ОЗК* для компьютерного оборудования...
* ОЗК (общевойсковой защитный комплект) предназначен для индивидуальной защиты личного состава от химического, бактериологического и т.д. оружия. В комплект входят... (кто служил в армии — знает:-)).
Говорят, что существует два типа пользователей: те, кто уже терял данные из-за проблем с питанием, и те, кому это еще предстоит... (народная мудрость)
Есть две печальные истины века информационных технологий: первая — сеть электропитания не в состоянии давать стабильное, чистое напряжение, необходимое для питания чувствительной компьютерной электроники, и вторая — пользователю самому приходится нести бремя забот о хорошем состоянии и надежной работе своего оборудования. Исследования, проведенные IBM, показали, что в среднем компьютер сталкивается с проблемами электропитания более 120 раз в месяц. Перед тем как выбрать средства защиты, необходимо ответить на два простых вопроса:
1. Какое оборудование необходимо защитить?
2. Какие входные и выходные соединения этого оборудования нуждаются в защите?
Ответ на первый и второй вопросы. Защищать надо все: персональные компьютеры, рабочие станции, периферийные устройства, сетевое и телекоммуникационное оборудование, линии передачи данных и т.д. При условии, что вы цените свой труд, дорожите своим оборудованием и имеющимися на нем важными данными... Это касается и домашнего пользователя, и целых корпораций. Масштабы разные. Часто файл(ы), над которым(и) днями, а то и ночами (а может, и наоборот) трудится простой юзер, по важности для него (юзера) имеет(ют) такое же значение, как, например, финансовая база данных за последние пять лет для крупного предприятия. Это я отвлекся немножко. А теперь серьезно:-]!
Сетевые фильтры, регуляторы напряжения и источники бесперебойного питания (ИБП) защищают различное компьютерное оборудование от аномалий в электрической сети. Но для полной защиты оборудования и данных от губительных скачков напряжения необходимо учитывать еще ряд факторов. Большая доля зачастую необъяснимых повреждений происходит из-за скачков напряжения не на линиях электросети. Сгоревшие или поврежденные материнские платы, модемы, последовательные и параллельные порты, сетевые платы и другое оборудование локальных сетей часто является следствием импульсов высокого напряжения, попадающих в интерфейсный порт по кабелям данных (а не по сети питания). Результаты одинаковы для любых линий: повреждение оборудования, потеря данных, прерывание связи и вытекающие из вышеперечисленного потери общего характера. Структура последовательного порта RS-232 такова, что для заземления (предназначенного для отвода импульсов высокого напряжения и возникающих при неисправностях токов) используется та же линия, что и для обратного сигнала данных. Поэтому слабые, порядка всего нескольких десятков вольт, импульсы могут вывести из строя материнские платы, принтеры, сканеры, попадая туда через последовательный порт. По телефонным линиям легко проникают импульсы из внешней электросети. По неэкранированным UTP-кабелям и коаксиальным сетевым кабелям передаются скачки напряжения от близких ударов молнии или разрядов статического электричества.
Стандарт IEEE 902.3 Ethernet выделяет четыре источника электрического повреждения, которым сети подвергаются при эксплуатации:
• Прямой контакт между элементами локальной сети и цепями электропитания или грозовой защиты.
• Статическое электричество, накапливающееся в кабелях и элементах локальной сети.
• Импульсы высокого напряжения, возникающие в кабельной системе локальной сети, индуцируемые другими кабелями, расположенными в непосредственной близости от сетевых.
• Разница потенциалов между заземлением разных элементов сети (например, небольшая разница потенциалов заземления в разных зданиях).
Немного теории. (А куда без нее:-)). Компьютерная техника как потребитель электроэнергии имеет свои особенности, которые надо учитывать для правильной оценки применяемых совместно с ней источников бесперебойного питания. Для облегчения конструкции блоков питания компьютерной техники в них используется высокочастотное преобразование. Сетевое переменное напряжение частотой 50 Гц выпрямляется при помощи диодного моста, фильтруется конденсатором и преобразуется инвертором в высокочастотное (10-100 КГц). Это высокочастотное напряжение понижается при помощи ферритового высокочастотного трансформатора, выпрямляется и фильтруется. Причина усложнения схемотехники заключается в том, что габариты и вес трансформатора сильно зависят от частоты трансформируемого напряжения, причем они уменьшаются с ростом частоты. Требуемая емкость сглаживающих конденсаторов фильтра выпрямителя также снижается с ростом частоты выпрямляемого напряжения.
