Ремонт и обслуживание APC UPS, или по ту сторону легендарной надежности
Крис Касперски
Имея многолетний опыт работы с различными моделями UPS фирмы American Power Conversion, эксплуатируемых в жестких условиях сельских энергосетей, мыщъх делится советами, которых ты не найдешь ни в техническом руководстве, ни в какой другой книге: как продлить жизнь UPS или даже воскресить агрегат, не будучи при этом электронщиком и не имея под рукой никакой измерительной аппаратуры, кроме китайского мулитиметра.
Содержание:
Нужен ли мне UPS или нет?
Вопрос не так прост, каким кажется. UPS является не только статьей расходов, но так же может служить источником дополнительных сбоев и проблем, особенно если он принадлежит к дешевой Back-UPS серии, работающей на пределе мощности. Импульсные блоки питания компьютеров довольно лояльно относятся к длительному отклонению питающего напряжения, выдерживая падения до 20%-30% от номинала без особых проблем. А вот Back-UPS в этом случае автоматически переходит на батареи, и когда они разряжаются, компьютер приходится включать напрямую в обход UPS.
Серия Smart поддерживает специальный режим Boost, переключающий обмотки автотрансформатора и сохраняющий работоспособность там, где Back-UPS уже не справляется, однако, если в электросети происходят частые «провалы» напряжения, вызванные, например, сварочными аппаратами, то и Back, и Smart-UPS переходят на батареи при каждом таком провале, оживленно клацая реле, что: а) приводит к преждевременному выходу реле из строя («обгоранию» контактов) и, как следствие, «выбиванию» нагрузки; б) быстрому разряду батарей; в) дополнительным помехам и броскам выходного напряжения в моменты переходы с сети на батареи и обратно.
Однако, сварочные аппараты «возвращают» в сеть большую реактивную составляющую вместе с высокочастотными помехами, от которых CRT-мониторы летят как семечки, и установка Smart-UPS становится экономически оправданной. Еще хуже, если на линии присутствуют мощные тиристорные установки (применяемые, в частности, на газопроводах), создающие импульсные и высокочастотные помехи вместе с провалами. Здесь без Start-UPS уже не обойтись, однако, срок его службы будет весьма недолгим, а вероятность «выбивания» нагрузки по причине глюка UPS окажется существенно отличной от нуля.
Офисный компьютер с LCD монитором в условиях плохого электропитания значительно лучше чувствует себя без UPS. Как показывает практика, UPS только увеличивает количество сбоев и перезагрузок. При качественном питании UPS становится практически бесполезным агрегатом, о котором забывают сразу же после покупки, и когда напряжение исчезает, севшие за это время батареи вырубают компьютер сразу, так что UPS даже не успевает мяукнуть.
Вывод: если и покупать UPS, то только модель из серии Smart с достаточным запасам по мощности, поскольку, чем больше мощность, тем больше «щелков» способны выдержать реле, плюс емкие батареи позволяют свободно работать в «щелкающем» режиме, не поглядывая на оставшейся уровень заряда.
Как рассчитать необходимую мощность UPS?
Полная мощность рассчитывается по простой формуле: S[VA] = U[вольт]*I[ампер] и выражается в вольт-амперах. Именно эта цифра красуется на «морде» UPS. А вот производители компьютеров и мониторов указывают на корпусе активную мощность, выражаемую в ваттах и в цепях с реактивной нагрузкой, рассчитываемой по формуле: P[ватт] = U[вольт]*I[ампер]*cos (ф), где ф — угол сдвига фазы. Поскольку косинус всегда меньше единицы, полная мощность всегда больше активной. Т.е. если на задней стенке монитора написано 400 Ватт, то вовсе не факт, что для его питания подойдет 400 VA UPS, поскольку значение ф производитель обычно скрывает, но для CRT-мониторов cos(ф) составляет порядка 0.7, а для LCD приближается к единице.
Мощность в цепях с импульсной нагрузкой рассчитывается по формуле: P[Ватт] = U[Вольт]*I[Ампер]*К, где K – коэффициент мощности, варьирующийся от типа питаемого оборудования и для импульсных блоков питания (по данным APC) составляющий порядка 0.6-0.8, из чего следует, что при потребляемой мощности в 400 Ватт нам понадобится, по меньшей мере, 800 VA UPS (S == P/K ==400/0.6 ~ 800).
Но это минимально допустимая мощность, на которой UPS долго не проработает даже на линиях с качественным электропитанием, и полученные цифры рекомендуется умножить как минимум на 1.5, а лучше даже на 2, тем более что на более мощные UPS, как правило, устанавливаются более мощные батареи, продлевающие время работы компьютера при частых провалах напряжения или полном отсутствии оного.
Рис. 1. Внутри APC Smart-UPS
Как правильно подключать UPS?
Большинство моделей APC UPS чувствительно к правильности включения, и прежде чем втыкать вилку в розетку, следует воспользоваться отверткой-пробником для определения: где фаза, а где земля. В противном случае UPS может работать нестабильно, неожиданно «выбивая» нагрузку, создавая наводящие помехи (мешающие работать телефону, подключенному через модем и т.д.). Правильность выбора фазы становится особенно важна, если к компьютеру подключено оборудование, записанное напрямую от сети или от других UPS (лазерные принтеры, свичи и т.д.)
Сколько времени UPS может «продержаться» на батареях?
Время работы на батареях зависит не только от их фактической емкости (зачастую отличающейся от указанной на корпусе в результате старения), начального уровня заряда, потребляемой мощности, но и от токов утечек, в которые уходят электронные ключи UPS по мере деградации кристаллов, вызванной повышенной температурой и другими неблагоприятными факторами. Так что точное значение можно определить только экспериментально.
