Arial Georgia Tahoma Times New Roman Verdana

Uninterruptible power system или просто UPS

Вопрос о выборе конкретного UPS встаёт довольно часто, учитывая качество электропитания в нашей электросети. Случаются и пропадание питания, и завышенное напряжение, а уж про импульсные и радиопомехи даже не хочется говорить. В этой статье я попробую рассказать что такое UPS, принципы работы и типы конкретных UPS, а также дать несколько советов по выбору и подключению этих устройств.

Что такое UPS все наверно знают — эта "штука", которая питает электричеством компьютер и прочее при выключении напряжения, а также защищает тот же компьютер от выгорания (полного или частичного) при сбоях в системе электропитания.

Прежде всего, давайте разберёмся, какие UPS бывают по принципу работы.

Существует три основных семейства UPS: Stand-By (или Off-Line), Line-Interactive и On-Line.

Stand-By

В этом режиме при нормальном входном напряжении нагрузка питается через фильтр (отсекающий всевозможные помехи) и статический переключатель. Одновременно через выпрямитель подзаряжается аккумуляторная батарея. В случае пропадания, завышения или понижения входного напряжения переключатель переводит нагрузку на питание от батареи (инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное). Переключатель конечно электронный, и время переключения составляет > 3 мсек. Учитывая, что почти у всей современной аппаратуры блоки питания импульсные, переключение происходит без прерывания сервиса.

Основными недостатками такой схемы являются:

• из-за попыток удешевления UPS не во всех моделях выходное напряжение синусоидальное (трапецеидальное и т.д.) при работе на батареях. У UPS от APC на всех — меандр. Кроме серии Smart, да и то начиная с 700-ой модели.
• не полностью защищает от помех в электрической сети

Достоинства:

• низкая цена

Line-Interactive

Данная схема отличается от Stand-By наличием специального трансформатора (выполненного по т.н. ferro технологии). Этот трансформатор сглаживает скачки напряжения, UPS реже переходит на работу от батарей и т.о. повышается срок службы батарей. Как правило, эти UPS оборудованы более совершенными фильтрами от различных импульсных и радиопомех.

Замечание от Богачева Сергея: Трансформатор у этих источников имеет несколько допполнительных отводов во вторичной обмотке (или это может быть автотрансформатор с единственной обмоткой), и контроллер UPS переключается между этими отводами в случаи изменения входного напряжения, поддерживая в заданном диапазоне напряжение на выходе. Тем самым Line-Interactive UPS может служить как-бы ЛАТором и действительно реже переходит на батареи при скачках входного напряжения.

Недостатки:

• защищает не от всех помех

Достоинства:

• оптимальное соотношение качество/цена

On-Line

Принцип работы UPS этого типа следующий: входное напряжение поступает на выпрямитель, от него постоянное напряжение поступает на инвертор (одновременно подзаряжая батарею) и инвертором преобразуется в переменное напряжение. В случае пропадания или выхода напряжения за установленные нормы инвертор начинает питать от батареи без всяких переключений. Через Bypass нагрузка переключается при перегрузках на выходе UPS (например, короткое замыкание, перегрев UPS) без разрыва, но при этом помехи фильтруются LC-фильтром, за исключением китйских UPS. Bypass не обязателен для On-Line UPS — это скорее опция.

Недостатки:

• высокая цена
• из-за двойного преобразования сравнительно низкий КПД (по отношению к Stand-By и Line-Interactive)

Достоинства:

• полная защита нагрузки

На самом деле рассмотренные схемы, конечно, упрощены и есть довольно много производных от этих схем, но общие принципы, я думаю, понятны.

А теперь перейдем к типу UPS, с которыми мне доводилось сталкиваться, подходящие для рабочих станций и серверов. Я привожу их в порядке по принципу работы.

Я буду писать только название серии, т.к. название конкретных моделей образуется из названия серии и номинальной мощности в VA.

Stand-By

Фирма APC (American Power Conversion)

Серия Back-UPS

Модели мощностью: 250 VA, 400 VA, 600 VA, 900 VA , 1250 VA.

Перечисленная серия UPS фирмы APC снята с производства почти 2 года назад. Вместо нее более новая серия 300Mi, 500Mi, 650Mi, 500AVR (последняя модель, кроме батареи, включает стабилизатор !). Кроме того, нижний предел не 196 вольт, а 162 !!! (Для этого надо переключить блок из 4 переключателей сзади UPS).