Наличие на силовом входе компьютера выпрямителя с фильтрующим конденсатором значительной величины (100-200 и даже более микрофарад в зависимости от мощности блока питания) обусловливает особые свойства компьютера как потребителя электроэнергии.
Из курса физики средней школы всем известно, что мощность является произведением напряжения и тока.
P=U·I
В случае с переменным током пользуются так называемыми эффективными значениями, то есть постоянным напряжением и током, которые произвели бы в нагрузке то же самое количество теплоты за равное время. Для синусоидальной формы напряжения эффективное значение получается умножением амплитудного на корень из двух. При импульсном токе вычисление коэффициента формы носит гораздо более сложный характер. Положение усугубляется и тем фактором, что форма импульсов может зависеть от схемотехники конкретного блока питания.
Еще одна особенность компьютера как потребителя электроэнергии заключается в том, что потребляемый ток возрастает с уменьшением входного напряжения. Это происходит из-за того, что потребляемая мощность постоянна, а она равна, как было сказано выше, произведению тока и напряжения.
Для защиты силовых линий вашего компьютерного и телекоммуникационного оборудования в первую очередь необходимы источники бесперебойного питания (рис. 1).
Что это такое? Какие бывают источники бесперебойного питания? Какой из них лучше, и действительно ли самый дорогой — самый лучший? В общем, еще немного теории...
Off-Line ИБП состоят из фильтра, инвертора, устройства контроля и аккумулятора. Фильтр служит для очистки сетевого напряжения от высокочастотных помех. В недорогих ИБП он состоит из варистора, защищающего от выбросов напряжения выше 380 В, иногда дополненного обычным LC-фильтром. Устройство контроля следит за степенью заряда аккумулятора и величиной сетевого напряжения, включая при его исчезновении инвертор. Время перехода на работу от батарей является важной характеристикой ИБП и, как правило, не превышает 15-20 мс. Инвертор преобразует низкое постоянное напряжение аккумулятора в переменное напряжение с частотой около 50 Гц и формой, близкой к прямоугольной. Во время работы от аккумулятора устройство контроля следит за степенью заряда аккумулятора и при его снижении ниже определенной величины отключает инвертор. Устройство контроля управляет и работой динамика, который звуковым сигналом (очень неприятным и раздражающим;-)) оповещает пользователя о том, что сетевое напряжение отключено. У большинства ИБП характер звука меняется в процессе разряда аккумулятора — становится более частым по мере приближения к моменту отключения инвертора (рис. 2).
ИБП Line-Interactive (взаимодействующие с линией) включают те же узлы, что и предыдущие, но к ним добавляется важная деталь — трансформатор. Функции устройства контроля дополняются отслеживанием сетевого напряжения и переключения при помощи реле отводов обмотки трансформатора для поддержания выходного напряжения в разумных пределах. При снижении сетевого напряжения ниже критического ИБП этого класса также переходят в режим преобразования энергии, запасенной в аккумуляторе. Некоторые ИБП отключаются от сети и переходят на работу от аккумулятора при превышении сетевым напряжением заданного предела (рис. 3).
Близко к Line-Interactive находятся так называемые феррорезонансные ИБП, которые стабилизируют выходное напряжение за счет встроенного феррорезонансного стабилизатора. При выходе сетевого напряжения за рабочие границы они также переключаются на работу от аккумулятора.
On-Line ИБП всегда работают от аккумулятора, который при наличии сетевого напряжения постоянно подзаряжается. Благодаря этому отсутствует провал выходного напряжения, сопровождающий переход на работу от аккумулятора остальных классов. Кроме того, ИБП высокого класса, как правило, имеют выходное напряжение, близкое по форме к синусоидальному (рис. 4).
