Обеспечение качественного надежного электропитания является первоочередной задачей для телекоммуникационных компаний и центров обработки данных.

Таким заказчикам необходимо круглосуточное непрерывное электропитание. В ответ на потребности рынка производители ИБП заявляют, что их устройства защиты энергоснабжения обеспечивают пять, шесть и даже семь «девяток» надежности. О том, что скрывается за пресловутыми «девятками», каковы реальные критерии оценки надежности систем бесперебойного питания, насколько актуально дальнейшее повышение их отказоустойчивости, и пойдет речь.

Мера работоспособности

По сути, надежность системы — это мера ее работоспособности. Надежность можно количественно определить для любых систем (в том числе систем бесперебойного электроснабжения) и их наиболее ответственного элемента ИБП.

Поскольку основным требованием к высококритичной электрической системе является возможность ее круглосуточной эксплуатации 365 дней в году, ее работоспособность определяется соотношением (выраженным в процентах) среднего времени, затрачиваемого на ремонт системы (Mean Time To Repair, MTTR), и среднего времени ее функционирования между ремонтами (Mean Time Between Failure, MTBF). На практике это означает: чем меньше MTTR и чем больше MTBF, тем система более надежна. Делая соответствующие расчеты, производители указывают величину Availability в процентах, например 99,999%. Это и есть так называемые «пять девяток» надежности.

Существуют и другие критерии оценки надежности ИБП: ремонтопригодность, гарантийный срок эксплуатации, коэффициент готовности, коэффициент простоя и т. д. Как правило, выбор показателя диктуется либо принятым в отрасли стандартом, либо непосредственно потребителем. Например, к стандартным требованиям Минсвязи относятся: уже упоминавшееся время наработки на отказ (MTBF), ремонтопригодность и срок службы. Однако все перечисленные показатели взаимосвязаны и пересчитываются один в другой при помощи известных формул.

При этом большое значение имеет методика определения используемых в расчетах величин. Они могут быть найдены расчетными методами или эмпирическим путем. В этой связи директор компании NeuHaus Group Александр Кашин отмечает: «Есть всего два заслуживающих внимания параметра, касающихся надежности любого высокотехнологичного оборудования, — MTBF и MTTR. Все остальное субъективно, а значит, не заслуживает серьезного рассмотрения».

Ведущий специалист отдела систем электропитания компании Stins Coman (дистрибьютор оборудования Liebert Hiross и Emerson Energy Systems) Михаил Салтыков называет основные факторы, от которых может зависеть время наработки на отказ. Среди них — используемые схемотехнические решения, конструктивные особенности, качество компонентов (в том числе аккумуляторных батарей, печатных плат, соединений) и многое другие. Специалисты фирмы ИНЭЛТ добавляют: одним из основных направлений повышения надежности является развитие средств встроенной диагностики, локального и удаленного мониторинга.

Предположим, что оборудование N имеет высокие показатели наработки на отказ. Однако вероятность его выхода из строя — величина, все-таки отличная от нуля. Предположим также, что, несмотря на высокое значение MTBF, сбой системы все-таки произошел. Спрашивается: будет ли владельцу оборудования все равно, сколько времени потребуется на восстановление ее работоспособности? Кашин убежден, что нет, и именно поэтому поставщики ИБП придают большое значение развитию сервисной инфраструктуры.

Можно, например, долго рассуждать о преимуществах модульного построения систем бесперебойного электропитания и об удобстве их ремонта, но не суметь обеспечить их быстрого восстановления при отказе. А владельца оборудования в первую очередь интересует реальная бесперебойность работы системы, а уж потом — ее архитектура и расчетные показатели работоспособности.

Два неизвестных

Вернемся к задаче вычисления искомых MTBF и MTTR. Всеволод Ржевкин, менеджер по продажам компании «Абитех» (поставщика продукции General Electric Digital Energy), подметил, что вопрос надежности систем бесперебойного электропитания, конечно, очень актуален, но эта надежность трудно поддается достоверной оценке. Компания MGE UPS Systems, например, использует для оценки MTBF статистические данные, основанные на исследованиях всей совокупности установленного и эксплуатирующегося у заказчиков оборудования. Кроме того, применяются данные различных исследовательских центров и организаций, таких как US Military, CNET и др. Однако чаще всего данные самого производителя являются наиболее точными — благодаря большей базе для исследований.

Ржевкин убежден, что прямая экспериментальная оценка времени наработки на отказ практически невозможна, поскольку эта величина в современных ИБП исчисляется десятками лет. Наблюдать за одним и тем же ИБП, находящимся в одних и тех же условиях эксплуатации в течение столь долгого промежутка времени, не представляется возможным. Как правило, ИБП модернизируются несколько раз в год, а значит, реальные замеры пришлось бы начинать сначала после каждой модернизации.