Все модели однофазные, с выходным напряжением 220-240 V 50/60 Гц (частота определяется автоматически)

Без перехода на батареи входное напряжение может колебаться в пределах: 196-280 V для 250, 400, 600 и 162-264 V для остальных моделей. Чтобы нижний предел напряжения был 162 V надо переключить блок из 4 переключателей сзади UPS.

Время работы на батареях:

• 250 серия при 100 процентной загрузке — 5 мин., при 50 процентной — 14 мин.
• 400 серия при 100 процентной загрузке — 5 мин., при 50 процентной — 19 мин.
• 600 серия 100 процентной загрузке — 5 мин., при 50 процентной — 22 мин.
• 900 серия 100 процентной загрузке — 10 мин., при 50 процентной — 24 мин.
• 1250 серия 100 процентной загрузке — 9 мин., при 50 процентной — 25 мин.

Время переключения на батареи — 2 мсек. (стандарт) и 4 мсек. (максимум).

Все модели имеют следующие сигнальные сообщения (алармы): перегрузка, работа на батареях, низкое напряжение батареи.

Все модели (кроме 250) имеют коммуникационный порт с интерфейсом RS-232 и комплектуются ПО Power Chute + (на CD). Программное обеспечение позволяет удалено наблюдать за состоянием UPS, пишет логи (пропадания питания и т.д.), сворачивает систему при длительном отсутствии напряжения, запрограммировано (по времени) выключать компьютер.

Серия Back-UPS Pro

Модели мощностью: 280 VA , 420 VA, 650VA, 1000VA, 1400 VA

Все модели однофазные с выходным напряжением 230 V 50/60 Гц.

Колебания входного напряжения, без перехода на батареи, -/+20 и -15 процентов от номинального (220 V).

Время переключения на батареи 2-4 мсек.

Время работы на батареях:

• 280 серия при 100 процентной загрузке — 6 мин., при 50 процентной — 15 мин
• 420 серия при 100 процентной загрузке — 4 мин., при 50 процентной — 10 мин.
• 650 серия при 100 процентной загрузке — 6мин., при 50 процентной — 14мин.
• 1000 серия при 100 процентной загрузке — 6 мин., при 50 процентной — 14мин.
• 1400 серия при 100 процентной загрузке — 7мин., при 50 процентной — 20мин.

Отображаемые сигнальные сообщения (алармы) и ПО аналогичны серии Back-UPS (только здесь и 280 модель имеет коммуникационный порт).

Line-Interactive

Фирма АРС

Серия Smart-UPS

Модели мощностью: 420 VA, 650 VA, 1000 VA, 1400 VA, 2200 VA, 3000 VA, 5000 VA

Все модели однофазные, с выходным напряжением 230 V 50/60 Гц.

В пределах 176-282 V работает без перехода на батареи.

Время перехода на батареи составляет 2-4 мсек. (включая время на определение пропадания питания или другой причины, из-за которой необходимо перейти на батареи).

Время работы на батареях:

• 420 серия — при 100 процентной загрузке — 4 мин., при 50 процентной -10мин.
• 650 серия — при 100 процентной загрузке — 5 мин., при 50 процентной — 14 мин.
• 1000 серия — при 100 процентной загрузке — 5,5 мин., при 50 процентной — 14 мин.
• 1400 серия — при 100 процентной загрузке — 7 мин., при 50 процентной — 19мин.
• 2200 серия — при 50 процентной загрузке — 32 мин.
• 3000 серия — при 50 процентной загрузке — 18 мин.
• 5000 серия — при 50 процентной загрузке — 18 мин.

Модели 2200-5000 состоят уже из двух блоков (блок с выпрямителем и инвертором и блоком батарей).

Все модели отображают алармы: работа на батареях, пониженное и завышенное входное напряжение, неисправность батарей.

Имеется индикация степени загруженности UPS и уровень заряда и разряда батарей.

Коммуникационный порт с интерфейсом RS-232. ПО такое же что и у Back-UPS.

Серия Matrix-UPS

Модели мощностью 3000 VA и 5000 VA.

В пределах 175-295 V работает без перехода на батареи.

Время переключения на батареи 0 мсек.