ИБП, в котором используется и On-Line, и Line-Interactive, называется ИБП с дельта-преобразованием (в математике греческой буквой D ("дельта") обычно обозначают малую разность). Эти ИБП производят стабилизацию выходного напряжения посредством преобразования небольшой части входного напряжения. В результате алгебраического суммирования этой части с нестабильным входным напряжением получается стабилизированное выходное напряжение (рис. 5).
Во всех современных однофазных ИБП применяются свинцовые аккумуляторы, по принципу работы схожие с автомобильными. В отличие от автомобильных, они полностью герметичные и могут работать в любом положении, что достигается применением загущенного электролита.
Как и любые другие аккумуляторы, те, которые применяются в ИБП, имеют некоторые основные характеристики — номинальное напряжение, которое зависит от типа аккумулятора и количества банок в батарее, и емкость, выражаемую в ампер-часах. Следует иметь в виду, что емкость зависит от режима разряда. На большинстве аккумуляторов указывается емкость, получаемая при 20-часовом разряде, что совершенно нехарактерно для их применения в ИБП, но позволяет изготовителям гордо заявлять о семи и даже девяти ампер-часах. Еще один нюанс — напряжение, до которого осуществляется разряд. Чем глубже разряд, тем быстрее происходит деградация аккумулятора и тем меньше циклов "заряд-разряд" он выдержит. И, конечно, значительное влияние на длительность работы ИБП от аккумулятора оказывает КПД инвертора: чем он выше, тем дольше период автономной работы ИБП при прочих равных условиях.
Теперь, мне кажется, зная все вышесказанное, намного проще выбрать оптимальный (цена, схемотехника, выполняемые функции, качество батареи...) источник бесперебойного питания. Достойных производителей не так и много. Во многих компьютерных фирмах вас проконсультируют, предложат все необходимое, учитывая все ваши пожелания (вплоть до исполнения и цвета корпуса;-)).
Что же делать, если средств на ИБП не хватает? Для высокоэффективной защиты от всплесков напряжения и молний применяются сетевые фильтры (рис. 6). Конструкцию и дизайн они имеют самый разнообразный.
Кроме того, они осуществляют фильтрацию электромагнитных/радиочастотных помех. Стоят они недорого. Это их плюсы. Минус один, но существенный — они не защищают от пропадания напряжения в сети.
Всплески напряжения в линиях передачи данных вызывают повреждения, когда оборудование, казалось бы, уже защищено с помощью источника бесперебойного питания. Однако для прохождения внутрь системы опасных высоковольтных импульсов остается локальная сеть и сетевая карта, а также телефонная линия и модем.
В таблице приведены данные о том, какому пиковому напряжению может противостоять определенный кабель:
Несколько слов о защите локальной вычислительной сети. Чтобы гарантировать непрерывное функционирование сети, необходимо защитить весь путь прохождения данных включая концентраторы, маршрутизаторы, мосты, коммутаторы и т.д. Для защиты используются специальные защитные устройства, изображенные на рис. 7.
Они устанавливаются для защиты последовательных портов RS-232 (DB-9 и DB-25), сетевого оборудования 10 BASE-2, 10BASE-T (RJ-45), телефонного оборудования (RJ-11 — факсы, модемы, автоответчики...). Существует их превеликое множество. По их внешнему виду становится интуитивно понятно, какие цепи они защищают.
Вывод. Только план комплексной защиты линий передачи данных и сети электрического питания обеспечит ваш компьютер (рабочую станцию, сервер, телекоммуникационное оборудование, сеть, информационную систему...) надежным "общевойсковым защитным комплектом" (ОЗК)*, защищающим от повреждений при ударах молний, разрядах статического электричества, нестабильности питающей электрической сети и т.д. Ведь не зря пользователи и эксперты по компьютерной технике единогласно пришли к заключению, что наиболее важные инвестиции в организацию всего компьютерного оборудования, помимо самого компьютера, приходятся на приобретение высококачественной системы защиты электропитания. Именно системы. В комплексе. На этом не стоит экономить. А, как известно, скупой платит дважды. Удачи.
P.S.: Отдельное спасибо Черномору Андрею Владимировичу — начальнику отдела систем бесперебойного питания BelSoft.
