ИБП: когда пришло время замены

Рано или поздно срок службы ИБП подходит к концу и возникает необходимость его замены. Предположим, что такая замена была запланирована на текущий, 2015 год. Однако ухудшение экономической ситуации в стране потребовало дополнительных обоснований для реализации этого проекта. Мы попросили поставщиков ИБП помочь ИТ-директору вымышленного заказчика помочь подготовить эти обоснования для руководства, выделяющего соответствующий бюджет, а также порекомендовать конкретное техническое решение.

Чтобы максимально конкретизировать задачу, в качестве обслуживаемой ИБП нагрузки предполагается традиционное серверное оборудование, расположенное в 10 стойках небольшого ЦОД. Общая мощность ИТ-оборудования 50 кВт.

ВЫШЕ КПД, НИЖЕ ЗАТРАТЫ

КПД старых ИБП — порядка 90%. Согласно изученным заказчиком спецификациям современных ИБП, их КПД в режиме двойного преобразования доходит до 96%, а в так называемом экономичном режиме — до 99%. Он надеется, что установка нового ИБП с более высоким КПД существенно снизит операционные расходы и сократит время возврата инвестиций. Насколько оправданны такие надежды?

Большинство представителей производителей и поставщиков ИБП дружно подтвердили указанные выше значения КПД. Как показывают приведенные ими расчеты (см. врезки «Меняем старый ИБП на новый…»), снижение расходов на электричество за счет повышения КПД источника бесперебойного питания мощностью 50 кВт составляет от 110 тыс. руб. в год. Кроме того, при повышении КПД снижается тепловыделение ИБП, а соответствующее сокращение энергопотребления системой кондиционирования может дать годовую экономию 40 тыс. руб. и даже более.

Особое мнение высказал только Константин Соколов, руководитель отдела экспертизы компании «Абитех». «При заявленной мощности нагрузки (50 кВт) в режиме двойного преобразования даже самые современные ИБП последних поколений не обеспечат КПД намного выше 90%, — считает он. — Часто приводимые в маркетинговых исследованиях, рекламных материалах и презентациях значения КПД на уровне 96% характерны, как правило, для устройств мощностью в несколько сотен киловольт-ампер. Так что рассчитывать на существенную в денежном выражении экономию потребления электроэнергии при установке нового ИБП не стоит».

Эксперт компании Tripp Lite Алексей Волков рекомендует перед тем, как выбирать ИБП, провести анализ сети, собрав данные, допустим, за пять рабочих дней. Это поможет определить реальную мощность потребления, выявить моменты пикового и низкого потребления, понять действительно необходимую мощность нового ИБП. Определившись с мощностью, можно приступать к анализу параметров энергоэффективности. При этом, как считает эксперт Tripp Lite, следует обращать внимание не на максимальное значение КПД, а на диапазон нагрузки, в котором оно достигается. Это важно, потому что за исключением обычно кратких периодов пиковых нагрузок основную часть времени ИБП приходится работать с неполной загрузкой.

С учетом последних двух мнений заказчику, видимо, придется запросить у поставщиков результаты независимого тестирования энергоэффективности их ИБП, причем именно моделей необходимой ему мощности и в широком диапазоне нагрузки.

МОДУЛЬНЫЙ ИЛИ МОНОБЛОЧНЫЙ

Заместитель технического директора компании «Клорайд Рус» Максим Баканов считает важным, чтобы заказчик определился с типом резервирования, поскольку «применять нерезервированное оборудование для питания серверной нелогично». Эта компания предложила два варианта: модульный ИБП, где резервирование осуществляется на уровне силовых модулей, и более бюджетное моноблочное устройство. «Если ограничения бюджета не позволяют приобрести модульный ИБП, который при несомненных преимуществах по сравнению с ИБП классической компоновки стоит дороже, возможна замена устаревшего ИБП с выработанным ресурсом на новый моноблочный (классический) ИБП», — поясняет специалист «Клорайд Рус».

Помимо преимуществ, обеспечиваемых более высоким КПД, применение нового ИБП, как указывает Максим Баканов, позволит избежать рисков, связанных с растущей вероятностью выхода из строя устаревшего ИБП, а меньшие габариты дадут возможность высвободить дополнительное пространство, где можно будет разместить ИТ-оборудование. Более того, современные ИБП характеризуются более высокой плотностью мощности, то есть при меньших габаритах и массе обеспечивают большую мощность. А значит, при замене питающих кабелей и автоматов можно увеличить мощность подключаемого оборудования — таким образом, дальнейшее развитие объекта потребует меньших затрат.

