Обеспечение отказоустойчивой работы

   Непрерывный характер технологических процессов в инфокоммуникациях и необходимость сохранения и защиты информации обусловливают требования к надежности функционирования технических средств СБЭ. Поскольку надежность работы оборудования компьютерных сетей и комплексов связи неразрывно связана с электроснабжением, требуется принятие специальных мер по обеспечению надежности работы СБЭ.

   Надежность системы - совокупное понятие, включающее возможность продолжения работы системы в целом даже при возникновении неисправностей (отказов) ее элементов, локализацию места отказа элемента системы и восстановление исходной работоспособности путем замены или дублирования отказавшего элемента. Достижение требуемых показателей надежности обеспечивается применением соответствующих технических средств, организационными мероприятиями и оперативными действиями обслуживающего персонала

   В СБЭ отказоустойчивость достигается за счет применения двухуровневой схемы электроснабжения и избыточности комплекса ИБП (принцип N+1).

   Продолжение работы системы в целом, даже при возникновении неисправностей (отказов) ее элементов, достигается резервированием ее важнейших элементов, в нашем случае ИБП. Мощные трехфазные ИБП должны функционировать в параллельном комплексе.

   Целью объединения нескольких ИБП в параллельный комплекс является обеспечение работы комплекса в целом при отказе одного из ИБП.

   Количество ИБП рассчитывается таким образом, чтобы в случае выхода из строя одного из источников оставшиеся в работе могли обеспечивать питание нагрузки (принцип RPA - Redundant Parallel Architecture - избыточная параллельная архитектура).

 Параллельный комплекс ИБП

   Возможны два варианта построения параллельного комплекса:

- по централизованной схеме (с выделением статического переключателя обходной цепи байпаса в виде объединительного блока);

- по децентрализованной (модульной) схеме - без объединительного блока.

Централизованная схема требует установки объединительного блока, рассчи¬танного на суммарную выходную мощность комплекса. Модульная структура позволяет при необходимости нарастить комплекс, добавляя новые ИБП к уже установленным. В современных параллельных комплексах ИБП применяются модульные схемы.

Управление централизованной и модульной структурой производится по принципу распределенной логики, т.е. без центрального управляющего звена. Таким образом, микропроцессорные блоки синхронизации работы параллельного комплекса в каждом ИБП полностью равноправны, и отключение либо выход из строя одного из ИБП не приводит к потере работоспособности комплекса в целом. Такая схема позволяет также производить техническое обслуживание и ремонт любого ИБП не только без отключения нагрузки, но и с сохранением бесперебойного электроснабжения. Более предпочтительна модульная параллельная структура без объединительного блока с резервированием шины управления.

Наряду с параллельной схемой СБЭ существует последовательная схема. В та¬ких системах резервирование ИБП достигается за счет включения на вход байпаса резервного ИБП. Резерв находится во включенном состоянии, но нагрузки не несет и не участвует в работе при переходе основных ИБП в автономный режим. На рис.2 приведена последовательная схема СБЭ с резервированием по линии байпаса.

Такое решение может быть продиктовано архитектурными особенностями объ¬ектов, когда в старом здании недостаточно места для размещения параллельной централизованной системы бесперебойного питания. ИБП, непосредственно работающие на нагрузку, распределяются по зданию (в общем случае - по этажам) в небольших, специально приспособленных помещениях.

Рис.2 Последовательная схема СБЭ с резервированием по линии байпаса

   На рис. 3  изображена традиционная схема последовательного «горячего резервирования». Такие схемы исторически были первыми на пути создания отказоустойчивых систем, но после появления систем RPA отошли на второй план по причине наличия ряда недостатков, которые отсутствуют в параллельных системах.

Рис 3. Схема последовательного «горячего резервирования»

   При проектировании предпочтение следует отдавать параллельным и двухуровневым (избыточным) схемам СБЭ. Второй уровень СБЭ относится к ответственным рабочим станциям, файл-серверам, активному сетевому и телекоммуникационному оборудованию. При сосредоточенном размещении этого оборудования его электроснабжение обеспечивается с применением выделенного ИБП средней мощности (до 40 кВА) в сочетании с простыми резервными ИБП типа off-line. Такое решение в сочетании с дополнительными техническими средствами, позволяющими осуществлять резервирование ИБП второго уровня, представляет собой отказоустойчивую систему бесперебойного питания. В качестве наиболее прогрессивного решения по созданию отказоустойчивых систем следует рекомендовать СБЭ с применением источников бесперебойного питания класса энергетического массива.

  Помимо применения параллельных комплексов ИБП и энергетических массивов в настоящее время начинают применять схемные решения, заимствованные из «большой» энергетики и позволяющие осуществлять электроснабжение нагрузок группы А от двух независимых ИБП. Устройства, позволяющие реализовать эту схему, получили название «избыточный переключатель» (redundant switch). Устройство имеет сравнительно небольшую мощность и позволяет питать сервер или комплект сетевого оборудования. Рекомендуется подключать ИБП, работающие на избыточный переключатель, к различным групповым линиям, желательно от разных секций главного распределительного щита (ГРЩ). На рис. 4  показан пример подключения избыточного переключателя. 

Рис. 4  Пример подключения избыточного переключателя:

а) к одной линии; б) к двум линиям

(источник: АРС) 

   Разумеется, такое схемное решение применяется для особо критичных нагрузок из группы А. В большинстве случаев эти технические средства информатизации и телекоммуникаций оборудуются двумя независимыми блоками питания, и необхо¬димость использования избыточного переключателя отпадает. Для питания таких потребителей следует выполнить групповую сеть таким образом, чтобы обеспечить питание от различных секций ГРЩ, причем по крайней мере одна из линий должна иметь питание от СБЭ.

   Модульные системы постоянного тока также позволяют создавать отказо¬устойчивые системы электроснабжения. Применяя инверторы, можно создавать системы бесперебойного электроснабжения средств коммуникаций, использую¬щих питание переменного тока, web-узлов и центров обработки. Существует мнение о целесообразности перевода питания средств информатизации на пита¬ние от постоянного тока. Действительно, существует ряд предпосылок для таких преобразований:

- большое время автономной работы систем постоянного тока (несколько часов);

- необходимость совместной работы потребителей, питающихся переменным и постоянным током, исходя из условий обработки и передачи информации;

- сложившееся применение инверторов в системах постоянного тока;

- необходимость снижения эксплуатационных затрат.

   Отказ питания от инверторов части оборудования в системах постоянного тока потребует перевода вторичных источников питания этого оборудования на электроснабжение от постоянного тока. Это повысит совокупную надежность системы, снизит затраты. Однако сложившийся парк оборудования и технология его производства не могут быть изменены в одночасье. Не является универсальным и сам принцип электроснабжения на постоянном токе. Например, для зданий в целом он вряд ли применим, поскольку требования нормативных документов в строительстве не разработаны для распределенных систем постоянного тока. Не изучены во¬просы электромагнитной совместимости, электробезопасности, нет электрооборудования для систем, распределенных в масштабах зданий. В настоящее время область применения систем постоянного тока остается прежней - средства связи и телекоммуникаций.