Выбор ИБП для систем видеонаблюдения

Дата публикации: 26.07.2016 Скачать статью в формате pdf (необходимо зарегистрироваться или авторизоваться)

К нам часто обращаются инженеры и проектировщики систем видеонаблюдения с просьбой подобрать оборудование и проверить проектное решение. Вопросы выбора ИБП поступают регулярно, и так же регулярно мы встречаем непонимание и незнание основных особенностей и алгоритмов расчета систем бесперебойного питания. И, как следствие, возникают ошибки в проектах. Типичные ошибки при выборе и проектировании систем резервного электропитания:

  • приравнивание ватт и вольт-ампер;
  • расчет по максимальной мощности блока питания устройства;
  • выбор мощных и дорогих ИБП с целью продления времени автономной работы;
  • отсутствие механизма выключение оборудования при пропадании питания. Особенно в проектах, где к одному ИБП подключено несколько серверов.

Прежде чем разбирать ошибки и давать рекомендации, давайте поговорим о теории и разберемся в том, какие бывают ИБП, и чем они отличаются.

Типы источников бесперебойного питания

Существуют три основных типа ИБП:

  1. Резервный - Back UPS;
  2. Линейно-интерактивный - Smart UPS;
  3. On-Line.

Названия Back UPS, Smart UPS и On-Line относятся к типу ИБП, а не к моделям фирмы APC. Просто APC когда то давно ввело эти обозначения в наименование своей продукции, и сейчас эти названия четко ассоциируются с продукцией этой марки. Однако, это все же технологии, а не обозначения моделей APC.

Резервный ИБП

Это самый простой и, соответственно, самый дешевый ИБП. Состоит из аккумулятора, зарядного устройства, инвертора и реле. При подключении к нему оборудование будет продолжать работать от сети, а при отключении электропитания реле переключит питание на аккумулятор. Данная схема работы приводит к микросекундным задержкам в питании, что может быть критично для работы особо чувствительного к питанию  оборудования. Поэтому данный вид ИБП используется обычно для защиты персональных компьютеров и ноутбуков дома или в офисе. Как правило имеют скромный аккумулятор 12В 7А/ч, но его емкости обычно хватает на то, чтобы быстро сохранить необходимые данные и корректно выключить ПК. Дополнительными батареями такие ИБП не расширяются.

Схема работы резервного ИБП (Back UPS)

Зарядное устройство находится внутри ИБП и питает батарею. Инвертор преобразовывает постоянное напряжение 12V от аккумулятора в 220V переменного и работает, когда питание оборудования осуществляется от аккумулятора.

Раз уж мы упомянули компанию APC, вот пример резервных ИБП серии Back-UPS и Back-UPS Pro этого производителя.

Back-UPS фирмы APC

Линейно-интерактивный ИБП, или Smart-UPS

Схема работы линейно интерактивного ИБП (Smart UPS)

Данные ИБП строятся на базе резервного ИБП и работают по тому же принципу. Однако дополнительно включают в себя ступенчатый стабилизатор напряжения, благодаря которому ИБП может работать в более широком диапазоне входящих напряжений.

Данные ИБП, часто имеют уменьшенное время переключения в сравнении с резервными ИБП. Это позволяет использовать их для серверов и другого чувствительного к перепадам напряжения оборудования. Smart-UPS обладают большей мощностью, и за счет дополнительных элементов стоят существенно дороже Back-UPS. В большинстве случаев модели комплектуются, как и резервные источники питания, батареями по 12В 7 А/ч в количестве от четырёх до восьми штук. Важной особенностью этих ИБП является возможность комплектации дополнительными аккумуляторными блоками, увеличивая тем самым время работы оборудования до нескольких часов. Smart-UPS бывают напольного исполнения и исполнения для стойки 19".

Вот примеры внешнего вида линейно интерактивных ИБП все той же фирмы APC:

Линейно интерактивные ИБП фирмы APC

On-Line ИБП

Схема работы On-line ИБП

В данных ИБП входное переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное, затем в переменное, и подается на выход.

