Не перебьемся!

Конечно, особенно тяжело приходится тем, у кого в доме проводка сохранилась еще со времен первой лампочки, а силовая подстанция во дворе — трофейная, из Восточного Берлина привезенная где-то в 46-м. Но на самом деле, сети перегружены практически во всех крупных городах, поскольку при их проектировании никто не рассчитывал на появление в каждой квартире (или, как минимум, через одну-две) кондиционера, стиральной машины, нескольких телевизоров, мощных холодильников, компьютера (куда же без него) и особого ужаса — современных электрочайников. Раньше выход был всего один — обзаводиться дизель-генератором и исправно подливать в него солярку. Но сейчас для защиты от перебоев с электричеством существуют другие, более дешевые, удобные и практичные устройства. Собственно, ИБП.

Рис. 1

Впрочем, никто не сможет вас заранее предупредить о том, когда и где застанет беда с электропитанием. Из горького опыта нашей редакции могу вспомнить период, примерно год назад, когда после сильных дождей пришла в негодность целая фаза, и в итоге напряжение в розетках офисов по всему зданию колебалось от 155-160 В днем (когда все, кто смог, включали компьютеры или эти проклятые чайники) до еще терпимых 180-185 В ночью. Нетрудно догадаться, что большая часть компьютеров при этом не работала, но мало кто так, с ходу, дополнит картину полностью «погибшими» буквально за эту пару недель аккумуляторными батареями практически во всех ИБП, находившихся в офисе.

Впрочем, чтобы сразу ставить такой диагноз, надо разобраться с принципами работы современных ИБП, определить их классификацию и сделать логичное предположение по поводу того, какие именно бесперебойники находились в распоряжении нашей редакции. Ничего сложного в базовых понятиях нет, если, конечно, не углубляться в изучение деталей, по поводу которых специалисты могут спорить часами. Впрочем, желающие разобраться в устройстве ИБП досконально смогут найти в этой статье хорошие «отправные точки» в виде ссылок на дополнительные источники информации.

А мы пока начнем с самого элементарного. С того, о чем вы уже и так могли знать, но точно так же могли и забыть.

Нам бы день простоять да ночь продержаться

Термин «источник бесперебойного питания» охватывает достаточно широкий набор устройств, которые, по большому счету, имеют всего одну принципиально неизменную общую черту — они способны за счет имеющегося аккумулятора некоторое время поддерживать необходимое напряжение на подключенных к ним устройствах после мистического исчезновения тока в розетке (о причинах отдельно говорить не будем).

Рис. 2

Самая простая и (на первый взгляд) понятная характеристика, по которой можно классифицировать ИБП, — это номинальная мощность.

Если вы знаете, какую мощность потребляет электроника, которую вы хотите защитить, а также определились с уровнем этой самой защиты, выбор нужной мощности не составит особого труда (чтобы разобраться с Вольт-Амперами и Ваттами, почитайте врезку «Вольт-Амперы vs Ватты»).

По поводу уровня защиты могу добавить еще то, что для действительно важных случаев (или просто ради пущей осторожности) можно воспользоваться несколькими ИБП сравнительно невысокой мощности, чтобы собрать систему, в чем-то напоминающую RAID-массив из HDD-дисков. Два ИБП, подключенных параллельно, образуют импровизированный RAID 1 при условии, что каждый их этих бесперебойников в состоянии обеспечивать защищаемой системе нужную мощность. С увеличением количества компьютеров имеет смысл оставлять все тот же один «лишний» ИБП, который просто восполнит недостающую мощность, если выйдет из строя одно из «основных» устройств (например, при работе четырех компьютеров используем пять ИБП, подключенных параллельно, а не по одному бесперебойнику на каждый комп, и один просто стоит в шкафу «на черный день»). Естественно, в такой схеме определить «основной» и «резервный» ИБП нельзя — все работают на равных правах, пока одному из устройств не вздумается сломаться.

Впрочем, это уже экзотика пошла, которая пригодится далеко не каждому.

Поэтому перейдем к более насущному признаку, который лежит в основе классификации ИБП — к принципу работы.

По ранжиру — становись!

Самый простой и, как следствие, дешевый тип бесперебойников — это пассивные (off-line) устройства. Они обеспечивают только резервное питание от аккумуляторов, переключение на которые происходит после отключения напряжения в электросети. Время переключения составляет 4-14 мс, но благодаря тому, что компьютерные БП являются импульсными, такая задержка обычно не нарушает работу компьютера. Хотя, конечно, для всего есть свои разумные пределы, и чем меньше время переключения, тем лучше.

