Как выбирать ИБП для дата-центров

Бум цифровой трансформации заставляет всё больше компаний переносить свои бизнес-процессы в облачные виртуальные среды. Соответственно, всё больше строится центров обработки данных как для предоставления облачных услуг, так и для собственных нужд отдельных организаций. Вполне закономерно растёт и число аварий в дата-центрах, в тройку основных причин которых уже долгие годы входят проблемы с электропитанием.

По данным отчёта Annual outage analysis 2020, представленного Uptime Institute, в 2019 г., перебои в работе дата-центров чаще всего возникали по причине проблем с ИТ-сервисами (31%), сетями передачи данных (30%) и подачей энергии (15%). Но если в первых двух случаях функционирование ЦОД можно быстро восстановить, то неисправности в системах электропитания могут привести к самым непредсказуемым последствиям.

Совсем недавно, 9 марта 2021 г., гигантский пожар охватил здание дата-центра провайдера облачных услуг OVH в Страсбурге. На протяжении всей ночи более ста пожарных с переменным успехом боролись с огнём. В результате инцидента недоступны оказались 3,6 миллиона веб-серверов, включая правительственные сайты Франции, Великобритании, Польши и Кот-д'Ивуара.

В коротком и полном извинений видео основатель OVH Октав Клабе рассказал о том, что причиной возгорания стал источник бесперебойного питания, который накануне прошёл обслуживание. Пожарные, изучавшие место происшествия с помощью тепловизоров, подтвердили эту информацию.

Пока никто не берётся оценить ущерб, который понесла OVH, но он выражен, конечно, не только в деньгах — репутационные потери ничуть не меньше, и этот информационный шлейф будет тянуться за компанией еще долго.

Можно ли если не исключить, то хотя бы свести к минимуму вероятность серьезных отказов в дата-центрах, вызванных системами электропитания? Не только можно, но и просто необходимо. Требуется оценить текущие и будущие потребности в резервном питании, тщательно отнестись к выбору и размещению ИБП. Давайте посмотрим, на что стоит обратить особое внимание.

Двойное преобразование

Далеко не всегда местный поставщик электроэнергии может обеспечить дата-центр питанием с требуемыми характеристиками по вольтажу и частоте. Эти показатели могут «плавать» в достаточно серьезных пределах. Подача питания с такими параметрами непосредственно на оборудование ЦОД может закончиться плачевно. Поэтому хороший современный ИБП должен обладать способностью работать с входной сетью в широких пределах напряжений и частот, одновременно обеспечивая надежную защиту своей нагрузки.

Система двойного преобразования гарантирует, что, как бы ни «плавали» параметры входного напряжения, на выходе из ИБП оно будет точно соответствовать требуемым показателям (220/380 В, 230/400 В, 240/415 В и 50 Гц/60 Гц). Это достигается преобразованием входного переменного напряжения в постоянное, а затем обратным преобразованием в переменное с идеальными выходными характеристиками. Такие устройства часто называют «онлайн ИБП», или ИБП с двойным преобразованием, так как они постоянно подключены к сети, играют роль стабилизатора и могут мгновенно переключиться на автономное питание оборудования при перебоях с электроснабжением.

Производительность

Производительность источника бесперебойного питания определяется КПД на каждом из этапов преобразования входного напряжения в выходное (выпрямитель и инвертор). В результате в расчет берется только итоговый показатель, характеризующий разницу между чистой мощностью нагрузки и общим количеством электроэнергии, потребленной ИБП вместе с нагрузкой.

Отличной для ИБП дата-центров считается эффективность 97%. Данный КПД достигается обычно при достаточно высокой загрузке устройств, но ИБП в ЦОД, как правило, работают с загрузкой 30-60%, что приводит к значительному снижению энергоэффективности (вплоть до 80-85%). Поэтому важно чтобы в ИБП использовались технологии увеличения КПД при работе с нагрузкой сильно меньше номинальной, такие технологии используются в модульных ИБП, например, технология VMMS в модульных ИБП Eaton 93PM G2, которая позволяет увеличить КПД, повысив загрузку модулей, необходимых для поддержания нагрузки, и отключив от работы ненагруженные модули. Некоторые модели дополнительно поддерживают «экономичный» режим, позволяющий довести эффективность до 99% в тех случаях, когда режим двойного преобразования автоматически включается только при необходимости. Учитывая длительность жизненного цикла ИБП, подобная экономия вполне оправдывает приобретение устройства с такой функцией даже по более высокой цене, чем модели «попроще».

