Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

--- topics:ups [2025/11/21 17:33] – admin
+++ topics:ups [2025/11/22 10:35] (текущий) – admin
@@ Строка 1: / Строка 1: @@
-====== Принципы работы и применение UPS ======
+====== Источники бесперебойного питания (UPS) ======
 <WRAP box round>
-UPS формирует стабильное и непрерывное напряжение для ИТ-нагрузки, защищает серверы от провалов, импульсов и переходных процессов, а также обеспечивает питание в период запуска дизель-генераторов. Раздел раскрывает инженерные принципы, архитектуры, батарейные технологии и применимость решений в российских условиях.
+Раздел посвящён роли источников бесперебойного питания в архитектуре электроснабжения ЦОД. Рассматриваются принципы работы UPS, критерии выбора, модели надёжности, схемы резервирования, интеграция с альтернативными источниками энергии, эксплуатация, мониторинг и современные тенденции развития энергетической инфраструктуры дата-центров.
 </WRAP>
+<WRAP group gap>
-===== 1. Функции UPS в ЦОД ======
+<WRAP box round half column>
+**Основы и критерии**
+  * [[topics:26:principles|Принципы работы и применение UPS]]
+  * [[topics:26:selection|Критерии выбора источников бесперебойного питания]]
+  * [[topics:26:reliability|Надёжность и схемы резервирования]]
+</WRAP>
-<WRAP info>
+<WRAP box round half column>
-Даже короткий провал напряжения или резкий выброс тока вызывает перезагрузку серверов, сбой сетевого оборудования и потерю транзакций. UPS устраняет такие воздействия, обеспечивая ИТ-нагрузке собственный, сформированный инвертором, «идеальный» сигнал.
+**Практика и развитие**
+  * [[topics:26:alt_energy|Альтернативные источники энергии (AC и DC)]]
+  * [[topics:26:maintenance|Профилактическое обслуживание UPS]]
+  * [[topics:26:management|Системы управления и мониторинга]]
+  * [[topics:26:trends|Современные тенденции и перспективы развития]]
 </WRAP>
-UPS выполняет три ключевые задачи:
-  * **непрерывность питания** при провалах и переключениях;
-  * **качественная форма напряжения** — фильтрация помех, гармоник, всплесков;
-  * **резервирование** — поддержание нагрузки до перехода на генераторы.
-===== 2. Топологии UPS ======
-UPS различаются по тому, как нагрузка подключена к сети и инвертору.
-==== 2.1. Standby (офлайн) ====
-  * Нагрузка запитана напрямую от сети.
-  * Инвертор включается при отключении сети.
-  * Перерыв питания: 10–20 мс.
-  * Применение: некритичные нагрузки.
-==== 2.2. Line-interactive (линейно-интерактивный) ====
-  * В сети — автотрансформатор с регулировкой.
-  * Инвертор включает при существенных отклонениях.
-  * Улучшенная фильтрация по сравнению с офлайн.
-  * Применение: телеком, вспомогательные системы.
-==== 2.3. Double Conversion (онлайн, двойное преобразование) ====
-  * Сеть → выпрямитель → DC-шина → инвертор → нагрузка.
-  * Нет времени переключения.
-  * Полная фильтрация всех искажений.
-  * Наиболее надёжный вариант для ЦОД.
-<WRAP important>
-Только топология двойного преобразования обеспечивает стабильность для высокоплотных серверов, СХД и сетевых ядер. Все промышленные ЦОД используют именно её.
 </WRAP>
+<WRAP box round>
+**Роль UPS в цепочке электропитания ЦОД**
-===== 3. Архитектура UPS ======
+<mermaid>
+flowchart LR
+  classDef b font-size:22px,stroke-width:1.2px,padding:10px;
-UPS состоит из следующих подсистем:
+  A["Энергосистема (Grid)"]:::b --> B["Вводно-распределительное устройство"]:::b
+  B:::b --> C["UPS (статические / динамические)"]:::b
+  C:::b --> D["Распределительные панели / PDU"]:::b
+  D:::b --> E["ИТ-нагрузка (стойки, серверы)"]:::b
+  C:::b --> F["Батареи / накопители энергии"]:::b
+  F:::b --> C
+</mermaid>
-  * **Выпрямитель (AC→DC)** — сглаживание входного напряжения, создание DC-шины.
-  * **Инвертор (DC→AC)** — формирование чистой синусоиды.
-  * **Статический байпас** — подключение нагрузки напрямую к сети при перегрузках или отказах инвертора.
-  * **Батареи (VRLA или Li-ion)** — резерв на период запуска ДГУ.