Рис. 3

Бесперебойники пассивного типа в нормальных условиях пускают ток из розетки практически напрямую. Хотя современные ИБП такого типа обычно оборудованы несколькими схемами, предназначенными для фильтрации помех и защиты от различных «негараздів», включая и повышенное напряжение (вплоть до короткого замыкания), и пониженное. При работе от батарей у таких устройств на выходе получается либо прямоугольное напряжение, даже отдаленно непохожее на синусоиду (ну, это для самых простых или старых ИБП), либо аппроксимированное, приближенное по виду к синусоиде. Впрочем, даже аппроксимированное напряжение имеет слишком заметные «ступеньки», которые могут помешать работе различной электроники от аккумулятора. Нормально «съедает» такое напряжение опять-таки только импульсный БП системного блока, которому, в принципе, все равно, какую форму имеет график напряжения. Лишь бы было переменным и с достаточной амплитудой.

Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive) принципиально отличаются от пассивных синусоидальной формой выходного напряжения. Поэтому они подойдут для защиты практически любого устройства. В остальном же line-interactive от off-line мало чем отличается, схемы защиты в хороших пассивных ИБП встречаются не хуже, чем в линейно-интерактивных.

Активные ИБП (on-line) тоже выдают правильную синусоиду, но если линейно-интерактивные ИБП все еще имеют задержку при переключении на аккумуляторы в 2-4 секунды, то онлайновые бесперебойники всегда работают в качестве источников напряжения, а не «продвинутых тройников». Соответственно, времени на переключение на аккумуляторы им не требуется — никаких задержек нет.

ИБП активного типа тоже имеют несколько принципиально разных схем реализации, но сразу скажу, что такая штуковина потребуется далеко не каждому, да и стоит она немало. Для среднестатистического домашнего пользователя в приобретении активного ИБП смысла нет.

Для чего нужен ИБП?

Рис. 4

Исходя из самого названия этих устройств, можно сказать, что главной их задачей является обеспечение продолжения работы электроники после отключения напряжения в электросети. Все верно. Но на более-менее продолжительную работу можно рассчитывать только с дизель-генератором или о-очень дорогим ИБП с батареями огромной емкости. Поэтому в отношении компьютерных пользователей логичнее было бы говорить о том, что ИБП дает возможность в нормальном режиме завершить работу и выключить компьютер (некоторые, кстати, шутят, что, мол, Билл Гейтс своей операционкой обеспечил производителей пользовательских ИБП работой на долгие годы, и в чем-то они правы). При этом учтите, что зависимость времени автономной работы от нагрузки нелинейна — при снижении нагрузки вдвое время работы увеличивается примерно в три раза. Так что запас по мощности работает не только в качестве перестраховки, но и просто для продления времени автономной работы. Производители, кстати, всегда указывают время автономной работы при максимально допустимой нагрузке на свои ИБП.

Дополнительным (и очень весомым) аргументом в пользу использования ИБП является наличие в них хороших схем защиты, заведомо лучших, чем в дешевом сетевом фильтре. Ну, а о конкретных степенях защиты вы можете прочитать прямо на коробке от любого конкретного ИБП — это уже хорошая традиция для всех производителей :-).

Рис. 5

А вот для чего ИБП точно не нужен, так это для сетей с постоянными сильными скачками напряжения. Вернее, нужен, но не только ИБП, а еще и стабилизатор напряжения (о них можно почитать в МК, №№ 12 (516) — 13 (517) за 2008 год, в статье Леонида Шевченко «Всеобщая стабилизация»). Это ограничение, в принципе, не касается мощных активных бесперебойников, да и линейно-интерактивных устройств с хорошими схемами регулировки напряжения. Но степень «хорошести» очень важна. С небольшими колебаниями напряжения могут справиться и простенькие ИБП, у которых трансформаторы имеют по одной ступени (вверх и вниз). Например, ИБП с одной ступенью регулировки на 15% при 187 В еще должны работать нормально, но если напряжение опустится ниже, устройство переключится на батареи. Кстати, насколько ниже должно опуститься напряжение в сети, чтобы ИБП перешел в автономный режим, зависит от настроек устройства. Так что, если это возможно для вашего ИБП, не брезгуйте ручной регулировкой параметров через комплектный софт.