Valeri N.Kravchuk
Говорят, что существует два типа пользователей: те, кто уже терял данные из-за проблем с питанием, и те, кому это еще предстоит... (народная мудрость)
Есть две печальные истины века информационных технологий: первая — сеть электропитания не в состоянии давать стабильное, чистое напряжение, необходимое для питания чувствительной компьютерной электроники, и вторая — пользователю самому приходится нести бремя забот о хорошем состоянии и надежной работе своего оборудования. Исследования, проведенные IBM, показали, что в среднем компьютер сталкивается с проблемами электропитания более 120 раз в месяц. Перед тем как выбрать средства защиты, необходимо ответить на два простых вопроса:
1. Какое оборудование необходимо защитить?
2. Какие входные и выходные соединения этого оборудования нуждаются в защите?
Ответ на первый и второй вопросы. Защищать надо все: персональные компьютеры, рабочие станции, периферийные устройства, сетевое и телекоммуникационное оборудование, линии передачи данных и т.д. При условии, что вы цените свой труд, дорожите своим оборудованием и имеющимися на нем важными данными... Это касается и домашнего пользователя, и целых корпораций. Масштабы разные. Часто файл(ы), над которым(и) днями, а то и ночами (а может, и наоборот) трудится простой юзер, по важности для него (юзера) имеет(ют) такое же значение, как, например, финансовая база данных за последние пять лет для крупного предприятия. Это я отвлекся немножко. А теперь серьезно:-]!
Сетевые фильтры, регуляторы напряжения и источники бесперебойного питания (ИБП) защищают различное компьютерное оборудование от аномалий в электрической сети. Но для полной защиты оборудования и данных от губительных скачков напряжения необходимо учитывать еще ряд факторов. Большая доля зачастую необъяснимых повреждений происходит из-за скачков напряжения не на линиях электросети. Сгоревшие или поврежденные материнские платы, модемы, последовательные и параллельные порты, сетевые платы и другое оборудование локальных сетей часто является следствием импульсов высокого напряжения, попадающих в интерфейсный порт по кабелям данных (а не по сети питания). Результаты одинаковы для любых линий: повреждение оборудования, потеря данных, прерывание связи и вытекающие из вышеперечисленного потери общего характера. Структура последовательного порта RS-232 такова, что для заземления (предназначенного для отвода импульсов высокого напряжения и возникающих при неисправностях токов) используется та же линия, что и для обратного сигнала данных. Поэтому слабые, порядка всего нескольких десятков вольт, импульсы могут вывести из строя материнские платы, принтеры, сканеры, попадая туда через последовательный порт. По телефонным линиям легко проникают импульсы из внешней электросети. По неэкранированным UTP-кабелям и коаксиальным сетевым кабелям передаются скачки напряжения от близких ударов молнии или разрядов статического электричества.
Стандарт IEEE 902.3 Ethernet выделяет четыре источника электрического повреждения, которым сети подвергаются при эксплуатации:
• Прямой контакт между элементами локальной сети и цепями электропитания или грозовой защиты.
• Статическое электричество, накапливающееся в кабелях и элементах локальной сети.
• Импульсы высокого напряжения, возникающие в кабельной системе локальной сети, индуцируемые другими кабелями, расположенными в непосредственной близости от сетевых.
• Разница потенциалов между заземлением разных элементов сети (например, небольшая разница потенциалов заземления в разных зданиях).
Немного теории. (А куда без нее:-)). Компьютерная техника как потребитель электроэнергии имеет свои особенности, которые надо учитывать для правильной оценки применяемых совместно с ней источников бесперебойного питания. Для облегчения конструкции блоков питания компьютерной техники в них используется высокочастотное преобразование. Сетевое переменное напряжение частотой 50 Гц выпрямляется при помощи диодного моста, фильтруется конденсатором и преобразуется инвертором в высокочастотное (10-100 КГц). Это высокочастотное напряжение понижается при помощи ферритового высокочастотного трансформатора, выпрямляется и фильтруется. Причина усложнения схемотехники заключается в том, что габариты и вес трансформатора сильно зависят от частоты трансформируемого напряжения, причем они уменьшаются с ростом частоты. Требуемая емкость сглаживающих конденсаторов фильтра выпрямителя также снижается с ростом частоты выпрямляемого напряжения.
