Zasilanie gwarantowane

1. Czym jest System Zasilania Gwarantowanego?

Żadne urządzenie teleinformatyczne nie może funkcjonować bez energii elektrycznej, której dostępność, jak pokazują liczne awarie, nie jest ani ciągła, ani pozbawiona zakłóceń. Aktualność problemu, jakim jest ciągłość zasilania, jest potwierdzana spektakularnymi awariami, obejmującymi często swym zasięgiem duże obszary i skupiska ludności. Zapewnienie bezpieczeństwa oraz dostępności danych i aplikacji, a więc również maksymalnej efektywności biznesowej, stanowi obecnie priorytet dla większości organizacji z racji pełnej informatyzacji zarządzania procesami biznesowymi oraz wzrostu roli Internetu jako kanału dystrybucyjnego oraz promocyjnego. Odpowiedzią na problemy z zasilaniem jest implementacja w organizacji systemu zasilania gwarantowanego.

KLK S.A. już od ponad 20 lat ma przywilej realizacji projektów dla firm z kluczowych sektorów krajowej gospodarki. Wieloletnie doświadczenie, liczba zrealizowanych z sukcesem projektów oraz zaufanie Klientów sprawiło, że obecnie zajmujemy pozycję lidera na rynku systemów zasilania gwarantowanego.

 

1.1.Aktualne trendy w dziedzinie zapewnienia ciągłości zasilania.

Wzrastająca liczba odbiorników powoduje coraz większe problemy z jakością oraz ciągłością dostaw energii elektrycznej. Zakłócenia pracy systemu informatycznego spowodowane przerwami w zasilaniu przekładają się bezpośrednio na straty finansowe wynikające z utraconego przez firmę przychodu i zysku. Z przykładowej kalkulacji przeprowadzonej dla działu sprzedaży średniej firmy dystrybucyjnej wynika, że 5 godz. przestoju systemu informatycznego w ciągu roku oznacza stratę kilkudziesięciu tysięcy Euro przychodu.

Współpracując z ponad 2500 Klientami wiemy, że ciągłość zasilania jest krytyczną kwestią dla wielu z nich (np. jednostek służba zdrowia, sektora finansowego, czy branży telekomunikacyjnej), natomiast dla wszystkich stanowi czynnik znacząco wpływający na efektywność biznesową. Ryzyko nieplanowanych przestojów, skutkujące spadkiem efektywności biznesowej, może być zminimalizowane przez zastosowanie tzw. systemu zasilania gwarantowanego.

Stosowanie tych systemów jest obecnie niezbędne. Zwiększenie ilości sprzętu komputerowego oraz wzrastająca lawinowo gęstość mocy (związana z coraz większym "upakowaniem" sprzętu serwerowego) stawia nowe wyzwania w zakresie zapewnienia efektywnego i bezawaryjnego zasilania. W większości organizacji niestety kwestii systemu zasilania nie jest nadawana odpowiednia ważność.

Zależnie od wymagań dotyczących zachowania określonego poziomu niezawodności systemu gwarantowanego zasilania stosowane są różne rozwiązania i konfiguracje układowe pozwalające uzyskać optymalny stosunek między ceną, niezawodnością i funkcjonalnością. Eksperci KLK S.A. dzielą projekty na tzw. klasyczne oraz dwumagistralowe.

Podejście "klasyczne" polega na wykorzystaniu zasilaczy UPS bądź to w pracy pojedynczej bądź też w systemach równoległych / redundancyjnych do zasilania pojedynczej szyny napięcia gwarantowanego. Zaletą takiego rozwiązania jest prostota i łatwość zasilania różnego rodzaju odbiorników. Podstawową zaś wadą jest duża wrażliwość układu na uszkodzenia spowodowane istnieniem tzw. "pojedynczych punktów awarii" (SINGLE POINT OF MALFUNCTION).

W ostatnich latach w związku z coraz powszechniejszym wyposażaniem sprzętu serwerowego w podwójne moduły zasilające (PSU) zmianie ulega koncepcja układów gwarantowanego zasilania. Dotychczasowe systemy równoległe/redundancyjne (klasyczne) wypierane są przez układy pracujące w konfiguracji dwumagistralowej (ang. DUAL CRITICAL BUS). Tego rodzaju układy eliminują miejsca "pojedynczej awarii" i znacząco zwiększają dostępność całego systemu.

 

1.2 Zakłócenia w sieciach i metody ich eliminowania.

Niekorzystne zmiany parametrów napięcia mogą być efektem zjawisk powstających w elektroenergetycznej sieci przesyłowej i instalacji odbiorczej. Z naszych obserwacji wynika, że zdecydowana większość zakłóceń ma charakter krótkotrwały (nie dłuższy niż 5 s), lecz mogący spowodować poważną awarie, skutkujące długotrwałym przestojem systemów IT.

Zakłócenia występujące w sieci przesyłowej wpływają na zasilanie wielu odbiorców energii elektrycznej. Mogą one mieć charakter zarówno krótkotrwały (przepięcia, przetężenia, wahania i zapady napięcia), jak i długotrwały (zaniki napięcia, odchylenia napięcia).

Jednakże najpowszechniejszym źródłem zakłóceń są pracujące w sieci elektrycznej odbiorniki (np. odbiorniki dużej mocy). Długotrwałe zmiany napięcia najczęściej są spowodowane jego spadkami na elementach sieci bądź złym ustawieniem regulatora napięć. Wahania napięć nakładają się niekiedy na trwałe odchylenia napięcia, powiększając tym samym stan zakłócenia.

Z kolei najbardziej niebezpiecznymi zakłóceniami dla odbiorników elektrycznych są przepięcia. Mogą być one spowodowane czynnikami zewnętrznymi (wyładowania atmosferyczne) lub wewnętrznymi, powstającymi w wyniku wyłączenia odbiorników o dużej indukcyjności (np. silniki elektryczne, inne urządzenia elektromagnetyczne). Urządzeniami chroniącymi przed tymi niebezpiecznymi zjawiskami są ochronniki. Jednak w pewnych sytuacjach czas zadziałania i stopień ograniczenia wartości napięcia mogą być niewystarczające do zapewnienia skutecznej ochrony szczególnie wrażliwych odbiorników.

Biorąc pod uwagę szerokie spektrum przyczyn zakłóceń zaprojektowanie systemu zasilania wymaga kompleksowej wiedzy i doświadczenia. KLK S.A. jest liderem rynku zasilania w Polsce a nasze kompetencje od ponad 20 lat służą organizacjom z różnych sektorów gospodarki.

 

1.3. Zalety i wady najczęściej stosowanych rozwiązań.

W zależności od sposobu połączenia zasilaczy z urządzeniami odbiorczymi zespół ekspertów KLK S.A., realizujący projekty w dziedzinie zasilania gwarantowanego, stosuje następujące warianty zabezpieczenia zasilania:

• zasilanie rozproszone,
• zasilanie centralne,
• zasilanie strefowe.

Mimo panującej obecnie tendencji do centralnego zabezpieczania zasilania często stosuje się zabezpieczanie rozproszone. Wariant ten polega na zabezpieczaniu poszczególnych składników systemu teleinformatycznego poprzez zastosowanie zasilaczy UPS zasilających pojedyncze urządzenie lub ich niewielką grupę (2-3 urządzenia). Rozwiązanie to stosuje się do systemów o niższym priorytecie niezawodności, gdzie nie ma konieczności awaryjnego zasilania wszystkich urządzeń. Niewątpliwą zaletą tego wariantu jest brak konieczności przebudowy instalacji elektrycznej budynku, a co za tym idzie mniejsze koszty inwestycji w porównaniu do innych wariantów. System zasilania rozproszonego to również znakomite zdolności adaptacyjne, pozwalające na płynne dostosowania do fluktuacji obciążenia. Liczba zainstalowanych urządzeń UPS jest uwarunkowana liczbą pracujących odbiorników. W wariancie tym stosuje się najczęściej urządzenia wykonane w technologii OFF-LINE i LINE-INTERACTIVE (szczegółowy opis w punkcie 2.1).

Wariant zasilania centralnego polega na zabezpieczeniu systemu zasilania poprzez dedykowaną instalację elektryczną z centralnego systemu UPS. Rozwiązanie to stosuje się do zabezpieczenia systemów o dużym znaczeniu, gdzie koszty utraty danych lub przestoju są duże. Stosowane są praktycznie wyłącznie urządzenia UPS wykonane w technologii ON-LINE zarówno o budowie klasycznej, jak i modułowej. Centralne zasilacze UPS są instalowane zwykle w konfiguracji redundancyjnej 2N lub 2N+1. Umożliwia to osiągnięcie niezawodności na poziomie 99,9% (słynne trzy dziewiątki). Urządzenia UPS centralnie zabezpieczające wymagają stworzenia oddzielnego pomieszczenia. Z powodu dużych strat ciepła, głośności oraz konieczności wyposażenia w wysokowydajną klimatyzację powinno ono być niezależne od pozostałej infrastruktury IT. Rozwiązania zabezpieczenia centralnego zasilania są najbardziej zaawansowane technicznie i przeznaczone dla organizacji, w których priorytetową kwestią jest zapewnienie ciągłości zasilania.

Zasilanie strefowe polega na zabezpieczeniu zasilania poszczególnych grup urządzeń systemu teleinformatycznego (kilku do kilkunastu) poprzez zasilenie każdej z nich oddzielnym zasilaczem UPS. Wariant ten łączy pozytywne cechy zasilania rozproszonego i centralnego. Dzięki zastosowaniu wielu zasilaczy awaria jednego z nich nie powoduje przestoju systemu. Z kolei ilość ich nie jest na tyle duża by utrudnić nadzór. Najczęściej wykorzystuje się zasilacze UPS w technologii ON-LINE lub LINE-INTERACTIVE. Największą wadą tego rozwiązania jest konieczność zaopatrzenia systemu w urządzenia UPS o stosunkowo dużej mocy. Dlatego cena rozwiązania mimo niewątpliwych zalet jest wyższa niż pozostałych tutaj omawianych.

 

1.4. Rozwiązania zwiększające dostępność i niezawodność zasilania

Możliwości na zwiększenie dostępności oraz niezawodności zasilania jest wiele. Poniżej zaprezentowano to, które są najczęściej wykorzystywane i których stosunek jakości do ceny jest najbardziej korzystny. Rozwiązania zostały ułożone gradacyjnie od tych charakteryzujących się średnim poziomem niezawodności, do tych których poziom niezawodności desygnuje je do wymagających zastosowań:

• wariant "podstawowy" – to pojedynczy UPS zasilający zwykle wydzieloną sieć napięcia gwarantowanego. Rozwiązanie to nadaje się do najmniej wymagających zastosowań.
• wariant z redundancją – to system rozbudowany o elementy zapewniające redundancję (rezerwowanie). Najczęściej spotykane są układy z równolegle połączonymi zasilaczami UPS (konfiguracja N+1) zasilającymi w dalszym ciągu jedną sieć odbiorczą. W tej konfiguracji eliminuje się zagrożenie związane z awarią pojedynczego UPS (co stanowi słaby punkt wariantu podstawowego). Jednakże nie jest to ochrona całkowita, ponieważ urządzenia UPS pracują na tzw. "wspólną szynę" wyjściową, czyli może zaistnieć sytuacja, gdy awaria jednego UPS (zwarcie na wyjściu) spowoduje wyłączenie całego systemu. Rozwiązanie to polecane jest w sytuacji rozbudowy już istniejących systemów i dla mniej newralgicznych zastosowań.
• rozwiązanie dwumagistralowe (ang. DUAL CRITICAL BUS) – jedynie na pozór niewiele różni się od opisanego wyżej wariantu z redundancją. Nadal stosowana jest konfiguracja "wielokrotna" zasilaczy UPS. Zasadniczą różnicą jest jednak wyeliminowanie pojedynczego punktu awarii związanego ze wspólna szyną wyjściową. Każdy z zasilaczy, a w wersjach bardziej rozbudowanych także systemów redundancyjnych, zasila niezależną sieć napięcia gwarantowanego. Wszystkie odbiorniki muszą być zatem wyposażone w podwójne układy zasilaczy wewnętrznych lub konieczne jest stosowanie lokalnych systemów przełączających.

Wyżej wymienione rozwiązania umożliwiają stworzenie systemu zasilania dla zastosowań o dowolnym poziomie wymaganej dostępności. Finalny poziom niezawodności jest jednakże również uzależniony od dodatkowych elementów technicznych nie związanych bezpośrednio z układem urządzeń UPS. Ważne są takie aspekty jak:

• prawidłowy projekt instalacji elektrycznej, charakteryzujący się określoną selektywnością, charakterystykami zabezpieczeń, ochroną przepięciową, uziemieniem etc.,
• stosowanie układów obejściowych (również automatycznych),
• zasilanie systemu z dwóch niezależnych źródeł (oddzielne transformatory, sieci SN, etc.) z wykorzystaniem układów SZR,
• zastosowanie jako rezerwowego zasilania agregatu prądotwórczego pracującego w trybie automatycznym. Zaleca się stosowanie układów przełączających opartych o przełączniki z napędem silnikowym.
• monitorowanie stanu systemu zasilania – nie tylko UPS, ale również węzłowych punktów instalacji, co znacznie ogranicza ryzyko awarii,
• stała serwis instalacji i urządzeń systemu napięcia gwarantowanego.

Doświadczenie KLK S.A. pozwala na realizację projektów, których poziom niezawodności jest zbliżony do maksymalnej wartości.

 

1.5. Koszty użytkowania

W przypadku systemów zasilania gwarantowanego szukanie oszczędności jest sprzeczne z zasadniczą ideą gwarantowanego zasilania – czyli stosowania redundancji, gdzie to tylko możliwe, co jest szczególnie ważne w przypadku infrastruktury o znaczeniu krytycznym (NCPI – NETWORK CRITICAL PHYSICAL INFRASTRUCTURE). Wbrew pozorom jednak i w takich systemach można znaleźć źródła oszczędności.

Podjęcie decyzji o wdrożeniu rozwiązania zasilania gwarantowanego obejmuje wiele czynników. Jednym z ważniejszych są konieczne do poniesienia koszty związane z organizacją i późniejszym utrzymaniem systemu zasilania. Całkowite koszty użytkowania podzielić można na dwa zasadnicze składniki - koszty inwestycyjne i koszty utrzymania.

Przeprowadzone przez nas analizy wskazują, że dla dużych instalacji w całkowitych kosztach przeważać zaczyna drugi z tych składników. Rozwiązaniem pozwalającym ograniczyć oba rodzaje kosztów są modułowe konstrukcje systemu zasilania gwarantowanego. Najważniejsze przesłanki przemawiające za taką architekturą to:

• skalowalność (możliwość rozbudowy w miarę wzrostu) - modułowa architektura systemu zasilania (jak również całej infrastruktury technicznej) pozwala na racjonalizację kosztów i na etapie inwestycji i podczas późniejszej eksploatacji,
• wzrost niezawodności systemu - architektura modułowa w samej istocie zawiera mechanizmy redundancji na poziomie elementów składowych. Proste i produkowane w dużych ilościach moduły są mało zawodne,
• prosta konserwacja i naprawy - konstrukcja modułowa pozwala na wykonywanie bieżącej konserwacji systemu bez konieczności jego wyłączania,
• minimalizacja kosztów rozbudowy - poprzez skrócenie do minimum czasu wdrożenia (rozbudowa polega na dołożeniu gotowych i przetestowanych modułów) dodatkowe koszty (zatrzymanie urządzeń, praca inżynierów systemowych i wdrażających etc.) są bardzo ograniczone.

W przypadku systemów zasilania gwarantowanego dostępne na rynku rozwiązania pozwalają zoptymalizować zarówno początkowe koszty inwestycji jak i późniejsze koszty rozbudowy i eksploatacji. KLK S.A. zawsze oferuje Klientom rozwiązania na miarę potrzeb i możliwości o wysokim stosunku jakości do ceny.

 

1.6. Monitorowanie systemu zasilania

Systemy zasilania gwarantowanego pozwalają na ograniczenie kosztów obsługi związanych z zatrudnianiem określonej liczby personelu. Z drugiej strony pociąga to za sobą konieczność stosowania zintegrowanych środowisk nadzoru infrastruktury teleinformatycznej, w tym systemu zasilania gwarantowanego.

KLK S.A., jako integrator systemów zasilania, posiada kompleksową wiedzę oraz umiejętności pozwalające na sprawne połączenie różnych elementów systemu celem realizacji procesu monitoringu. Najczęściej korzysta się z protokołów SNMP, WEB, TELNET etc. Kluczowe jednakże są szczegóły, czyli to jakie informacje, jak szybko i jak bezpiecznie możemy z systemu uzyskać. Podejmując decyzję o wyborze zawsze analizujemy kilka podstawowych zagadnień:

• czy karta SNMP obsługuje protokół w wersji 3?
• czy interfejs umożliwia bezpieczny dostęp HTTPS, SSL?
• czy proponowane oprogramowanie zapewnia wymaganą funkcjonalność (zamykanie odpowiednich systemów operacyjnych etc.) i ile kosztują licencje?
• czy system umożliwia powiadamianie pocztą e-mail?
• czy oprócz nadzoru urządzeń UPS karta ma także nadzór środowiska pracy (temperatura, wilgotność, wejścia dwustanowe)?