Каков средний срок службы батарей?
По этому поводу существуют различные мнения, некоторые даже утверждают, что все продаваемые в России батареи – это восстановленные китайские поделки. Исходя из личного опыта мыщъх’а: родные батареи UPS работают до 5 лет и более того (правда, к концу службы их емкость, а значит, и время автономной работы падают в несколько раз), батареи, приобретенные в магазинах и сервисных центрах, вытягивают максимум по 2-3 года. Но здесь все зависит от условий эксплуатации.
Как продлить жить батареям и UPS?
Вентиляторы устанавливаются только на некоторых моделях APC UPS, остальным же приходится довольствоваться пассивным охлаждением, в результате чего внутренности UPS даже в прохладное время года могут достигать весьма высоких температур, а при температуре в +40 градусов срок службы герметичных («sealed» или «valve-regulated») свинцово-кислотных батарей составляет всего 1.5-2 года, но уже при +50 градусах батарея может выйти из строя буквально через несколько месяцев! Электронике перегрев тоже не идет на пользу, и в первую очередь страдают силовые элементы, уходящие в утечку, от которой «пухнут» электролитические конденсаторы, или же вовсе заканчивая жизнь грандиозным пробоем.
Настоятельно рекомендуется оснастить UPS системой принудительного охлаждения, закрепив внутри корпуса кулер, наподобие тех, что используются в блоках питания.
Теперь что касается самых батарей. Никогда не отключай UPS надолго от сети, лишая его возможности держать аккумуляторы на постоянной подзарядке. Не допускай глубоких разрядов батарей, оставляя, по меньшей мере, 6% емкости, после чего следует отключать UPS вплоть до восстановления питающего напряжения. С другой стороны, хотя бы раз в месяц, нужно устраивать «тренировку», разряжая батарею до ~10% и затем заряжая ее до полной емкости вновь.
Как правильно менять батареи?
Покупаем двойной/тройной комплект батарей, устанавливаем один из них в UPS, делаем несколько циклов заряда/разряда, после чего заряжаем до полной вновь, даем поработать под нагрузкой несколько минут и измеряем напряжение каждой из батарей вольтметром (естественно, не отключая нагрузки). Батарею с меньшим напряжением выбрасываем, после чего вставляем второй комплект, и всю операцию повторяем вновь. Операция, конечно, расточительная, но что поделать…
Как увеличить время работы UPS от батарей?
Самое простое и дешевое решение — сменить CRT-монитор на LCD, либо установить в UPS дополнительный комплект батарей (об этом достаточно подробно написано в справочном руководстве), однако если тебе действительно важно *длительное* время автономной работы, то выгоднее приобрести UPS c 17 А*ч аккумуляторами, чем волочить за собой целый «хвост» маломощных батарей. Так же нелишне будет рассмотреть вопрос об установке дизельной электростанции, как в свое время и поступил мыщъх.
Только не пытайся устанавливать в UPS батареи большей емкости – зарядная схема, не рассчитанная на такие «издевательства», довольно быстро выйдет из строя. Лучше установить дополнительные батареи, тем более что большинство моделей APC UPS это позволяет.
Стоит ли подключать к UPS «пилот» с surge protector?
Если в обычных переносках типа «пилота» вся начинка состоит из простейшего разрядника, призванного реагировать на прямое попадание молнии в линию, то surge protector представляет собой довольно продвинутую защиту от бросков напряжения. Если UPS дает напряжение не чисто синусоидальной формы (как, например, это делает Back-UPS, генерирующий серию прямоугольных импульсов), то surge protector будет пытаться погасить избыточную скорость нарастания напряжения, в результате чего работа оборудования, подключенного к фильтру, окажется невозможной.
Можно ли выход одной UPS подавать на вход другой?
Выход Smart-UPS можно подавать на что угодно, но смысла в этом немного, т.к. КПД очень сильно упадет, и время работы в автономном режиме окажется намного меньше суммы автономной работы каждой из UPS по отдельности. Уж лучше часть оборудования подключить к одной UPS, а часть — к другой.
Выход Back-UPS на вход другой UPS подключать нельзя, поскольку он очень сильно отличается от синусоиды и тот, и другой UPS, не выдержав таких искажений питающего напряжения, просто перейдет в автономный режим.
Какое выходное напряжение лучше всего установить?
Практически все модели APC UPS позволяют изменять выходное напряжение при автономной работе, для настойки которого проще всего использовать штатную утилиту PowerChute. Считается, что чем меньше мы выберем напряжение, тем будет лучше как для компьютера, так и для самой UPS. А если посчитать? Потребляемая мощность одна и та же, а ток, проходящий через силовые элементы UPS и блока питания, равен: I[ампер] == P [Ватт]/V [вольт], т.е. чем ниже напряжение, тем выше ток, а вместе с ним и выше нагрузка на все силовые элементы. Естественно, с повышением напряжения растет вероятность пробоя, но… UPS просто не позволит «задрать» выходное напряжение до тех границ, где эта вероятность становится весьма существенной.
Но есть и другая сторона проблемы. Допустим, уровень напряжения электрической сети составляет 210 Вольт, а мы выставили в UPS – 260 Вольт. При невысоком качестве питания и частых переходах на батареи с мгновенным возвратом обратно выходное напряжение будет скакать в широких пределах, что навряд ли обрадует блок питания ПК, не говоря уже про скромные блоки питания внешних модемов и других внешних устройств. