Источники бесперебойного питания

Наверное, обычный пользователь и не подозревает, каким опасностям он подвергает свой компьютер, подключая его к обыкновенной сети электропитания. Казалось, чего проще: воткнул штекер в розетку - и работай на здоровье. Однако в результате не получается ни работы, ни здоровья: сколько раз вам приходилось хвататься за сердце при виде внезапно гаснущего монитора, осознавая безвозвратную потерю набиравшегося в течение нескольких часов текста? И если бы дело ограничивалось только пропаданием напряжения в электросети, - "электрические демоны" изощренны и коварны, их обличия разнообразны, имя им легион: броски напряжения, электромагнитные наводки, грозовые разряды...

• Перенапряжение (англ. surge) - повышение напряжения электросети продолжительностью не менее 0,008 с.
• Импульсивный бросок напряжения (spike) - мгновенное значительное повышение напряжения. Обычно вызывается ударом молнии или случается в момент возобновления подачи напряжения.
• "Проседание" напряжения (brownout) - падение напряжения более чем на 10%. 
• Пропадание напряжения (blackout) - полное отключение сети электропитания. 
• Электромагнитная помеха (electromagnetic interference, EMI) может вызываться переключением нагрузки, грозовым разрядом, работой генераторов либо другими источниками помех. Приводит к отклонению формы напряжения от правильной синусоиды.
• Радиочастотная помеха (radiofrequency interference, RFI) - частичный случай электромагнитной помехи.

Сбои в сети, как мы убеждаемся, имеют самые различные формы и виды. Так что если у компьютера или принтера не перегорает блок питания, это не значит, что ваша техника не подвергается постоянным атакам со стороны "электрических демонов". Не стоит полагаться только на обоняние (гарь) и зрение (дым, погасший монитор). Электромагнитные и радиочастотные помехи не менее опасны, чем пропадание или скачок напряжения, поскольку приводят к отклонению формы напряжения от правильной синусоиды, что вызывает искажения и ошибки в файлах программ и данных.

Справиться с укрощением всех "электрических демонов" способны лишь ИБП (UPS) - источники бесперебойного питания, речь о которых пойдет ниже. Конечно, сетевые фильтры смогут защитить аппаратное обеспечение компьютера от разрядов и помех, но справиться с "проседанием" и полным пропаданием напряжения способны только "источники". Кроме того, последние обязательно оснащаются системой подавления разрядов и шумов, что делает их универсальной защитой электронно-вычислительной техники.

В зависимости от своей архитектуры, существующие сегодня ИБП можно разделить на три класса: off-line, line-interactive и on-line (cм. далее: "Классы ИБП"). Но вне зависимости от принадлежности к тому или иному классу в обязанности "источников" не входит защита электронного оборудования на протяжении нескольких часов и более. Если возникают постоянные проблемы с остановкой подачи электроэнергии более чем на 3-5 часов, то есть смысл обзавестись дизель-генератором, действительно способным взять на себя функции мини-электростанции. Основная же прерогатива ИБП - поддержать в течение нескольких десятков минут работоспособность системы в условиях длительного пропадания электропитания и дать возможность корректно завершить работу ПК или сервера с полным сохранением всех данных. Прежде, чем иссякнет заряд батарей, ИБП либо подаст сигнал (например, звуковой) о необходимости закрытия программ, либо с помощью имеющегося специального программного обеспечения самостоятельно произведет аккуратный выход. Конечно, существуют ИБП, позволяющие "электропитать" вычислительный центр крупной компании на протяжении 2-3 (а то и более) часов. Это, в первую очередь, модульные источники (типа АРС Matrix-UPS), вооруженные дополнительными блоками батарей. Но так или иначе - заряд батарей недолговечен.

ИБП данного типа являются самыми примитивными и дешевыми устройствами. Принцип их работы следующий: в нормальном режиме источник оff-line подает электроэнергию на выход (т.е. - к нагрузке) прямо со входа через фильтр, подавляющий разряды и шумы. Лишь в случае сбоя в сети (пропадание или "проседания" напряжения) он переходит на работу от батареи: выходное переменное напряжение генерируется инвертором, получающим энергию батарей. Как правило, диапазон входного напряжения у ИБП оff-line - 187-264 вольт. Но поскольку стабильность выходного напряжения у них отсутствует, то выходное напряжение всегда равно входному. И это - минус ИБП оff-line, равно как и то, что генерируемый инвертором переменный ток лишь приближенно имеет синусоидальную форму (обычно - прямоугольную или ступенчатую).