Модульный ИБП порекомендовали заказчику и специалисты компании «Связь инжиниринг». Как указывает Алексей Морозов, руководитель направления «Маркетинг» этого отечественного производителя, модульная конструкция ИБП соответствует требованиям к надежности ЦОД — силовая часть может резервироваться по схеме N+x. Кроме того, повышается ремонтопригодность системы бесперебойного питания — ремонт на месте сводится к замене силового блока.

Модульное решение выбрали для заказчика и специалисты Tripp Lite. «Как правило, ИБП эксплуатируется дольше, чем серверное оборудование, поэтому стоит учитывать возможность роста потребляемой мощности. И в этом случае преимущества модульной системы налицо — мощность может легко наращиваться по мере увеличения нагрузки», — отмечает Алексей Волков.

ЭКОНОМИЯ ИЛИ НАДЕЖНОСТЬ

Максимальный КПД обеспечивается в экономичном режиме, когда нагрузка, по сути, подключается к электросети через байпас. Насколько велик риск использования такого режима?

Как считает Максим Баканов, в большинстве современных зданий качество электроэнергии, поставляемой потребителю, достаточно высоко для того, чтобы безболезненно перевести ИБП в режим высокой эффективности (экорежим). Современное ИТ-оборудование, оснащенное высокоэффективными импульсными источниками питания, позволяет без последствий «проглатывать» небольшие искажения в сети, возникающие при переходе ИБП из экорежима в режим двойного преобразования и обратно.

По данным Eaton, рекомендованный заказчику ИБП Eaton 93PM в экономичном режиме (Energy Saver System, ESS) имеет КПД более 99% практически во всем диапазоне мощности. В этом режиме питание нагрузки через статический байпас безопасно (она защищена встроенным подавителем перенапряжений), а переключение в режим двойного преобразования происходит в течение 2 мс в случае любого нарушения сетевого питания. ИБП работает в режиме ESS при приемлемом качестве электроэнергии в питающей сети, при этом потери в ИБП сокращаются на 70%.

Владислав Солоцкий, руководитель направления ИБП по работе с ключевыми клиентами компании Delta Electronics, указывает на то, что разница между КПД в режимах двойного преобразования и экономии невелика, около 3%, однако первый режим позволяет надежнее защитить нагрузку. В случае если заказчик решит использовать ИБП в экорежиме, специалист Delta Electronics советует приобрести также регулятор напряжения, чтобы не перегружать байпас, через который в этом режиме подается питание на нагрузку.

Как утверждает Евгений Вецпер, менеджер по продажам ИБП компании ABB, заказчики с недоверием относятся к экорежимам, но если вопрос снижения энергопотребления становится актуальным, то в первую очередь нужно проанализировать ситуацию в сети (частоту возникновения сбоев и их характер) и толерантность основного технологического оборудования к сбоям питания. «Наши ИБП переходят в режим двойного преобразования за 6–10 мс, и если нагрузка позволяет, а заказчик осознанно идет на возможные риски, то можно использовать экорежим», — заключает он.

На необходимость анализа качества электросети на объекте перед принятием решения о целесообразности использования экорежима указывает и Константин Соколов. «Разница в КПД между 98% (экорежим маломощных трехфазных ИБП) и 92% может оказаться несущественной, а служба эксплуатации, скорее всего, предпочтет именно тот режим использования оборудования, который для данного ИБП является основным — то есть, двойное преобразование с максимально высоким качеством выходного напряжения», — полагает он.

СЭКОНОМИМ НА АКБ?

Заказчик рассчитывает снизить затраты и на аккумуляторные батареи (АКБ). Для этого он рассматривает возможность сокращения времени автономной работы со стандартных 10 мин до меньшего значения (объект оборудован ДГУ). Что в данном случае советуют специалисты?

Для оптимизации времени автономной работы (и, соответственно, затрат на батареи) необходимо учитывать то, как быстро на практике запускается ДГУ и сколько времени требуется на сворачивание приложений, если ДГУ вдруг не запустится. В первую очередь надо рассмотреть эти вопросы, а потом уже говорить об экономии, ведь, как справедливо замечает Павел Пономарев, системный инженер подразделения IT Business компании Schneider Electric, если «аккумуляторы не успеют обеспечить корректное закрытие приложений и это приведет к потерям данных и простоям, в результате которых у компании возникнут финансовые потери, то о такой «экономии» еще долго будут потом все вспоминать».

Сергей Амелькин, менеджер по продукции направления «Качественное электропитание» компании Eaton, напоминает о правиле «трех запусков ДГУ»: если с первого раза агрегат не запускается, то автоматика выдерживает 3 мин и запускает его повторно, и так повторяется три раза. Время, необходимое для нескольких запусков, составляет 7–8 мин, поэтому и батареи рассчитывают на обеспечение автономной работы в течение 10 мин, чтобы имелся определенный запас. Если нет гарантии, что генератор заведется с первой попытки, то экономить на снижении времени автономного питания от АКБ, конечно, не стоит.

При мощности ИТ-нагрузки 50 кВт мощность имеющегося ДГУ вряд ли превышает 100–120 кВт, предполагает Константин Соколов. По его мнению, дизельные двигатели такой мощности могут быть не оборудованы турбонаддувом, в системе же управления двигателем, скорее всего, используется не сложный блок ECU (Electronic Control Unit), а более простой электронный или даже электромеханический регулятор оборотов двигателя. Такие ДГУ медленнее выходят на рабочий режим, а возможности диагностики двигателя ограниченны. Все это в сочетании с невысоким уровнем квалификации персонала (вряд ли на небольшом объекте в службе эксплуатации есть высококвалифицированный дизелист-механик) может привести к тому, что в самый критический момент что-то пойдет не так: уровень топлива окажется недостаточным, или в зимние морозы летняя солярка загустеет в топливопроводе и фильтрах, или случится что-то еще. Результат — невозможность автоматического запуска ДГУ.

В такой ситуации важно обеспечить максимально мягкое сворачивание работы, чтобы ущерб для компьютерных систем был минимальным. «Поэтому решение о том, сокращать ли время аккумуляторной поддержки (например, до минимума — 5 мин) или, наоборот, увеличивать его до 20–30 мин (если именно столько потребуется для корректного завершения всех задач), должно быть принято по согласованию с ИТ-отделом, — советует эксперт компании «Абитех». — Желательно разработать несколько аварийных сценариев и принимать решение о времени автономной работы на основе этой информации».

В целом в рекомендациях по определению длительности автономной работы от АКБ присутствует здоровый консерватизм, но есть и специалисты, оправдывающие снижение этого времени до величины менее традиционных 10 мин. Ссылаясь на практику многолетнего анализа применения связки «ИБП + ДГУ», Максим Баканов утверждает, что для нормального функционирования ИБП вполне достаточно системы АКБ, рассчитанной на 5 мин автономной работы. Для этого ДГУ должен быть полностью исправен и работать в автоматическом режиме, все технические регламентные работы проведены, а необходимые подсистемы (подогрев охлаждающей жидкости, подзаряд аккумуляторов и т. д.) находиться в рабочем состоянии. «Исправный ДГУ выходит на рабочий режим за несколько секунд, что делает применение аккумуляторов с больши`м обеспечиваемым временем автономии нецелесообразным, — говорит он. — Но следует предостеречь также и от необоснованного снижения времени автономной работы — это может привести к превышению предельно допустимых разрядных токов для аккумуляторных батарей и быстрому выходу их из строя».

Алексей Волков (Tripp Lite) тоже считает, что времени автономии около 5 мин должно быть достаточно, потому как «современные ДГУ достаточно быстро запускаются и выходят на расчетную мощность».

Хорошо известно, что в условиях эксплуатации реальная нагрузка не всегда соответствует расчетной — как правило, она меньше. Поэтому АКБ, рассчитанные на 10 мин автономии, в реальности могут продержаться и 15–20 мин. На практике часто вводится коэффициент спроса уровня нагрузки, и тогда емкость батареи подбирается впритык. Как предупреждает Сергей Амелькин, обратная сторона медали состоит в том, что подобные расчеты обычно справедливы только для новых, полностью заряженных батарей. Условия их эксплуатации не всегда идеальны, с течением времени батареи стареют и их емкость значительно снижается. Поэтому выбирать батарею лучше с небольшим запасом (около 20%), и тогда она будет держать расчетное время и через 7–8 лет. Еще одна причина, из-за которой часто берут батарею с запасом по емкости, связана с тем, что перебои с питанием могут случаться часто, а промежутки между ними оказаться меньше времени, необходимого для полной перезарядки батареи.

КАКИЕ БАТАРЕИ ЛУЧШЕ

Несмотря на интерес к новым технологиям АКБ (таким как литий-ионные системы), пока, по мнению Константина Соколова, вне конкуренции по показателям качество / цена / удобство эксплуатации находятся свинцово-кислотные батареи с клапанным регулированием (VRLA), с гелевым или абсорбированным электролитом. Для повышения срока эксплуатации и снижения операционных расходов специалисты советуют выбирать батареи известных и проверенных производителей. Например, Schneider Electric обычно предлагает батареи с расчетным сроком эксплуатации 10 лет от таких производителей, как Exide, Yuasa и Enersys, но при желании заказчик может поставить другие. При этом, по оценке Павла Пономарева, батареи разных вендоров со сравнимыми характеристиками имеют стоимость одного порядка, поэтому на них вряд ли можно серьезно сэкономить.