-  * **Контроллер** — логика переключений, диагностика, управление зарядом.
-<WRAP info>
-Батарейный резерв в ЦОД рассчитан на 3–10 минут, что достаточно для запуска генераторов и перехода на аварийную схему питания.
 </WRAP>
+<WRAP box round>
+**Сравнение основных типов UPS**
-===== 4. Режимы работы UPS ======
+^ Тип UPS ^ Принцип работы ^ Преимущества ^ Ограничения ^ Типовые области применения ^
+| Offline (Standby) | Питание от сети, переключение на батарею при сбое | Минимальная стоимость, простота | Нет фильтрации, задержка переключения | Небольшие серверные, офисы |
-==== Нормальный режим ====
+| Line-interactive | AVR + быстрое переключение на DC | Хороший баланс стоимости и защиты | Ограниченная коррекция напряжения | Региональные ЦОД, офисные серверы |
-  * Нагрузка питается от инвертора.
+| Online (Double Conversion) | Непрерывное преобразование AC→DC→AC | Нулевая задержка, защита от всех нарушений | Более высокая стоимость, тепловыделение | Большинство коммерческих ЦОД |
-  * Выпрямитель формирует DC-шину.
+| Динамический UPS (DRUPS) | Маховики + дизель-генератор | Высокая мощность, длительный ресурс | Сложность эксплуатации, высокий CAPEX | Промышленные ЦОД, объекты критической инфраструктуры |
-  * Заряд АКБ поддерживается автоматически.
-==== Режим от батарей ====
-  * Инвертор получает питание от аккумуляторов.
-  * Выходная мощность ограничена ёмкостью батарей.
-==== Режим статического байпаса ====
-  * Активируется при перегрузках.
-  * Позволяет избежать отключения нагрузки при аварии инвертора.
-==== Режим обслуживания ====
-  * Байпас выводит UPS из работы.
-  * Нагрузка питается напрямую от сети (допускается только при плановых регламентах).
-===== 5. Качество напряжения и переходные процессы ======
-Проблемы, устраняемые UPS:
-  * кратковременные импульсы (до десятков киловольт);
-  * провалы до 20–40% от номинала;
-  * высокочастотные выбросы;
-  * гармоники и несинусоидальные формы напряжения;
-  * перекос и просадка фаз;
-  * пусковые токи двигателей HVAC.
-<WRAP tip>
-UPS двойного преобразования устраняет до 99 % нарушений формы напряжения, что делает его обязательным элементом высоконагруженных ИТ-систем.
 </WRAP>
+<WRAP box round>
-===== 6. Батарейные технологии: VRLA и Li-ion ======
+**Ключевые параметры при выборе UPS**
+  * **Номинальная мощность (kVA / kW)** — учёт активной и полной мощности нагрузки.
-==== 6.1. VRLA (свинцово-кислотные) ====
+  * **КПД (%)** — эффективность в online/eco-режимах.
-Преимущества:
+  * **Время автономии (runtime)** — конфигурация батарей, сценарии отказов.
-  * Низкая стоимость.
+  * **MTBF / MTTR** — показатели надёжности и восстановляемости.
-  * Простая эксплуатация.
+  * **Режимы работы** — online, eco-mode, двойная конверсия, байпас.
+  * **Совместимость с шинами DC** — актуально при интеграции с BESS и ВИЭ.
-Недостатки:
+  * **Модульность** — возможность поэтапного увеличения мощности.
-  * Срок службы 3–5 лет при 25 °C.
-  * Сильное снижение ресурса при 30–35 °C.
-  * Высокая масса и большие объёмы.
-  * Повышенные требования к вентиляции.
-==== 6.2. Li-ion ====
-Преимущества:
-  * Ресурс 10–15+ лет.
-  * Допустимая температура до 40 °C.
-  * Встроенный BMS.
-  * Низкое тепловыделение.
-  * Уменьшение площадей батарейных.
-Недостатки:
-  * Более высокая стоимость.
-  * Требования к сертификации (пожарные нормы).
-<WRAP info>
-Тренд гипермасштабных ЦОД — переход на Li-ion благодаря высокой плотности энергии и минимальному обслуживанию.
 </WRAP>
+<WRAP box round>
-===== 7. Расчёт автономности батарей ======
+**Основные направления развития**
+  * Переход к литий-ионным батареям, суперконденсаторам и другим накопителям с высоким ресурсом.
-<WRAP center>
+  * Интеграция UPS с системами накопления энергии (BESS) и возобновляемыми источниками (солнечными, ветровыми).
-$$
+  * Рост КПД и распространение гибридных режимов работы (eco-mode >97–98%).
