Обзор выбора ИБП и батарейного комплекта для длительной автономной работы

Технология защиты электропитания в ИТ и телекоммуникациях шагнула далеко вперед с тех пор, когда основной задачей ИБП была поддержка работы компьютера в течение нескольких минут, пока сохранялись файлы и закрывались приложения. Несмотря на это, в большинстве случаев первый вопрос, который по-прежнему задает заказчик, — как долго система «держит» нагрузку при отключении электроэнергии?

Наш цикл консультаций мы начнем с разбора практического приме­ра. Решение, о кото­ром пойдет речь, по­зволило одному из наших заказ­чиков рационально использовать ресурс установленной системы и уменьшить затраты на оснащение серверного помещения.

Задача достаточно типична: по­добрать систему бесперебойного пи­тания для группы серверов в стойке № 1 (рис.) и сетевого оборудования в стойке № 2 (на фото не показана), и обеспечить автономную работу от батарей в течение часа.

Первый вариант напрашивается как бы сам собой: сумма максималь­ных паспортных мощностей блоков питания — 2570 ВА. Даже с поправ­кой на номинальное потребление устройств мощность ИБП по идее должна составлять 3000 ВА, чтобы обеспечить необходимое время авто­номной работы. Однако измерения по месту показали, что мощность 3000 ВА излишня, так как реаль­ное энергопотребление обеих сто­ек в сумме не превышало 600 ВА. Для выбранной модели ИБП оно составило бы всего 20%, при 51 ми­нуте автономной работы. В итоге по­лучалось, что при установке моде­ли мощностью 3000 ВА, 80%(!) его мощности фактически бы «проста­ивало», так как увеличение вычис­лительной и сетевой мощности за­казчиком не предполагалось.

В пересчете на язык денег по­лучились следующие цифры: стои­мость устройства — $1620¹⁾, удель­ная стоимость защиты — $0,54 за ВА, удельная стоимость времени автономной работы $32 за мину­ту. Так как реально востребованная мощность составила 600 ВА, можно сказать, что защита электропита­ния серверов обошлась бы клиен­ту в $324, а оставшиеся $1296 были бы израсходованы на предполага­емую(!) возможность отключения электроэнергии и подогрев воздуха в серверном помещении.

Исходя из этого, заказчику был предложен альтернативный вари­ант — система Vanguard - 1500RM²⁾ с дополнительным батарейным банком. Ее фактическая загрузка ока­залась равной 40%, т.е. мощность использовалась рационально, да­же с заметным избытком. Время автономной работы на данную на­грузку — 95 минут, общая стоимость системы с дополнительным батарей­ным комплектом — $1340³⁾.

Удельная стоимость защиты элек­тропитания немного выросла, так как к стоимости ИБП добавилась стои­мость батарейного банка, и составила $0,89 за ВА. Однако итоговая цифра стоимости всей системы оказалась заметно меньше, при том, что время батарейной поддержки выросло и с лихвой перекрыло требования ТЗ.

Клиент получил оптимальное решение, полностью соответству­ющее условиям технического за­дания, плюс ощутимый резерв по мощности. Экономия средств, по сравнению с первым вариантом, составила $280.

Больше мощность – больше времени? Отнюдь!

А ведь позиция «больше мощность — больше времени» — самое распространен­ное убеждение заказчиков, и очень часто первичная постановка задачи выглядит примерно так:

Нужно, чтобы ИБП «держал» сервер два ча­са. 3000 Вольт-Ампер будет достаточно?

Доля истины в подобном подходе, конеч­но же, есть, ведь с увеличением мощности ИБП увеличивается и фактическая емкость батарейного комплекта. Однако не стоит сме­шивать Вольт-Амперы мощности ИБП с Ам­пер-часами емкости батарейного комплекта, так как технологически эти характеристики между собой никак не связаны. Поэтому, когда вопрос касается времени автономной работы, отталкиваться нужно не от мощности устройства, а от параметров установленной в ИБП батареи, что и было сделано в ходе работы над данным проектом.

Задачу подбора батарейного комплекта для ИБП решить гораздо проще, если после изучения спецификации на комплект взять отвертку и, как говорится, залезть внутрь руками. Что мы сейчас и сделаем.

Устройство батарейного банка RM-2K

Итак, вскрываем ба­тарейный комплект RM-2K, который мы «подключили» к Vanguard-1500RM в про­шлом номере. Внутри — 12 свинцово-кислотных батарей СSB емкостью 7 Ач напряжением 12 В каждая. Как определить емкость ком­плекта? Известно, что для увели­чения напряжения все батареи со­единяются последовательно, а для увеличения их емкости — парал­лельно. Из этого следует, что общая емкость комплекта равна

Так как напряжение шины по­стоянного тока у Vanguard-1500RM составляет 36 В, дополнительный комплект состоит из четырех па­раллельных групп батарей по три батареи в каждой, соединенных последовательно для получения напряжения 36 В.

Нетрудно подсчитать, что ем­кость дополнительного комплек­та составляет 28 Ач. Емкость соб­ственного комплекта ИБП — 7 Ач. Отсюда в итоге общая установлен­ная емкость равна 35 Ач.

Следующая задача — расчет вре­мени автономной работы с данным комплектом исходя из его емкости и мощности нагрузки.

Для этого расчета применяется следующая формула:

где Tбат — время автономной работы в часах;  Eбат — емкость батарейного комплекта, Ач;   Uбат — напряжение шины постоянного тока, В;  Pнагр — мощность нагрузки, ВА;   К — попра­вочный коэффициент, учитываю­щий КПД инвертора, тип нагрузки и разрядную характеристику бата­рей (обычно К = 0,75 - 0,85).

Для нагрузки 600 ВА (см. пер­вую часть статьи) минимальное расчетное время автономной ра­боты равно 95 минутам. Действи­тельное время, как правило, заметно превышает расчетное. Так, на тесто­вом прогоне конфигурации (Vanguard-RM 1500 + батарейный ком­плект) по месту установки время автономной работы составило 118 минут в режиме рабочей нагрузки.

Напомним о том, что все расчеты справедливы только для исправной, полностью заряженной батареи. При эксплуатации таких систем нужно учитывать, что если система «отра­ботала» отключение электроэнергии, то на восстановление готовности к следующей аварийной ситуации по­требуется 4—6 часов, в течение кото­рых будет производиться дозарядка батарей.

При частых отключениях энергии на длительное время целесообразно идти не по пути наращивания бата­рей, а иметь в резерве электрогене­ратор соответствующей мощности. В этом случае ИБП будет использо­ваться как «буфер» между электро­сетью и нагрузкой, поддерживая электропитание при краткосроч­ных отключениях электроэнергии и во время запуска генератора.

Обратный отсчет

Просто установить батарею — это еще не все. Чтобы ИБП смог правильно ис­пользовать ресурс дополнительной ба­тареи, необходимо указать в настройках количество дополнительных батарейных комплектов. Получив информацию об уста­новке дополнительного комплекта, ИБП пересчитывает время автономной рабо­ты (исходя из данных о заряде батарей, количестве комплектов и нагрузки) и вы­дает на дисплей новое значение.

Игорь МИХАЛИЦИН,

менеджер Powercom по развитию бизнеса в Украине

Александр БРИНЬ,

инженер сервисной поддержки Powercom