Если колебания напряжения происходят достаточно часто и их амплитуда велика, ИБП без хорошего трансформатора (хоть встроенного, хоть отдельного) будет постоянно переключаться на батареи и обратно. Результат для батарей, сами понимаете, будет плачевным.

Рис. 6

Ну и еще одно важное замечание. Запитывать от ИБП электрические чайники — это форменное издевательство над бедным девайсом. Но в момент разогрева барабаны лазерных принтеров и копиров мало чем отличаются от нагревательного элемента в чайнике, поэтому настоятельно рекомендуется воздержаться от подключения этих устройств через ИБП.

Надеюсь, теперь с выбором подходящего ИБП у вас проблем не возникнет. А если и возникнут, то, как минимум, у вас есть хорошая основа для поиска дополнительной информации.

Да, на всякий случай дам ссылочку, по которой можно узнать о том, что такое «лампочка Ильича», если кто не знал: http://ru.wikipedia.org/wiki/Лампочка_Ильича. Хотя на самом деле те лампочки правильнее было бы назвать лампами Эдисона или Ладыгина: http://ru.wikipedia.org/wiki/Лампа_накаливания. Но это уже другая история…

ВОЛЬТ-АМПЕРЫ vs ВАТТЫ

Мощность ИБП обычно представляют одновременно двумя значениями — в Вольт-Амперах (ВА) и Ваттах. Любой школьник скажет, что произведение напряжения на силу тока как раз и даст напряжение, измеряемое в Ваттах (студент вуза может развить эту мысль до вычисления интеграла из этого произведения за «дельта T», что тоже будет верно), однако промаркированное значение в Вольт-Амперах обычно значительно превышает значение в Ваттах. Например, 1000 ВА и 600 Вт. Откуда такая разница и на что ориентироваться при выборе ИБП?

Тема далеко не новая, но она часто всплывает на различных тематических форумах, например, здесь: http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=49:5628. Так что, считаю важным напомнить об этом еще раз.

Корень проблемы с «самоидентификацией» ИБП кроется в… несовершенстве компьютерных блоков питания. Являясь потребителями переменного тока, БП могут «усваивать», превращая в полезную мощность (ту, которая уже напрямую используется компонентами системника) только часть подводимой к ним энергии. Причем «усваиваемая» (из кабеля, подключенного к БП снаружи) и отдаваемая внутрь компьютера мощности не равны. Отношение между ними является показателем КПД блока питания.

Но поскольку компьютерный БП работает от переменного тока, а сам при этом является импульсным прибором, из-за разницы в характере подаваемого и принимаемого тока появляется реактивная нагрузка. Она бесполезна и «внутрь» БП не попадает, однако присутствует «снаружи», нагружая клеммы в розетке (если у вас нет ИБП :-)) или сам ИБП. Отношение активной нагрузки к полной (сумме активной и реактивной) называется фактором мощности (Power Factor).

Именно поэтому защитные схемы бесперебойников и всю их прочую «начинку» рассчитывают с некоторым запасом по сравнению с активной мощностью компьютера, к которому их собираются подключать.

Есть еще одна тонкость. Старые (или дешевые) блоки питания не имеют средств понижения Power Factor (т. н. схемы коррекции фактора мощности — Power Factor Correction, PFC), и для них это значение может доходить до 0.6 (то есть, ИБП на 1000 ВА подойдет для компьютера с фиговым БП на 600 Вт). Пассивные схемы PFC могут повысить это значение, однако не более, чем до 0.70-0.75 (тот же ИБП «потянет» примерно 700-ваттный БП с пассивным PFC). Зато более совершенные блоки, оборудованные активным PFC, при работе с оптимальной нагрузкой могут практически избавиться от реактивной составляющей (иногда называемой также «паразитные токи»). И как раз для нее значение, указанное в Вольт-Амперах, можно считать соответствующим необходимому.

Полнее, подробнее и немного сложнее все это рассказано в статье опытного «железячника» Олега Артамонова по адресу: http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/tower/6484. Впрочем, там речь идет только о БП, но влияние PFC на ИБП гораздо легче понять, если разберешься в процессе появления реактивной нагрузки.