В отличие от источников предыдущего класса "интерактивные" ИБП способны регулировать входное напряжение. В зависимости от того, понижается или увеличивается напряжение в сети, ИБП line-intеractive соответственно ступенчато повышает или понижает его, выдавая на выходе напряжение, очень близкое к номинальному значению 220 вольт. Обычно отклонения составляют +/- 15%. "Интерактивным" источникам можно задавать работу в различных диапазонах входного напряжения. Только в случае, когда падение или повышение напряжения превышает допустимые той или иной моделью рамки, включаются батареи, что значительно экономит расход энергии последних.

Самые надежные, но и самые дорогостоящие источники бесперебойного питания. Уже по их названию можно заключить, что они являются постоянно действующими, в отличие от ИБП оff-line и line-intеractive. Батареи источников on-line постоянно находятся в рабочем состоянии и служат своего рода "энергетическом буфером", подавляющим последствия "проседания" сети. Поэтому переход на автономный режим и обратно у "он-лайновых" ИБП равен нулю (его как такового и не существует). Еще одна важная особенность ИБП оn-line cостоит в двойном преобразовании энергии: поступающий со входа переменный ток преобразуется в низковольтный постоянный, а затем выполняется обратное действие (некоторые модели производят тройное преобразование). Таким образом, ИБП on-line подает на нагрузку напряжение, свободное от каких бы то ни было помех, всегда имеющее правильную синусоидальную форму и равное 220 вольт. Минусы данных ИБП состоят в том, что непрерывно работающая система преобразования рассеивает в виде тепла 20-30% полезной электроэнергии и вызывает преждевременное старение узлов ИБП. Срок службы батареи также уменьшается. Однако для уверенной работы компьютера, управляющего медицинской аппаратурой, альтернативы ИБП on-line не существует.

Выше уже упоминалось о ПО, поставляемым вместе с "источниками", претендующими на звание интеллектуальных (в той или иной степени) устройств. Большую славу снискало фирменное ПО компании АРС - PowerChute, но достойно выглядят и другие программы, например, UPSMON у ИБП Powercom, FailSafe III - у Exide, Power Alert Plus - у Tripp Lite... Возможности этих программных пакетов настолько велики и разнообразны, что для подробного рассказа о программном обеспечении ИБП понадобилась бы отдельная статья. Здесь же скажем, что в силах современного развитого ПО осуществление диагностики и тестирования "источника", автоматическое присваивание имен закрываемым файлам, сбрасывание менее существенной нагрузки для поддержания нагрузки более важной, ведение журнала регистрации событий, быстрая остановка работу ИБП после закрытия системы в целях экономии ресурсов батарей, оповещение о перебоях энергоснабжения по электронной почте или пейджинговой связи, отслеживание состояния окружающей среды, включая стихийные бедствия, и многое другое. Поступаемая информация выводится на экран монитора; как правило, у большинства ПО интуитивно-доступный и дружественный интерфейс. Возможно дистанционное управление ИБП по коммутируемой линии.

Не нужно думать, что ИБП допускает подключение только одной нагрузки (скажем, компьютера). На самом деле у ИБП может быть несколько выходных разъемов батарейного питания, а также высокоамперных разъемов для защиты устройств, не требующих батарейной поддержки от выбросов напряжения и перенапряжения. К первым целесообразно подключать системный блок, монитор, внешние накопители, ко вторым - модем, принтеры, звуковые колонки. При соответствующем ПО с помощью функции сегментации нагрузки (load shedding) все выходные разъемы можно разделить на несколько групп. Например, модель Exide NetUPS SE позволяет таким образом разделить имеющиеся восемь выходных разъемов на три группы, подключив нагрузку различной важности к разным группам. Функция же сегментации нагрузки позволит задать порядок обесточивания групп и, скажем, оставить подключенным только системный блок, значительно продлив его работу.

Не менее важной функцией является режим "холодного старта" - способность ИБП включаться в отсутствии сетевого напряжения. "Холодный старт" есть не у всех существующих "источников" и удобен тем, что позволяет при длительном пропадании электроэнергии выполнить срочную работу, например, внести правки в документ, распечатать последний на принтере и отправить по факсу.

Подходя к концу повествования об ИБП - этих героических укротителях "электрических демонов", с горечью начинаешь понимать всю мудрость афоризма Козьмы Пруткова. Да, объять необъятное, наверное, действительно нельзя, а тема источников бесперебойного питания если и не необъятна, то очень и очень объемна.