Наличие на силовом входе компьютера выпрямителя с фильтрующим конденсатором значительной величины (100-200 и даже более микрофарад в зависимости от мощности блока питания) обусловливает особые свойства компьютера как потребителя электроэнергии.
Из курса физики средней школы всем известно, что мощность является произведением напряжения и тока.
P=U·I
В случае с переменным током пользуются так называемыми эффективными значениями, то есть постоянным напряжением и током, которые произвели бы в нагрузке то же самое количество теплоты за равное время. Для синусоидальной формы напряжения эффективное значение получается умножением амплитудного на корень из двух. При импульсном токе вычисление коэффициента формы носит гораздо более сложный характер. Положение усугубляется и тем фактором, что форма импульсов может зависеть от схемотехники конкретного блока питания.
Еще одна особенность компьютера как потребителя электроэнергии заключается в том, что потребляемый ток возрастает с уменьшением входного напряжения. Это происходит из-за того, что потребляемая мощность постоянна, а она равна, как было сказано выше, произведению тока и напряжения.
Для защиты силовых линий вашего компьютерного и телекоммуникационного оборудования в первую очередь необходимы источники бесперебойного питания (рис. 1).
Что это такое? Какие бывают источники бесперебойного питания? Какой из них лучше, и действительно ли самый дорогой — самый лучший? В общем, еще немного теории...
Off-Line ИБП состоят из фильтра, инвертора, устройства контроля и аккумулятора. Фильтр служит для очистки сетевого напряжения от высокочастотных помех. В недорогих ИБП он состоит из варистора, защищающего от выбросов напряжения выше 380 В, иногда дополненного обычным LC-фильтром. Устройство контроля следит за степенью заряда аккумулятора и величиной сетевого напряжения, включая при его исчезновении инвертор. Время перехода на работу от батарей является важной характеристикой ИБП и, как правило, не превышает 15-20 мс. Инвертор преобразует низкое постоянное напряжение аккумулятора в переменное напряжение с частотой около 50 Гц и формой, близкой к прямоугольной. Во время работы от аккумулятора устройство контроля следит за степенью заряда аккумулятора и при его снижении ниже определенной величины отключает инвертор. Устройство контроля управляет и работой динамика, который звуковым сигналом (очень неприятным и раздражающим;-)) оповещает пользователя о том, что сетевое напряжение отключено. У большинства ИБП характер звука меняется в процессе разряда аккумулятора — становится более частым по мере приближения к моменту отключения инвертора (рис. 2).
ИБП Line-Interactive (взаимодействующие с линией) включают те же узлы, что и предыдущие, но к ним добавляется важная деталь — трансформатор. Функции устройства контроля дополняются отслеживанием сетевого напряжения и переключения при помощи реле отводов обмотки трансформатора для поддержания выходного напряжения в разумных пределах. При снижении сетевого напряжения ниже критического ИБП этого класса также переходят в режим преобразования энергии, запасенной в аккумуляторе. Некоторые ИБП отключаются от сети и переходят на работу от аккумулятора при превышении сетевым напряжением заданного предела (рис. 3).
Близко к Line-Interactive находятся так называемые феррорезонансные ИБП, которые стабилизируют выходное напряжение за счет встроенного феррорезонансного стабилизатора. При выходе сетевого напряжения за рабочие границы они также переключаются на работу от аккумулятора.
On-Line ИБП всегда работают от аккумулятора, который при наличии сетевого напряжения постоянно подзаряжается. Благодаря этому отсутствует провал выходного напряжения, сопровождающий переход на работу от аккумулятора остальных классов. Кроме того, ИБП высокого класса, как правило, имеют выходное напряжение, близкое по форме к синусоидальному (рис. 4).
ИБП, в котором используется и On-Line, и Line-Interactive, называется ИБП с дельта-преобразованием (в математике греческой буквой D ("дельта") обычно обозначают малую разность). Эти ИБП производят стабилизацию выходного напряжения посредством преобразования небольшой части входного напряжения. В результате алгебраического суммирования этой части с нестабильным входным напряжением получается стабилизированное выходное напряжение (рис. 5).
Во всех современных однофазных ИБП применяются свинцовые аккумуляторы, по принципу работы схожие с автомобильными. В отличие от автомобильных, они полностью герметичные и могут работать в любом положении, что достигается применением загущенного электролита.
Как и любые другие аккумуляторы, те, которые применяются в ИБП, имеют некоторые основные характеристики — номинальное напряжение, которое зависит от типа аккумулятора и количества банок в батарее, и емкость, выражаемую в ампер-часах. Следует иметь в виду, что емкость зависит от режима разряда. На большинстве аккумуляторов указывается емкость, получаемая при 20-часовом разряде, что совершенно нехарактерно для их применения в ИБП, но позволяет изготовителям гордо заявлять о семи и даже девяти ампер-часах. Еще один нюанс — напряжение, до которого осуществляется разряд. Чем глубже разряд, тем быстрее происходит деградация аккумулятора и тем меньше циклов "заряд-разряд" он выдержит. И, конечно, значительное влияние на длительность работы ИБП от аккумулятора оказывает КПД инвертора: чем он выше, тем дольше период автономной работы ИБП при прочих равных условиях.
Теперь, мне кажется, зная все вышесказанное, намного проще выбрать оптимальный (цена, схемотехника, выполняемые функции, качество батареи...) источник бесперебойного питания. Достойных производителей не так и много. Во многих компьютерных фирмах вас проконсультируют, предложат все необходимое, учитывая все ваши пожелания (вплоть до исполнения и цвета корпуса;-)).
Что же делать, если средств на ИБП не хватает? Для высокоэффективной защиты от всплесков напряжения и молний применяются сетевые фильтры (рис. 6). Конструкцию и дизайн они имеют самый разнообразный.
Кроме того, они осуществляют фильтрацию электромагнитных/радиочастотных помех. Стоят они недорого. Это их плюсы. Минус один, но существенный — они не защищают от пропадания напряжения в сети.
Всплески напряжения в линиях передачи данных вызывают повреждения, когда оборудование, казалось бы, уже защищено с помощью источника бесперебойного питания. Однако для прохождения внутрь системы опасных высоковольтных импульсов остается локальная сеть и сетевая карта, а также телефонная линия и модем.
В таблице приведены данные о том, какому пиковому напряжению может противостоять определенный кабель:
Тип кабеля Пиковое напряжение, В Последовательный порт RS-23230 Телефонная сеть 400 Тонкий коаксиал 10Base-2 500 Ethernet 10Base- T (витая пара) 1500
Несколько слов о защите локальной вычислительной сети. Чтобы гарантировать непрерывное функционирование сети, необходимо защитить весь путь прохождения данных включая концентраторы, маршрутизаторы, мосты, коммутаторы и т.д. Для защиты используются специальные защитные устройства, изображенные на рис. 7.
Они устанавливаются для защиты последовательных портов RS-232 (DB-9 и DB-25), сетевого оборудования 10 BASE-2, 10BASE-T (RJ-45), телефонного оборудования (RJ-11 — факсы, модемы, автоответчики...). Существует их превеликое множество. По их внешнему виду становится интуитивно понятно, какие цепи они защищают.
Вывод. Только план комплексной защиты линий передачи данных и сети электрического питания обеспечит ваш компьютер (рабочую станцию, сервер, телекоммуникационное оборудование, сеть, информационную систему...) надежным "общевойсковым защитным комплектом" (ОЗК)*, защищающим от повреждений при ударах молний, разрядах статического электричества, нестабильности питающей электрической сети и т.д. Ведь не зря пользователи и эксперты по компьютерной технике единогласно пришли к заключению, что наиболее важные инвестиции в организацию всего компьютерного оборудования, помимо самого компьютера, приходятся на приобретение высококачественной системы защиты электропитания. Именно системы. В комплексе. На этом не стоит экономить. А, как известно, скупой платит дважды. Удачи.
P.S.: Отдельное спасибо Черномору Андрею Владимировичу — начальнику отдела систем бесперебойного питания BelSoft.
Valeri N.Kravchuk
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 27 за 2003 год в рубрике hard :: разное