Благодаря этой схеме отсутствует реле переключения, следовательно, задержка при подаче  питания от батареи равно нулю. Поэтому данные ИБП используются для защиты техники, для которой качественное питание является критическим фактором. On-line источники бесперебойного питания регулируют не только напряжение (как Smart-UPS), а еще и частоту, тем самым обеспечивая на выходе строго заданные параметры вне зависимости от параметров входного напряжения. 

При кажущейся простоте схемы нужно понимать, что схемотехника таких ИБП существенно сложнее Smart UPS. Вследствие этого и стоимость значительно выше. Они также бывают как напольного, так и стоечного 19" исполнения и могут комплектоваться дополнительными модулями питания. Примеры внешнего вида On-line UPS:

On-line ИБП фирмы APC

Подводя итог выше сказанному, давайте сформулируем рекомендации к выбору типа ИБП:

  • резервные источники питания можно использовать для защиты персональных компьютеров, ноутбуков и мелкой бытовой техники. Допускается использование Back-UPS для защиты ПЭВМ удаленных рабочих мест постов охраны систем видеонаблюдения;
  • линейно-интерактивные ИБП логично использовать для защиты серверного и коммутационного оборудования в ситуациях, когда есть гарантия стабильности параметров входящего питания. Для постов охраны крупных систем ситуационного видеонаблюдения критически важных объектов так же рекомендуется использование Smart UPS;
  • On-Line ИБП рекомендуется использовать при нестабильных параметрах входного напряжения, для электропитания чувствительного к перебоям оборудования, а так же для критически важного оборудования в ЦОД и системах хранения, сбой в работе которых может сильно повлиять на функционирование и безопасность объекта.

Ватты и вольт-амперы

Итак, переходя к типовым ошибкам при выборе ИБП, давайте рассмотрим первую из них -  приравнивание ватт и вольт-ампер при выборе ИБП. Формально, это ошибка, но реально это делать можно. А почему - давайте разберемся.

Мощность, которую выдают источники бесперебойного питания, указывается в вольт-амперах (VA). Мощность, потребляемая оборудованием, указывается в ваттах (W).

Вольт-амперы называют еще “кажущейся мощностью” – она является результатом умножения напряжения на силу тока. Характеристики в вольт-амперах и ваттах для некоторых типов электрической нагрузки, например, для ламп накаливания, идентичны. Это характерно для резистивных нагрузок.

Для емкостных и индуктивных нагрузок, например, блоков питания компьютерного оборудования, эти характеристики могут отличаться, при этом характеристика в вольт-амперах всегда будет больше или равна характеристике в ваттах. Отношение ватт к вольт-амперам называется “коэффициентом мощности” и выражается либо в виде числа (0,7 или 0,6), либо в виде процентов (70% или 60%). 

Большинство производителей ИБП указывают на своей продукции именно вольт-амперы, например 1000 VA, однако надо помнить, что максимальная мощность для питания компьютерного оборудования в данном случае составляет около 60%-70% от 1000 VA, т.е. примерно 600-700 Вт.

В то же время, во всём крупном компьютерном оборудовании, таком как серверы, дисковые массивы, маршрутизаторы и коммутаторы, используются источники питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC - Power Factor Correction). Таким образом, коэффициент мощности у них близок к единице и составляет 0,99, т.е. номиналы в ваттах и вольт-амперах равны. 

Получается, что можно не переживать и выбирать ИБП исходя из того, что VA=W? С одной стороны да, но с другой, вы должны быть на 100% уверены, что все блоки питания в оборудовании в проекте качественные, с коррекцией коэффициента мощности. Если уверенности нет, то нужно обеспечить запас в соответствии с указанным выше типовым коэффициентом мощности.

Теперь можно определиться с методикой расчета мощности ИБП, но перед этим рассмотрим еще одну большую проблему - как узнать, сколько потребляет оборудование.