Niebagatelne znaczenie dla poprawnej pracy zasilaczy UPS mają warunki środowiskowe, a w głównej mierze temperatura pracy (należy pamiętać, że stosowane powszechnie akumulatory VRLA są bardzo wrażliwe na podwyższoną temperaturę), karta monitorująca powinna mieć zatem możliwość kontroli warunków środowiskowych. Odrębną kwestią jest nadzór pozostałej infrastruktury systemu zasilania. Należy zdawać sobie sprawę, że nie tylko urządzenia UPS zapewniają ciągłość zasilania. Przeciążenie, a w konsekwencji wyłączenie zabezpieczenia obwodu odbiorczego, może również spowodować poważne konsekwencje w działaniu systemu informatycznego. Z uwagi na stosunkowo wysokie koszty bardzo rzadko spotyka się układy monitorujące wszystkie odbiory, jednak kontrola grup odbiorników (poprzez zastosowanie listwy dystrybucji zasilania z nadzorem) najczęściej spełnia swoje zadanie w stopniu wystarczającym.

KLK S.A. posiadając unikalne kompetencje w zakresie technologii inteligentnego budynku (CONNECTED REAL ESTATE), realizuje również innowacyjne projekty polegające na włączeniu systemu zasilania gwarantowanego do zintegrowanego systemu monitorowania dużych obiektów - BMS.

 

1.7. Monitorowanie rozproszonego systemu zasilania.

W dzisiejszych czasach coraz więcej organizacji zaczyna operować na rynku międzynarodowym lub globalnym. Optymalizacja kosztów działalności prowadzi coraz częściej do konieczności wdrożenia scentralizowanego systemu nadzoru infrastruktury teleinformatycznej, w tym również systemów zasilania gwarantowanego. Większość tego typu systemów wykorzystuje protokół SNMP (stąd tak ważne jest doposażenie urządzeń o moduły obsługujące ten protokół).

Systemy takie umożliwiają kontrolę stanu infrastruktury za pośrednictwem pojedynczej konsoli operatora dostępnej z dowolnego miejsca sieci. Posiadają również najczęściej możliwość automatycznego generowania powiadomień e-mail w zdefiniowanych przypadkach.

Na poniższym rysunku pokazano przykładową konfigurację systemu scentralizowanego nadzoru infrastruktury.

Scentralizowane systemy nadzoru mogą być dedykowane dla konkretnej grupy urządzeń (np. CISCO Works, APC ISX™ Manager) lub uniwersalne (np. HP Open View, APC ISX™ Central). Systemy uniwersalne pozwalają jedynie na odbieranie i wizualizację informacji statusowych natomiast systemy dedykowane najczęściej dają możliwość sterowania, konfiguracji i aktualizacji dołączonych urządzeń.

Z punktu widzenia wygody użytkowania oraz optymalizacji kosztów najlepsze wydają się być systemy dedykowane, które najczęściej posiadają wbudowane procedury ekspertowe pozwalające z wyprzedzeniem sygnalizować możliwe zagrożenia (np. wiek akumulatorów). Dodatkową zaletą jest możliwość tworzenia raportów, zestawień i wykresów trendów.

Dość ciekawym rozwiązaniem jest system ISX™ Manager proponowany przez firmę APC. Łączy on w sobie zalety systemu dedykowanego (dla urządzeń APC i NetBotz) z możliwością odczytu stanu innych urządzeń obsługujących protokół SNMP (w standardowej bazie znajdują się urządzenia m.in. Cisco Systems, DELL, MGE, Liebert). Pozwala to na implementację optymalnego kosztowo systemu nadzoru.

 

1.8. Systemy zasilania a ekologia.

Wyzwania związane ze zmianami klimatycznymi spowodowały, że skierowano się w stronę rozwiązań proekologicznych. Rozpoczęto integrowanie systemów zasilania gwarantowanego ze źródłami odnawialnej energii, takimi jak ogniwa solarne, czy generatory wiatrowe.

Zespoły prądotwórcze w połączeniu z ogniwami słonecznymi oraz generatorami wiatrowymi tworzą tandemy. Układ taki ma na celu sprostać zapotrzebowaniom na moc w przypadku awarii systemu energetyki standardowej. Połączenie trzech niezależnych źródeł energii daje wysoki stopień niezawodności zasilania, co jest dobrym rozwiązaniem w przypadku newralgicznych systemów organizacji.