Существует возможность выбора выходного напряжения: 220, 225, 230, 240 V

Основным отличием от Smart является модульная конструкция (можно наращивать количество внешних батарей) и ЖК-дисплей, на котором отображается вся информация о состоянии UPS (входное и выходное напряжение, ток нагрузки и алармы). Также имеется автоматический Bypass.

Фирма NeuHaus Distributor Group

Серия Smart-Line

Модели: 300 VA, 450 VA,700 VA,1000 VA,1500 VA

Все модели однофазные, с выходным напряжением 230V 50/60 Гц.

В пределах +22 и 27 процентов от номинального напряжения работает без перехода на батареи.

Время переключения на батареи 4 мсек.

Время работы на батареях:

• 300 серия при 100 процентной загрузке — 5 мин., при 50 процентной — 12мин.
• 450 серия при 100 процентной загрузке — 6 мин., при 50 процентной — 14 мин.
• 700 серия при 100 процентной загрузке — 5 мин., при 50 процентной — 12 мин.
• 1000 серия при 100 процентной загрузке — 8 мин., при 50 процентной — 18 мин.
• 1500 серия при 100 процентной загрузке — 7 мин., при 50 процентной — 16 мин.

Есть возможность "горячей" замены батарей, т.е. без выключения UPS и нагрузки.

Отображается информация: работа от сети, работа на батареях, перегрузка, необходима замена батарей.

В комплекте идет ПО RUPS II (CD). Программное обеспечение отображает: загруженность UPS, входное и выходное напряжения, частоту, степень зарядки батарей, температуру внутри UPS. ПО корректно выключает компьютер при длительном отсутствии напряжения и пишет информацию о событиях.

Коммуникационный порт RS-232

Есть также "сухие" контакты, которые сигнализируют о состоянии UPS.

Также в комплект входит дополнительный фильтр RJ11/RJ11 или RJ45/RJ45

Фирма Liebert Corporation

Серия PowerSure

Модели 250 VA, 400 VA, 600 VA.

Все модели однофазные, выходное напряжение 230 V 50 Гц.

Диапазон напряжения 180-270 V работы без перехода на батареи.

Время переключения на батареи 4 мсек.

Время работы на батареях:

• 250 серия при 100 процентной загрузке — 7 мин.
• 400 серия при 100 процентной загрузке — 6 мин.
• 600 серия при 100 процентной загрузке — 7мин.

Имеется "cold start", т.е. возможность включить UPS при отсутствии входного напряжения и на некоторое время, в зависимости от степени заряда батарей и нагрузки, получать на выходе UPS 230 V.

Отображается информация: работа от сети, работа на батареях, перегрузка, необходима замена батареи.

ПО SiteNet 1 (СD) со стандартным набором функций.

Коммуникационный порт с RS-232 интерфейсом.

Серия PowerSure ProActive

Модели: 350 VA, 450 VA, 700 VA.

Все модели однофазные, 230 V 50Гц.

Диапазон напряжений 166-275 V без перехода на батареи.

Время работы на батареях:

• 350 серия при 100% загрузке — 5 мин., при 50% — 15 мин.
• 450 серия при 100% загрузке — 5 мин., 50% — 12 мин.
• 700 серия при 100% загрузке — 5 мин., 50% — 13 мин.

В остальном эти UPS аналогичны серии PowerSure.

Серия PowerSure InterActive

Модели 700 VA, 1000 VA, 1400 VA, 2200 VA.

Все модели однофазные, 230 V 50 Гц.

Диапазон напряжений 186-248 V без перехода на батареи.

Практически та же модель PowerSure, только имеется индикация загруженности UPS и степени заряда батарей.

Фирма MGE UPS SYSTEM (или Merlin Gerin)

Серия Pulsar EL

Модели: 200 VA, 400 VA (на фото крайний справа), 700 VA (на фото в центре).

Все модели однофазные, 230 V 50Гц.

Время переключения на батареи >4 мсек.

Время работы на батареях:

• 200 серия при 100% загрузке — 4 мин., при 50% -10 мин.
• 400 серия при 100% загрузке — 5 мин., при 50% -15 мин.
• 700 серия при 100% загрузке — 6 мин., при 50% -18 мин.

Все модели имеют "cold start".

Отображается информация: работа от сети, работа на батареях, перегрузка, неисправность UPS.

В комплект входит дополнительный фильтр (на фото рядом с EL2 маленькая коробочка) RJ11/RJ11.

ПО Solution-Pac 97 со стандартным набором функций (только с EL7).