-t = \frac{C \cdot V \cdot \eta}{P}
+  * Расширение функциональности мониторинга: телеметрия, big data, предиктивное обслуживание.
-$$
+  * Масштабирование через модульные (scalable) UPS с возможностью N+1 внутри одного шасси.
+  * Переход от «жёсткого» резервирования к сочетанию физического резерва и программных механизмов отказоустойчивости.
 </WRAP>
-где:
+<WRAP box round>
-  * \(C\) — ёмкость батарей, Ah
+**Контрольные вопросы для проектирования**
-  * \(V\) — напряжение батарейной цепи, V
+  - Учитывает ли расчёт UPS перспективный рост ИТ-нагрузки и плотности стоек?
-  * \( \eta \) — КПД инвертора (0,90–0,95)
+  - Определена ли схема резервирования (N+1, 2N, распределённый байпас, DRUPS)?
-  * \(P\) — нагрузка, W
+  - Проведена ли оценка TCO с учётом КПД, срока службы батарей и стоимости обслуживания?
+  - Реализованы ли мониторинг, аналitika и интеграция UPS с DCIM?
-Пример:
+  - Обеспечена ли совместимость UPS с альтернативными источниками энергии и накопителями?
-Батарейная цепь 240 В, ёмкость 50 А·ч, КПД 0,92, нагрузка 40 кВт:
+  - Проработана ли стратегия обслуживания (контракт с производителем, независимый сервис, self-maintenance)?
-→ примерно 16 минут автономности.
-===== 8. Применение UPS в ЦОД ======
-UPS обеспечивает защиту следующих подсистем:
-  * серверы, СХД, сетевое ядро;
-  * телекоммуникационные стойки;
-  * системы мониторинга и BMS;
-  * системы пожарной автоматики;
-  * АСУТП и системы безопасности.
-UPS не применяется для:
-  * чиллеров;
-  * компрессоров;
-  * насосов высокой мощности;
-  * вентиляции больших объёмов.
-Причина — динамические нагрузки HVAC требуют генераторного питания.
-===== 9. Варианты резервирования ======
-==== N ====
-Одна система без резерва. Не применяется для критичных ЦОД.
-==== N+1 ====
-Один резервный модуль на группу рабочих блоков. Оптимальный вариант для большинства площадок.
-==== 2N ====
-Дублирование всей системы. Максимальная надёжность, но высокий CAPEX.
-==== Distributed UPS ====
-Распределённые малые модули у стоек. Перспективно, особенно с Li-ion.
-<WRAP tip>
-Модульные UPS с N+1 — наиболее сбалансированный вариант для ЦОД мощностью 1–20 МВт.
 </WRAP>
-===== 10. Применимость в РФ ======
-Российские реалии:
-  * большое количество сетевых аномалий → UPS обязателен;
-  * нестабильность питающих центров 6/10 кВ → высокий приоритет double conversion;
-  * требования СП и ПУЭ допускают использование Li-ion (при наличии сертификации);
-  * генераторы часто работают при просадке напряжения на 15–20 % → UPS компенсирует переходные процессы.
-Дополнительно:
-  * VRLA страдают от высоких летних температур, часто в помещениях держится 26–28 °C → ускоренный износ;
-  * Li-ion более устойчивы в российских климатических режимах.
-Вывод: **для российских ЦОД UPS является не рекомендацией, а обязательным элементом энергетической архитектуры.**
-===== 11. Схема работы UPS в контуре ЦОД ======
-<mermaid>
-flowchart LR
-  classDef big font-size:22px,stroke-width:1.1px,padding:10px;
-  A["Внешняя сеть / генераторы"]:::big --> B["Вводно-распределительное устройство"]:::big
-  B:::big --> C["UPS (двойное преобразование)"]:::big
-  C:::big --> D["Распределительные панели / шинопроводы"]:::big
-  D:::big --> E["ИТ-нагрузка (стойки, серверы)"]:::big
-  C:::big --> F["Батарейные системы (VRLA или Li-ion)"]:::big
-  F:::big --> C
-</mermaid>
-===== Ключевые идеи ======
-<WRAP tip>
-  * UPS обеспечивает краткосрочное резервирование и идеальное качество напряжения.
-  * Единственная приемлемая топология для ЦОД — двойное преобразование.
-  * Li-ion постепенно вытесняют VRLA благодаря ресурсу и надёжности.
-  * UPS — критичный элемент между сетью и ИТ-нагрузкой, а не «опция».
-  * Российские сетевые условия требуют повышенной устойчивости к провалам и гармоникам.
-  * Точная архитектура UPS определяет SLA, отказоустойчивость и реальный уровень Tier.
-</WRAP>