Поэтому статистическую оценку MTBF «во времени» заменяют оценкой «по ансамблю ИБП», хотя и этот метод не совсем корректный, поскольку разные ИБП могут работать в совершенно разных условиях. Вот простейший пример расчета: в течение n-го квартала такого-то года было выпущено 1201 ИБП. При этом к производителю поступило 17 рекламаций. Следовательно, MTBF равняется 1201/(4х17), или 17,6 года.

Полученный результат не вполне достоверен, так как показатель MTBF предназначен для определения надежности одного и того же ИБП (либо узла), а сравнивать разные ИБП или продукты разных производителей этим методом не совсем правильно. Ведь в искомой величине не учитываются многие важные факторы, например человеческий фактор при сборке, дизайн аппарата и др.

Специалисты «Абитеха» делают еще несколько существенных замечаний.

MTBF, рассчитанный для ИБП, и MTBF, относящийся к системе электропитания нагрузки, по сути, разные величины. Это связано с наличием в схемах промышленных ИБП автоматического байпаса, который переключает критичную нагрузку на питание напрямую от электросети при неисправности либо перегрузке самого источника. Вдобавок MTBF системы электропитания нагрузки от ИБП с автоматическим байпасом существенно превышает время наработки на отказ самого ИБП, а этот же показатель для электропитания нагрузки от параллельных систем ИБП с распределенными байпасами может в несколько раз превышать величину MTBF для одного ИБП с байпасом.

Второй параметр, MTTR, определяется временем, необходимым для обслуживания системы, диагностики неисправности и ремонта. Попросту говоря, это время от получения заказа на ремонт или обслуживание системы до ее приведения в полностью работоспособное состояние.

В фирмах MGE и NeuHaus считают, что ключевыми факторами, определяющими MTTR, являются схема послепродажного сервиса производителя, ее близость к конечному потребителю, уровень технической поддержки, наличие тренингов для сервисных специалистов, а также конструкционные особенности ИБП. Последние включают в себя фронтальный доступ, возможность быстрой замены компонентов, наличие средств мониторинга ИБП (в том числе удаленного) и способность системы отправлять сообщения о неисправностях. Согласитесь, величину MTTR довольно сложно назвать постоянной для любого высокотехнологичного устройства.

Резюмируя изложенное, ряд экспертов высказали сомнения в адекватности деклараций о «девятках» надежности применительно к системам бесперебойного электропитания. Александр Кашин из NeuHaus отмечает, что надежность современных систем бесперебойного питания достаточно высока, а все эти «девятки» можно считать чистой воды PR-акцией. Сколько ни нарисуй цифр в документации и рекламных брошюрах, оборудование от этого не станет безотказнее. Более того, даже сверхнадежное оборудование может выйти из строя, например, из-за воздействия человеческого фактора. И тогда наличие пяти «девяток» окажется слабым утешением.

Всеволод Ржевкин из «Абитеха» иронизирует по этому поводу: «Использовать популистские термины можно в журнале или в рекламных целях. Однако, если взять современные ИБП практически всех вендоров, оценка их работоспособности может оказаться даже выше пяти «девяток», потому что величина Availability не вполне корректно характеризует потребительские свойства надежности этих приборов».

Иного мнения придерживаются специалисты MGE и Liebert. Они считают, что оценка работоспособности систем бесперебойного питания или ИБП в процентах вполне применима для обозначения их надежности. В компании ИНЭЛТ также отмечают: использование термина «пять девяток надежности» для ИБП допустимо, достаточно широко используется, а на практике означает не более 5 мин простоя в год.

Несмотря на полярность мнений относительно пресловутых «девяток», все производители продолжают совершенствовать свою продукцию, стараясь сделать ее еще более надежной.

Качество, компоненты, технологии

Среди основных направлений повышения работоспособности оборудования бесперебойного питания вендоры называют применение в производстве высоконадежных качественных комплектующих, использование систем входного контроля, тщательную проработку схемотехнических решений и обязательное выходное стресс-тестирование ИБП.

В компании GEDE реализуется специальная комплексная программа под названием «6 сигма», направленная на повышение качества не только изделий, но и производства в целом. Цель компании — обеспечить работоспособность продуктов (Availability) на уровне 99,99966%. С точки зрения статистики этот показатель гарантирует, что электропитание нагрузки может быть прервано не более чем на 1 ч в течение 34 лет эксплуатации. Так что работа по модернизации и обновлению устройств GEDE идет постоянно.

В частности, компания внедрила эксклюзивный принцип параллельного резервирования RPA (Redundant Parallel Architecture). Концепция RPA подразумевает резервирование не только ИБП, но и их отдельных узлов (выпрямителя, байпаса, инвертора, батареи). Например, если в одном из ИБП параллельной системы вышел из строя выпрямитель, то можно задействовать его работоспособные батареи, инвертор и байпас, блокировав сам выпрямитель.

Как известно, на надежность электропитания нагрузки влияют такие факторы, как сохранение батарей в работоспособном состоянии и их тщательный контроль. В ИБП GEDE применены решения для «интеллектуального» управления батареями (Superior Battery Management, SBM). Для повышения надежности инвертора используется новая технология пространственно-векторной модуляций (SVM) — вместо широтно-импульсной модуляции (PWM). Совершенствуются системы управления параллельными системами электропитания. Так, реализованы возможности параллельного подключения до восьми ИБП SitePro, их последовательного перезапуска при перебоях электропитания в целях защиты входных предохранителей системы и прочие функции.

GEDE выпускает широкую гамму оборудования для обеспечения бесперебойного питания, и не дифференцирует свои ИБП по сферам применения. Источники промышленного типа, выпускаемые фирмой, подходят для подавляющего большинства областей применения — телекоммуникаций, промышленности, медицины, финансового сектора, государственных учреждений.

Для увеличения параметра MTBF компания MGE постоянно совершенствует конструкцию оборудования: она сокращает количество внутренних компонентов, что приводит к уменьшению вероятности сбоев. Производитель активно внедряет в свои изделия решения, обеспечивающие интеграцию компонентов для устранения кабельных соединений внутри источников, систему охлаждения рабочей среды (стоит упомянуть передовую жидкостную систему охлаждения в Galaxy 3000), а также модули для мониторинга параметров каждой отдельной батареи в батарейном шкафу.

Для безотказного питания серверов, устройств хранения и сетевого оборудования MGE выпускает однофазные системы, рассчитанные на установку в стандартную стойку. Среди них — Pulsar Evolution (мощность 0,5—3 кВА), Pulsar Extreme C (0,7—1,5 кВА), Pulsar Extreme (2—3 кВА) и Comet Extreme (4,5—12 кВА). Для энергоснабжения систем, включающих в себя до 50 серверов, и телекоммуникационных подстанций вендор предлагает ИБП Galaxy 3000 (10—30 кВА с расширением до 120 кВА). Питание систем до 200 серверов и малых центральных офисов может быть обеспечено источниками Galaxy PW (40—200 кВА, расширение до 800 кВА). А для электропитания больших компьютерных центров и центральных офисов крупных телекоммуникационных компаний предназначены системы Galaxy мощностью от 200 до 800 кВА (расширяемые до 4800 кВА).

Эксперты из MGE напоминают, что существует множество сбоев электрического оборудования. Поэтому фирма не просто производит и продает оборудование, а предлагает комплексные решения для всей электрической системы, основанные на собственных технологических разработках. Кроме ИБП, предлагаются статические переключатели нагрузки (STS) — для обеспечения дополнительного резервирования, модули управления напряжением PMM — для масштабирования и мониторинга отдельных компонентов системы, специальное ПО — для мониторинга и управления по локальной сети Solution Pac, ПО мониторинга через сеть Internet Web Pac/Monitor Pac. Наконец, вендор предлагает аудит места установки оборудования с последующим сопровождением и мониторингом системы.

Компания Liebert обеспечивает цифровое управление ИБП. В источниках Liebert последнего поколения (серия NXa) для управления всей системой используются хорошо зарекомендовавшие себя цифровые сигнальные процессоры (DSP).

Во-первых, эти быстродействующие микрочипы позволяют выполнять в режиме реального времени довольно сложные алгоритмы. Скорость выполнения команд составляет наносекунды, что обеспечивает системе способность мгновенно принимать решения и выполнять команды с высокой степенью точности. Например, при перепаде нагрузки от 0 до 100% и обратно восстановление напряжения до уровня 95% от номинала происходит менее чем за 0,5 мс.

Во-вторых, применение цифрового микропроцессора позволило существенно снизить количество дискретных элементов ИБП. А это автоматически привело к повышению надежности.

В-третьих, цифровые контроллеры используют соответствующие языки программирования для параллельного обмена данными при обработке и передаче сигналов управления в режиме реального времени и передачи контрольной информации.

В-четвертых, в отличие от традиционных аналоговых электронных устройств, которым свойственна временная дисперсия параметров, цифровые контроллеры свободны от этого недостатка.