Номинальное и реальное потребление ПЭВМ

Как узнать потребление оборудования? Казалось бы - что может быть проще, посмотрел в паспорт и получил данные. Но если мы говорим о серверном оборудовании, то в 90% случаев там будет указано не потребление ПЭВМ, а максимальная мощность устанавливаемого в изделие блока питания. С учетом запаса по мощности, который нормальный производитель учитывает при выборе блока питания ПЭВМ, мы в реальности, даже в пиках нагрузки, имеем потребление 60%, 50%, а то и 30% от максимальной мощности БП.

Модуль блока питания Redundant 1200W

Если рассчитывать ИБП по номинальной мощности, мы получим дорогой UPS, который будет загружен максимум на 30% своих возможностей. Чтобы избежать такой ситуации, рекомендуется выяснить у производителя ПЭВМ максимальную реальную мощность потребляемую оборудованием, и провести расчет исходя из полученных данных.

Зная мощность оборудования и коэффициент коррекции мощности для пересчета в VA мы можем выбрать мощность ИБП.

Расчет мощности ИБП

Формула для расчета требуемой мощности ИБП выглядит следующим образом:

Мощность ИБП (VA)  = (W1/K1 + W2/K2 + W3/K3 + ...)/0,8,

где Wn - максимальная реальная мощность оборудования в W, Kn - коэффициент коррекции мощности, 0,8 - рекомендуемый запас мощности ИБП.

Пример 1: требуется обеспечить бесперебойное питание двух серверов с потреблением до 560W и 480W соответственно. Блоки питания серверов с PFC.

(560W/1 + 480/1) / 0,8 = 1300 VA

Следовательно, подбираем Smart-UPS с вольт-амперной характеристикой не менее 1300VA

Пример 2: требуется обеспечить бесперебойное питание ПЭВМ с потреблением 240W. Данные о наличии PFC у производителя не указаны.

(240W/0,7) / 0,8 = 429 VA

Выбираем Back UPS не менее 429 VA.

Когда мы понимаем, какая мощность ИБП нам требуется, можно переходить к этапу расчета времени автономной работы, и соответственно, требованиям по емкости аккумуляторов. Но для начала - еще об одной типовой ошибке.

Большое время автономной работы – большой ИБП?

ИБП выбирается по двум основным параметрам - мощность и время автономной работы оборудования в отсутствии внешнего электропитания. Другими словами - на сколько хватит UPS при отключении электричества. Время автономной работы заказчик указывает в ТЗ на проектирование, либо оно берется из соответствующих нормативных документов к типу объекта и решаемой задачи, ссылку на которые заказчик указал в ТЗ.

Если время автономной работы задано большое, то нередко мы встречаем в проектах огромные ИБП с мощностью 8000VA и больше, которые питают один-два небольших сервера. Когда мы начинаем разбираться и общаться с проектировщиком выясняется, что ИБП выбран не по мощности, а по времени автономной работы системы. Дело в том, что в более мощных ИБП находится больше аккумуляторных батарей, и если к ним подключить заведомо более низкую нагрузку, можно обеспечить бесперебойное питание оборудования на нужное количество времени. Правильным решением было бы использование адекватного по нагрузке ИБП и дополнительных модулей с батареями.

Расчет емкости аккумуляторов ИБП

Время автономного питания оборудования от ИБП зависит от двух параметров: это мощность полезной нагрузки и общая емкость всех аккумуляторных батарей.

Однако, следует помнить, что зависимость времени работы от этих параметров не линейная. Для быстрой примерной оценки  времени резерва можно использовать простую формулу.

T (часов) = E * U / P,

где  Е  — емкость аккумуляторов А/ч, U  — напряжение аккумуляторов V, Р  — мощность нагрузки всех подключаемых приборов W.

Формула не учитывает КПД инвертора, остаточную емкость аккумуляторов для защиты от глубокого разряда и другие параметры. Мы рекомендуем пользоваться уже готовыми таблицами или графиками. Пример таблицы:

Таблица выбора емкости АКБ

В данной таблице указана зависимость времени работы оборудования от нагрузки и ёмкости АКБ. Например, для работы нагрузки в 700ВА в течение одного часа необходима суммарная емкость аккумуляторов 80 А/ч. Аккумуляторы могут располагаться внутри ИБП и добавляться в виде блоков аккумуляторных батарей.