Но с блоками PFC тоже не всё гладко. Те из них, которые имеют «автовольтаж» (Full Range), «несовместимы» с линейно-интерактивными ИБП. Впрочем, тема эта достаточно широкая, поэтому просто посоветую прочитать FAQ по ссылке: http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=49:7243.

Определение мощности, потребляемой вашей системой, — еще один важный аспект «правильного питания», но об этом стоит задуматься еще при подборе самого БП. А к моменту покупки бесперебойника проще и надежнее ориентироваться на мощность имеющегося БП и наличие/отсутствие в нем схемы PFC. Скорее всего, ИБП у вас получится с неплохим запасом, но вы же его как раз для того и берете, чтобы все было надежно защищено?

УЖАСЫ НАШЕГО ГОРОДКА

Не так давно вся редакция (а особенно народ, связанный с «железом») получили отличный заряд хорошего настроения на весь рабочий день благодаря записи на livejournal.com от мастера, занимающегося ремонтом ИБП.

Собственно, по картинке вы уже могли оценить весь глубинный смысл события, запечатленного по адресу http://qlman.livejournal.com/323234.html в виде небольшого фоторепортажа из мастерской.

Правда, заранее предупреждаю: и сам автор поста, и его комментаторы не стесняются крепких выражений, что, впрочем, вполне соответствует описанному событию. Тем не менее, противникам нецензурной лексики советуем зайти и хотя бы просто посмотреть фотографии, не читая текст :-).

ВЕЛИК И СЛАВЕН ИНТЕРНЕТ

Как современные люди, мы с вами отлично знаем, что большая часть необходимой информации (особенно технического толка) уже находится во Всемирной Паутине. Нужно только отыскать ее и немного «профильтровать».

Все вышесказанное в полной мере относится и к теоретическим сведениям об источниках бесперебойного питания. При этом из того, что мне попадалось в Интернете, самой полной базой необходимой информации может похвалиться ресурс www.morepc.ru, а именно — его страничка http://www.morepc.ru/ups/articles.html.

Здесь собрано несколько десятков различных статей, полностью посвященных только этой теме, но, конечно, необязательно читать их все до единой, чтобы принять решение о необходимости покупки бесперебойника и правильно подобрать его. Но в любом случае, сперва стоит просмотреть глоссарий (http://www.apc.ru/support/glossar.html), в котором собраны и подробно раскрыты все термины, касающиеся ИБП и их работы. Если встретите незнакомое слово — всегда можно подсмотреть (например, что такое BTU и как эта величина связана с мощностью).

Остальное — на ваше усмотрение. Например, если под вашим началом находится небольшой офис (или магазин с компьютеризированными кассовыми аппаратами), в котором нужно обеспечить надежную защиту всех компьютеров, полезно будет прочитать материал о системах бесперебойного электроснабжения, в основе которых лежит один или несколько ИБП: http://www.morepc.ru/ups/ups03122003.html.

Собственно, названия говорят сами за себя.

КОНСУЛЬТАЦИЯ ОТ СПЕЦИАЛИСТОВ

За ответами на некоторые вопросы лучше все-таки обратиться к людям, которые занимаются ремонтом и обслуживанием ИБП многие годы. Я связался с Сервисным центром компании ERC (www.erc.ua), работники которой согласились помочь разобраться с неочевидными моментами, связанными с ИБП:

— Есть ли у вас статистика по состоянию электросетей в Украине? И что вы посоветуете обычному пользователю ПК и другой техники, если он хочет более-менее точно определить проблемы электроснабжения своей квартиры или своего офиса без обращения к специалистам (это важно для правильного выбора средств защиты, в том числе ИБП)?

— К сожалению статистики состояния электросетей мы не имеем, но, по отзывам пользователей, общая картина в этой сфере оставляет желать лучшего.

Касательно того, может ли пользователь самостоятельно определить проблемы электроснабжения, — можно сказать, что в большинстве случаев достаточно измерить значение напряжения тестером, плюс визуально понаблюдать за бытовыми источниками света какое-то время — нет ли скачков и т.п. При затруднениях, конечно же, лучше обратиться к специалисту.

При выборе Источника Бесперебойного Питания следует учесть несколько моментов.

Запас по мощности должен составлять не менее 30% от максимальной нагрузки.