К технологическим усовершенствованиям ИБП Liebert можно отнести также способность включения отдельных ИБП в конфигурацию «сдвоенная шина» с помощью дополнительного сигнального кабеля. Для этого требуется лишь подключить два блока к двум разным выходным шинам, после чего запускается процесс синхронизации обеих шин. Заказчик получает возможность автоматически переключать нагрузку с одной шины на другую посредством статического ключа (STS).

Устройства, выпускаемые Liebert, способны работать с полной нагрузкой в расширенном диапазоне входных напряжения и частоты: 305—477 В и 40—70 Гц соответственно. Это обеспечивает надежное качественное электропитание (даже если качество электроэнергии на входе далеко от идеала) и позволяет сократить капиталовложения (благодаря уменьшению количества циклов разряда/зарядки аккумуляторных батарей).

Однако защита телекоммуникационного или серверного оборудования с помощью источника бесперебойного питания — лишь первый шаг в решении проблемы качества электропитания. Если нет гарантии, что при возникновении чрезвычайных обстоятельств необходимые меры будут приняты вовремя, а условия для оптимальной эксплуатации или выполнения графика профилактического обслуживания отсутствуют, все ваши усилия могут оказаться тщетными. Ключевым условием является принцип своевременного получения всей необходимой информации. Поэтому потребитель должен быть уверен в надежности имеющихся средств сигнального обмена настолько, насколько он уверен в самих аккумуляторных батареях. Эти задачи возложены на специальное ПО и средства коммуникаций Liebert.

Комплексная надежность

В компании NeuHaus также работают над повышением надежности оборудования. Для обеспечения гарантированного электропитания телекоммуникационного и серверного оборудования производитель предлагает две основные линейки устройств. Первая — одно- и трехфазные ИБП NeuHaus Power System Multy (диапазон мощностей от 10 до 20 кВА), вторая — трехфазные ИБП NeuHaus Power System (от 8 до 800 кВА). Все ИБП NeuHaus проходят тщательную проверку, включая тестирование в термокамерах. Если говорить о мощных трехфазных системах, то оптимальными и с экономической, и с функциональной точки зрения представляются параллельные системы с резервированием. Любая система NeuHaus, начиная от 8 кВА, может быть задействована в параллельной схеме, в то время как конкуренты допускают подключение по такой схеме лишь систем большой мощности, заявляет Кашин.

Но основную ставку компания делает не на архитектуру, а на интеллектуализацию системы. «Именно автоматизация управления как в штатном, так и в аварийном режиме работы позволит выйти из критической ситуации с наименьшими потерями», — убежден директор NeuHaus. Он сообщил, что все большее распространение получает процесс интеграции отдельных систем с сетью электроснабжения здания в целом — от трансформаторных подстанций до конечных устройств.

В Liebert справедливо утверждают, что построение надежной системы гарантированного электропитания комплексным способом реализуется, как правило, системными интеграторами. В таком проекте задействуются множество компонентов — распределительные щиты, дизель-генераторы, ИБП, системы кондиционирования и др. Очевидно, что при расчете фактора MTBF один слабый элемент может «потянуть» за собой всю систему. И в этом смысле важна надежность каждого элемента.

Преимущества интегрированного подхода неоспоримы. Наряду с функциями бесперебойного электроснабжения потребителей посредством ИБП подобный комплекс решает задачи интеллектуальной защиты силовых трансформаторов от перегрузки, ранжирования потребителей и активного управления нагрузками с целью не допустить отключения приоритетных нагрузок за счет неприоритетных. Обеспечиваются функции диспетчеризации системы электроснабжения здания, самодиагностики и диагностики подключенного оборудования. Более эффективно используется мощность резервных электрогенераторов и аккумуляторных систем в аварийных режимах.

«Компания АPC больше не предлагает на рынке отдельные ИБП. Теперь АPC предлагает решение, частью которого являются системы защиты электропитания», — заявила менеджер фирмы по маркетинговым программам Анна Альбова. Флагманским продуктом вендора является открытая интегрируемая архитектура InfraStruXure. Использование этого инновационного подхода объясняется тем, что кроме надежных ИБП на рынке востребованы комплексные инфраструктурные решения — даже если речь идет о скромном проекте, например о защите электропитания сервера небольшой компании.