Модульная система и функция горячей замены

Мало кто из заказчиков проектов для построения дата-центров готов вкладываться в вычислительные мощности «на вырост». С точки зрения экономики гораздо эффективнее постепенно наращивать производительность ЦОД по мере роста нагрузки. Это касается и систем резервного питания, возможности которых должны поспевать за остальными процессами масштабирования.

Правильным выбором станет ИБП модульного типа, позволяющий в любое время увеличивать запас автономности шагами по 50-60 кВ∙А простым добавлением необходимого числа блоков. Некоторые современные модели бесперебойников для ЦОД устроены таким образом, что манипуляции с отдельными блоками можно проводить в «горячем» режиме – без отключения нагрузки и влияния на работоспособность критических ИТ-систем.

Для построения безопасных отказоустойчивых систем бесперебойного питания используется резервирование модулей по схемам N+1, 2N или комбинированным. Чтобы такая система работала корректно, модули должны иметь возможность корректно работать без прямой проводной связи между собой. Подобный принцип реализован, например, в технологии HotSync, поддержка которой может оказаться совсем не лишней.

Типы аккумуляторных батарей

Самым массовым типом аккумуляторных батарей в системах резервного питания дата-центров уже долгое время остается VRLA (Valve Regulated Lead–Acid). Это герметичные свинцово-кислотные батареи с регулирующим клапаном, заполненные жидким или гелеобразным электролитом. Эти устройства поддерживаются любым современным ИБП, хотя технологически постепенно устаревают. Заказчики часто выбирают VRLA в связи с их невысокой стоимостью и большой распространенностью. При этом часто за кадром остается вопрос эксплуатационных расходов. В случае VRLA они достаточно велики из-за короткого жизненного цикла этих батарей и необходимости их регулярного обслуживания и тестирования.

Второй тип батарей, все чаще использующийся в ЦОД, – литий-ионные. Они существенно дороже свинцовых, но это вполне компенсируется их характеристиками. Если энергетическая плотность VRLA составляет 15-50 Вт/кг, то для литий-ионных – 70-260 Вт/кг. Иными словами, массив аккумуляторов Li-ion окажется в 4-5 раз легче, чем массив свинцовых той же ёмкости. Часто в процессе проектирования ЦОД приходится учитывать максимальную нагрузку на этажные перекрытия здания, и такая арифметика может сыграть свою роль.

К тому же, литий-ионные аккумуляторы выдерживают в 2-3 раза больше циклов перезарядки (1000 против 200-400) и могут служить 10-15 лет, что также втрое дольше, чем свинцовые. Даже если изначально, в целях экономии, система резервного питания ЦОД строилась на основе VRLA, перед очередным циклом замены батарей можно рассмотреть вопрос о переходе на более продвинутое решение. Расходы на трансформацию можно минимизировать, если сразу приобрести ИБП, способный работать как со свинцовыми, так и с литий-ионными аккумуляторами.

Наконец, нельзя не упомянуть о суперконденсаторах, также всё чаще находящих применение в ИБП для ЦОД. Обеспечиваемое ими время автономной работы нагрузки обычно составляет меньше минуты, однако и этого может быть достаточно, для того чтобы переключить ЦОД на резервный канал питания или запустить дизель-генераторы.

Суперконденсаторы служат до 20 лет, не требуют никакого обслуживания, пожаробезопасны и заряжаются буквально за 1-2 минуты. К тому же, они сохраняют полную работоспособность при температурах от –40 до +65 °С, что расширяет область их применения на задачи, недоступные накопителям энергии других типов.

ИБП, умеющих работать с суперконденсаторами не так много. Хорошим примером может служить, например, трехфазный модульный ИБП Eaton 93PM G2 нового поколения номинальной мощностью 50-360 кВ∙А, помимо суперконденсаторов, поддерживающий свинцовые и литий-ионные батареи.

Заключение

Итак, перечислим признаки качественного ИБП, которому можно доверить критически важную нагрузку: он должен использовать в работе двойное преобразование напряжения, иметь производительность на уровне 95% и выше, а также работать с различными типами батарей на случай будущей модернизации. Помимо этого, для него очень важны модульная конструкция и возможность замены и добавления отдельных модулей без отключения нагрузки. Наконец, при выборе всегда стоит учитывать репутацию производителя. Ведь «экономия на шильдиках» тоже может обойтись весьма дорого.