Коммуникационный порт с RS-232 только у EL7.

Серия Pulsar ESV+

Модели: ESV5+ (480 VA), ESV8+ (780 VA), ESV11+ (1080 VA), ESV14+ (1400 VA), ESV22+ (2200 VA).

Все модели однофазные, 230 V 50 Гц.

Время переключения на батареи > 4 мсек.

Время работы на батареях:

• ESV5+ при 100% загрузке — 5 мин., при 50% — 15 мин.
• ESV8+ при 100% загрузке — 8 мин., при 50% — 16 мин.
• ESV11+ при 100% загрузке — 7 мин., при 50% -17 мин.
• ESV14+ при 100% загрузке — 6 мин., при 50% — 23 мин.
• ESV22+ при 100% загрузке — 7 мин., при 50% — 24 мин.

Все модели имеют "cold start" и возможность горячей замены батарей.

Отображается информация: работа от сети, работа от батарей, загруженность UPS, степень зарядки батарей, неисправность UPS.

ПО Solution-Pac 97 (CD).

Коммуникационный порт с интерфейсом RS-232.

On-Line

Фирма MGE UPS SYSTEMS

Серия Pulsar EX

Модели 700 VA, 1000 VA, 1500 VA, 2000 VA, 3000 VA, 4000 VA

Все модели однофазные, 230 V 50 Гц.

Модели 1000-4000 VA имеют возможность подключения дополнительных батарей для увеличения времени автономной работы.

Автоматический Bypass в виде опции (в стандартном комплекте не поставляется) — отдельная карта, которая устанавливается в специальный отсек.

Еще опция — ручной Bypass, устанавливается на выход UPS и позволяет переключить нагрузку на питание от сети (с разрывом) — например при полном выходе из строя UPS.

Отображается информация: работа от сети, работа на батареях, загруженность UPS, степень зарядки батарей, неисправность UPS, неисправность батареи.

ПО Solution-Pac 97.

Коммуникационный порт с RS-232 интерфейсом.

Имеются также "сухие" контакты.

Фирма EXIDE ELECTRONICS (теперь POWERWARE)

Серия Powerware Prestige

Модели 600 VA, 800 VA, 1000 VA, 1250 VA, 1500 VA, 1800 VA, 2500 VA, 3000 VA.

Все модели однофазные, 208-240 V 50 Гц (напряжение регулируется)

Рабочее напряжение 140-276 V без перехода на батареи.

Все модели (кроме 600) имеют возможность подключения дополнительных батарей. Их замена может производиться в "горячем" режиме.

В этих моделях встроенный автоматический BYPASS.

Ручной BYPASS (опция) одевается на выход UPS и позволяет заменить вышедший из строя UPS на рабочий, без прерывания питания нагрузки.

Отображается информация: работа от сети, работа от батарей, работа в режиме BYPASS, загруженность UPS, степень заряда батарей, перегрев, перегрузка, неисправность батареи, неисправность UPS.

В комплекте идет ПО FailSafe/LanSafe III со стандартным набором функций.

Коммуникационный порт с RS-232 интерфейсом.

Фирма Liebert Corporation

Cерия UPStation

Модели 700 VA, 1000 VA, 1500 VA, 2000 VA, 3000 VA.

Все модели однофазные, 208-240 V 50 Гц.

Рабочее напряжение 140-276 V (при 70 процентной загрузке) без перехода на батареи.

Модели 1000-3000 VA имеют возможность подключения дополнительных батарей.

Встроенные ручной и автоматический BYPASS.

ПО SiteNet 1.2 со стандартным набором функций.

Коммуникационный порт RS-232 интерфейсом.

Из перечисленных UPS Pulsar ES, ESV+, EX (все модели), Prestige (все модели), UPStation GXT устанавливаются в 19 дюймовые стойки (т.н. Rack Mount) с помощью дополнительных приспособлений. У APC для этого выпускается серии Back, Smart, Matrix c индексом RM.

Как выбрать UPS

Прежде чем остановиться на конкретной фирме, я думаю надо определиться с мощностью UPS.

Для начала: чтобы перевести VA в более привычные Вт необходимо мощность в VA разделить на 1,4. Полученная цифра и будет мощность в Вт.