С графиком расчет более наглядный. Компания APC на своем сайте предоставляет графики зависимости времени работы конкретных моделей ИБП от нагрузки. Причем компания APC также указывает количество аккумуляторных модулей необходимых под то или иное время автономной работы.

Пример выбора количества дополнительных блоков аккумуляторов для ИБП 1500 VA Smart UPS для питания оборудования мощностью 1кВт в течении одного часа:

График выбора дополнительных блоков аккумуляторов для ИБП

На графике видно, что для решения задачи потребуется два дополнительных аккумуляторных модуля. 

Корректное завершение работы оборудования после отключения электропитания

ИБП выбраны, время автономного питания обеспечено. Но что произойдет, когда аккумуляторы полностью разрядятся? Резкое отключение питания сервера может привести к серьезным сбоям, потери видеоинформации, вплоть до разрушения RAID-массива. Для того, чтобы этого не произошло и сервер корректно завершил работу всех приложений и заранее выключился, существует возможность подключения UPS к серверу и установки специального приложения. Несмотря на то, что выход для подключения к серверу есть практически у любой UPS, необходимость подключения сервера к UPS и настройки автоматического выключения стоит дополнительно прописать в проектной документации к системе видеонаблюдения.

Другая ситуация, когда одна UPS питает несколько серверов. Здесь крайне важно на этапе проектирования системы видеонаблюдения предусмотреть подключение серверов к UPS по локальной сети. Для этого существуют специальные сетевые модули, которые дополнительно устанавливаются в источники бесперебойного питания. Например, в линейке продукции компании APC сетевой модуль AP9631, который устанавливается в Smart Slot.

При выборе ИБП стоит обратить внимание на наличие функции отложенного старта, когда при возобновлении подачи электроэнергии ИБП подзарядит свои АКБ заданное время, и только после этого выйдет из спящего режима и выдаст электроэнергию в нагрузку. Данная функция позволяет подзарядиться батареям ИБП до необходимого уровня, чтобы не возникло ситуация, когда при повторном прекращении подачи электроэнергии аккумуляторы не будут заряжены и сервер резко выключится, не успев даже загрузить операционную систему.

Резюме

Итак, мы с вами разобрали основные ошибки при выборе ИБП для систем видеонаблюдения и рассмотрели методики расчета мощности и времени автономной работы ИБП. Надеемся, что теперь у вас не будут возникать сложности при подборе ИБП под проектируемую или монтируемую вами систему видеонаблюдения.

Полезно знать:

Если вы проектируете систему видеонаблюдения и используете оборудование VIDEOMAX, полезно знать следующие особенности:

  1. Мы используем современные блоки питания исключительно с функцией корректировки мощности (PFC). Это позволяет при расчете требуемой мощности ИБП применять коэффициент пересчета ватты в VA равный "1".
  2. В паспорте на изделие мы указываем реальное максимальное потребление устройства, а не максимальную мощность установленного блока питания. Параметры ИБП, в этом случае, рассчитываются в точном соответствии с параметрами нагрузки. Заказчик не переплачивает за излишнюю мощность.

Если у Вас все же возникают проблемы с выбором источников бесперебойного питания, вы можете обратиться к нам – компании Видеомакс. Наши менеджеры и инженеры готовы оптимизировать оборудование под вашу задачу, чтобы вы не переплачивали, и чтобы ваше предложение было самым выгодным для заказчика. 

Об особенностях выбора ИБП для системы видеонаблюдения мы рассказывали в одном из вебинаров. Фрагмент вебинара "Защищенная система видеонаблюдения" на тему защиты от отключения электропитания и выбора ИБП:

Возврат к списку




Комментарии к статье:
Загрузка комментариев...
Рекомендуем прочитать