, клиенты базы данных). Внезапное выключение или сбой подобных станций могут повлечь за собой искажение или потерю данных. Кроме того, в этих случаях часто трудно определить, имела ли место потеря данных и какие именно данные потеряны.

    Защиты требуют и те станции, операторы которых не знают сетевого пароля и, следовательно, не смогут продолжить работу без участия системного администратора.

    Для защиты рабочих станций в большинстве случаев достаточно ИБП схемы Off-Line.

    Защита активного сетевого оборудования ЛВС

    Если установлена защита для рабочих станций, необходима и защита сетевых устройств, через которые эти станции подключены (концентраторы, мосты, маршрутизаторы). В этом случае необходимо учесть дополнительную нагрузку при выборе ИБП.

    Особенности защиты устройств с большим пиковым потреблением

    К устройствам с большим пиковым потреблением относятся лазерные печатающие и копирующие устройства, факсы, некоторые модели мониторов. Пиковое значение потребляемой мощности у таких устройств в несколько раз (3-5 раз) больше номинальной. Такой ток может вызвать перегрузку и последующий выход из строя электронных компонентов ИБП. Поэтому для защиты таких устройств необходимо применять ИБП с соответствующим запасом по мощности, либо ИБП, допускающие кратковременную перегрузку по току.

    Использование системы сетевого управления

    Наличие централизованного сетевого управления системой бесперебойного питания (СБП) существенно упрощает эксплуатацию СБП и улучшает качественные показатели СБП. Система сетевого управления СБП обеспечивает:

    • наблюдение за функционированием СБП, ведение журналов мониторинга и событий
    • оповещение о событиях
    • сбор статистических данных и инструменты анализа статистики
    • управление параметрами и состоянием оборудования, автоматическое выполнение действий по расписанию. Например, запуск самотестирования ИБП или пробный запуск генераторной установки.

    Все действия по мониторингу и управлению выполняются дистанционно из центра сетевого управления, который также обеспечивает управление сетевым оборудованием локальной и/или корпоративной сети.

     

     

    В начало Вернуться  На главную страницу
     
     Copyright © 1999-2005 VVVDesign, Critic, Евгений Ярыгин , cZen. E-mail: info@mtron.ru