Действительно, традиционная инфраструктура электропитания создавалась в расчете на помещение в целом. Ее статичная структура повторялась в первых вычислительных центрах. Когда создавались такие системы, требовалось изначально монтировать все компоненты на основе примерной оценки. Этот подход плохо подходит для современных центров обработки данных или телекоммуникационных узлов, основанных на стоечной архитектуре узлов. Сейчас ключевыми критериями надежности становятся возможности быстрой и легкой интеграции системы защиты электропитания и наращивание мощности такой системы одновременно с ростом предприятия, позволяющее существенно сократить капитальные вложения на первом этапе. Немаловажную роль играет и унификация средств управления всеми инженерными коммуникациями.

Модульное построение систем электропитания и полная резервируемость всех компонентов, а также комплексность предлагаемых решений от одного производителя позволяют добиться абсолютно нового уровня защиты. Эти принципы легли в основу архитектуры централизованного электропитания и кондиционирования APC InfraStruXure. Альбова подчеркивает, что в данном случае речь идет не об источниках гарантированного электроснабжения, а об архитектуре, которая состоит из шкафов, ИБП, систем кондиционирования, распределения питания и различных аксессуаров. Все эти компоненты являются модулями, собираемыми, как конструктор, в точном соответствии с потребностями компьютерного центра заказчика.

Такой метод позволяет решить еще одну задачу — адаптации системы к реальному уровню развития компьютерного или телекоммуникационного центра. Может случиться так, что для защиты телекоммуникационного и серверного оборудования заказчику потребуется определенный набор устройств защиты электропитания. APC готова поставлять любые модули, но, как показывает практика внедрения систем InfraStruXure в России, заказчику все же выгоднее приобретать аппаратный комплекс, считает Альбова.

Книга жалоб и предложений

Любопытно, о необходимости совершенствования каких характеристик ИБП говорят потребители — владельцы телекоммуникационных систем и серверного оборудования?

Например, сотрудники отдела главного энергетика компании «Голден Телеком» ратуют за расширение диапазона входного напряжения и увеличение параметров допустимой перегрузки. В свою очередь, специалисты IBS (проекта DataFort) полагают, что производителям стоит поработать над сокращением времени реакции системы на неисправность и времени замены неисправных компонентов (модулей). Это может быть реализовано за счет дополнительных функций удаленного тестирования ИБП, совершенствования их конструктивных и схемотехнических особенностей. Наиболее перспективны, по мнению сотрудников IBS, системы с двойным резервированием (две зеркальные сети с двумя центральными ИБП) и параллельные системы с резервированием по схеме N+1.

Мы попросили этих же заказчиков дать собственную оценку надежности используемых систем бесперебойного электропитания. В проекте DataFort для защиты оборудования применяются ИБП производства Liebert, а также автономный дизель-генератор FG Wilson. Специалисты IBS в принципе не считают возможным самостоятельно оценивать надежность ИБП, поскольку для этого необходимо иметь опыт эксплуатации большого числа систем, причем однотипных. Таким опытом могут обладать только сами производители, но они вряд ли согласятся рассказывать о возможных проблемах при эксплуатации их оборудования. Для IBS как потребителя основными критериями надежности являются репутация вендора, наличие качественной сервисной службы, налаженные ритмичные поставки.

В этой компании не считают актуальным дальнейшее повышение надежности ИБП, задействованных в системе гарантированного электроснабжения. «Серьезного смысла в этом нет, — сказал один из представителей IBS, — так как увеличение показателей работоспособности источников приведет к их резкому удорожанию и практически незаметному росту надежности системы гарантированного электропитания в целом».

В суммарной стоимости проекта цена ИБП играет основную роль, но банальное срабатывание автоматического выключателя (это относится только к большим системам, со своей выделенной электрической сетью) приведет к тем же последствиям, что и отказ самого источника. Целесообразнее до мелочей продумать и организовать саму систему, начиная с ее структуры, принципов подбора компонентов и заканчивая установкой распределительного оборудования и розеток.

В «Голден Телеком» считают иначе. Представители ведомства главного энергетика компании заявили: специалисты фирмы постоянно следят за новыми разработками на рынке систем гарантированного электроснабжения. При необходимости приобретения нового ИБП покупается и устанавливается самая современная и надежная система». Вероятно, в погоне за ростом числа «девяток» все-таки есть своя соль.

В технической службе сотового оператора «ВымпелКом» считают, что диапазон напряжений источников, используемых в телекоммуникациях, достаточно стандартизован, и все производители оборудования берут это в расчет. Средства резервирования, основанные на модульном принципе построения, хорошо выполнены практически у всех поставщиков. Системы мониторинга и удаленного управления источниками электропитания также в достаточной мере удовлетворяют потребителей. Поэтому сегодня на первое место выходят требования по увеличению надежности систем электропитания объектов в целом, ибо они являются жизнеобеспечивающими для всего комплекса телекоммуникационного оборудования.