Есть ИБП с различными типами выходного напряжения. К примеру, на источниках с апроксимированным выходным напряжением бытовые приборы, в которых внутренний источник питания основан на трансформаторе, работать не будут. И при пропаже напряжения в сети на аккумуляторном питании, возможно, телевизор будет работать с помехами и наводками.

— Как представитель крупной профильной компании вы, возможно, знаете, по каким причинам чаще всего выходят из строя аккумуляторные батареи ИБП. Существует ли «рейтинг» неправильного обращения с ИБП, которое приводит к преждевременному выходу батарей из строя?

— Компания APC (полное нынешнее название — APC by Shneider Electric) и MGE, авторизованным сервисным центром которых мы являемся, как известные мировые бренды имеют соответствующий подход к выбору батарей для своей продукции. Однако менее именитые производители ИБП комплектуют свою продукцию не совсем качественными батареями, и зачастую это и влечет за собой преждевременный выход из строя аккумуляторов. ИБП перестает соответствовать своим заявленным характеристикам.

Из замечаний по неправильному обращению с ИБП, повлекшему за собой, преждевременный выход из строя батарей, можно добавить, что иногда пользователи неправильно выбирают (в настройках изделия) «чувствительность реакции ИБП на внешнюю электросеть» (чувствительность сети), что приводит к частому переключению ИБП на работу от батарей, и соответственно, — преждевременному выходу батарей из строя. Производителем в Инструкции по эксплуатации, которую конечные пользователи, к сожалению, зачастую не читают, описаны рекомендации по начальной настройке изделия и запуску в эксплуатацию.

— Какого типа батареи используются в современных ИБП начального и среднего уровней? В чем критическая разница между оригинальными батареями и более дешевыми «кетайскеми» аналогами.

— Во всех современных ИБП устанавливаются свинцовые аккумуляторы. Принципиальное отличие между качественными и дешевыми батареями в том, что почти всегда дешевые батареи не соответствуют своим заявленным характеристикам, обладают меньшей емкостью. Встречаются и экстремальные случаи обмана (см. рисунок).

— Я встречал в Сети информацию о том, что тока зарядки, создаваемого самим ИБП, бывает недостаточно для восстановления заряда батареи. В результате полностью разряженный ИБП практически лишается батарей — их нужно восстанавливать в сервисном центре либо заменять. Это байки, или в случае отключения питания действительно лучше максимально быстро выключить компьютер, а не пытаться доделать работу за 5 минут, которые ИБП, возможно, протянет?

— Не совсем так. Характеристики ИБП рассчитаны производителем так, чтобы обеспечить батареям полноценное питание по току и напряжению, дабы продлить период исправной работы батарей в частности и изделия в целом. Однако, в некоторых устройствах начального уровня производителем предусмотрена функция, которая после глубокого разряда аккумуляторов с последующим возобновлением питания на внешней сети, все равно не возвращает ИБП в «on-line» режим, — это просто конструктивная особенность. И действительно, чтобы предупредить подобное развитие событий, мы рекомендовали бы пользователям завершать работу в положенный срок. Например, компания APC поставляет со своими источниками питания программное обеспечение, которое позволяет пользователю самостоятельно определять время отключения при отсутствии напряжения в сети. Можно добавить, что для длительной работы от батарей, у компании APC и MGE есть линейки ИБП «XL» и «Evolution S» соответственно, они имеют возможность подключения дополнительных батарей.

— Многие ИБП имеют возможность «горячей» замены батарей. При этом некоторые специалисты с опаской относятся к этой возможности, предостерегая пользователей о возможных опасностях такой манипуляции. Есть ли в таких ИБП достаточная «защита от дурака», или же на «горячую замену» лучше рассчитывать только опытным электротехникам?

— Рядовой пользователь, при соблюдении указаний производителя, которые описаны в Инструкции по эксплуатации, может, при наличии минимальных технических навыков, без проблем самостоятельно осуществить «горячую» замену батарей. Единственное, на чем бы мы хотели акцентировать внимание при выполнении подобной процедуры, — это на правильном соблюдении полярности подключения. Также отметим, что если во время выполнения этой процедуры пропадает напряжение во внешней сети, и при этом одновременно отсутствуют батареи в источнике, закономерно возникает риск отключения запитанных через ИБП устройств. Стоит заметить, что продукция компании АРС серии «Smart» помимо замены батарей требует также и калибровки самого устройства, что позволяет изменить заводские настройки для дальнейшей стабильной эксплуатации.