Большинство экспертов считают наиболее целесообразным применять аккумуляторные батареи со сроком службы 10 лет. Но при этом надо иметь в виду, что в реальной ситуации они могут потребовать замены лет через 5–8. Как отмечает Максим Баканов, несмотря на бо´льшую стоимость (по сравнению с АКБ, рассчитанными на меньший срок службы), при их производстве используются более качественные материалы и выходной контроль качества строже. «Применение 5-летних батарей или, что еще хуже, так называемых 3-летних приведет к необходимости замены комплекта уже через 2–2,5 года, а то и раньше (в зависимости от условий эксплуатации), что вряд ли порадует пользователя», — добавляет он.

Как считает Сергей Амелькин, заказчик должен сам определить, что для него наиболее выгодно: сэкономить, выбрав АКБ со сроком службы 5 лет, или взять чуть более дорогие, но со сроком службы 10 лет, тем самым увеличив интервал между заменами в два раза. «Если задача — сэкономить при покупке, то батарея на 5 лет — это действительно подходящий вариант. Если же основным для заказчика является снижение операционных затрат, то имеет смысл переплатить за 10-летние батареи», — полагает специалист Eaton.

В качестве обоснования выбора в пользу аккумуляторов со сроком службы 10 лет Алексей Морозов («Связь инжиниринг») приводит цены AGM-аккумуляторов 12 В / 65 А•ч бренда «Парус электро»: FM-6-65 (срок службы до 5 лет) — 12 650 руб.; FML-6-65 (срок службы до 10 лет) — 13 590 руб. Разница в цене — всего 7%, поэтому АКБ с вдвое большим сроком службы обеспечат меньшую совокупную стоимость владения.

По мнению некоторых специалистов (в частности, так считает Алексей Волков), при использовании еще более дорогих батарей с заявленным сроком эксплуатации 15 лет совокупная стоимость владения (TCO) будет ниже. Но, как замечает Павел Пономарев из Schneider Electric, реальный срок службы все равно определяется интенсивностью использования батареи (циклами разряд-заряд), количество которых, увы, ограничено парой сотен для подобных батарей и на практике зависит от качества электропитания. Еще один возможный вариант — установка обслуживаемых батарей (тогда необходимо будет обеспечить требования по вентиляции помещения и соответствующим образом настроить ИБП для работы с такими батареями). В этом случае, возможно, удастся на одном наборе батарей проработать 10 лет, однако заказчику необходимо четко представлять себе, кто их будет обслуживать.

Павел Пономарев упоминает такую возможность небольшой экономии, как размещение АКБ в уже установленных у заказчика шкафах/стеллажах. При этом он отмечает, что, к сожалению, использовать существующие элементы защиты от короткого замыкания не всегда удается. Это связано как с разной архитектурой батарейных массивов, так и с особенностями ИБП: одни источники работают с предохранителями, другие (например, Galaxy 5500) — с управляемыми автоматами, что предоставляет дополнительные возможности в виде отключения последних по нажатию кнопки EPO (аварийное отключение) или отщелкиванию на выключившемся ИБП для защиты от глубокого разряда.

МОЖНО ЛИ ОБОЙТИСЬ ТОЛЬКО ЗАМЕНОЙ АКБ

Предположим, что заказчику все же не выделили сумму на покупку нового ИБП. Насколько разумным будет покупка одних только новых аккумуляторных батарей к старому, уже отработавшему несколько лет ИБП? Максим Баканов полагает, что это может «вдохнуть» в систему вторую жизнь, но при условии выполнения нескольких обязательных условий:

1. ИБП должен быть проверен сервисным инженером на соответствие электрических параметров паспортным данным.
2. Такие ресурсные элементы, как вентиляторы и конденсаторы, в случае выработки ими ресурса должны быть заменены новыми.
3. На ИБП должны быть проведены необходимые регламентные работы.

В случае выполнения указанных условий, как считает специалист «Клорайд Рус», ИБП обеспечит бесперебойное электроснабжение оборудования до выработки новыми аккумуляторами своего ресурса. Далее, как показывает практика, поддержание ИБП в рабочем состоянии оказывается нерентабельным из-за высокой стоимости запасных частей и расходных материалов.

Павел Пономарев из компании Schneider Electric предупреждает, что если заказчик решит оставить имеющийся ИБП для дальнейшей эксплуатации, то через какое-то время ему может потребоваться ремонт. А затраты на ремонт — величина неизвестная вплоть до момента возникновения поломки...

Надеемся, наш вымышленный заказчик получил достаточно информации для принятия решения о выборе нового ИБП. И уж точно наши эксперты вооружили его аргументами, которые помогут выбить соответствующий бюджет у начальства.

Александр Барсков — ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: ab@lanmag.ru.