Замечание от Владимира: полная (VA или S) и активная мощность (P) связаны в грубом приближении как P = S * cos (phi), т.е. cos (phi) =~ 0,7, что не всегда так, для нагрузки типа компъютера с импульсным блоком питания он может варьироваться от 0,6 до 0,8.

Замечание от Игоря Богачева: Строго говоря в электротехнике есть три вида мощности:

1. Полная. Это мощность, обозначаемая обычно буквой S и измеряемая в этих самых VA или Вольт-Амперах. Хочу сразу оговориться, что дело не в буквах, которыми мы обозначаем те или иные величины, а в том физическом смысле, который мы в них видим.

2. Активная. Обычно обозначается буквой P и измеряется в Вт (ваттах). Вычисляется, как произведение полной мощности на косинус угла Фи, где угол Фи является углом сдвига фаз вектора напряжения и вектора тока. Итак P = S * cos (j)

3. Реактивная мощьность. Обычно обозначается буквой Q и по анологии с активной, являясь другим катетом прямоугольного треугольника. Вычисляется как синус угла Фи : Q = S * sin (j)

Производители рекомендуют не загружать UPS более чем на 80 процентов от максимальной нагрузки, чтобы UPS не выключался или не переходил на BYPASS при включении нагрузки с повышенным пусковым током.

От загруженности UPS зависит и время работы на батареях. 15-20 минут автономной работы, по моему мнению, для дома в самый раз. Если в течение этого времени не дали электричество, то, скорее всего, это продлится долго. Для серверов минимальное время составляет 30 минут.

Теперь по принципу работы:

Для дома On-line UPS по-моему роскошь (если только не особенно тяжелый случай с электросетью), Stand-By или Line-Interactive вполне подойдут. Надо смотреть по месту — как скачет напряжение, какие устройства создают помехи, наконец, насколько "навороченный" у вас компьютер.

Для серверов я бы посоветовал UPS с наличием BYPASS — все однажды может сломаться, даже супер надежный UPS.

Как включать в электросеть

Небольшое отступление про систему организации питания вообще.

У нас в стране при организации электропитания напряжением до 1 кВт используются системы с глухозаземленной нейтралью. В таких системах в качестве одной из мер по защите от поражения электрическим током используется защитное зануление (также защитное отключение и прочее, но к компьютерам это не относится). Т.е. там, где требуется защита от пробоя на корпус в сетях 220-380 V корпуса зануляются.

Теперь немного более конкретно.

Компьютер подключается по трехпроводной схеме именно с целью защиты от пробоя на корпус. Т.е. для защиты необходимо подключить третий контакт в розетке на "ноль". Только делать это подключение надо, как минимум, в щитке на лестничной клетке.

Замечание: Нужно помнить, что в нашей стране никто не может гарантировать, что в какой-то момент у Вас в здании (или на подстанции) не поменяют ноль с фазой (на корпусе фаза — весьма забавно) и в ГОСТе по разводке электросети это также указано, не говоря уже про рекомендации производителей, где сказано — если нет заземления, то лучше вообще никуда не подсоединять.

Использование батарей отопления, трубопровод холодной воды и прочие чревато — не рассматривая физику, придет, к примеру, народный умелец — сантехник и процессе ремонта от труб батарею отключит. Так что такое заземление делать нельзя ни в коим случае.

По поводу включения UPS

Опять небольшое отступление.

Так называемая "евророзетка" у нас и иностранцев немного отличаются (имеется в ввиду розетки используемые для технологических целей).

У них вилку в розетку можно включить в одном положении, в наши два варианта (с разворотом на 180 градусов вокруг оси). Практически все UPS (из рассмотренных исключение составляют Pulsar) критичны к правильности включения "фазы". Заметим, что европейская серия APC сложнее американской именно по причине полной нечувствительности к правильности включения. Для определения правильности включения два метода:

1. найти "фазу" в розетке пробником и правильно включить вилку.

2. у включенного UPS на выходе померить тестером напряжение и при необходимости перевернуть вилку.

Замечание от Wert из конференции: критичность к правильности включения "фазы" имеет место, т.к. многие (но не все) UPS имеют "гальваническую развязку" (нуль на входе развязан с нулем на выходе) и ноль формируется с участием третьего ("заземляющего") контакта. При неправильном включении на "заземляющем" контакте на выходе появляется определенный потенциал, иногда >100 вольт. Тоже самое происходит и при отсутствии третьего проводника на входе UPS.

Успехов в подключении!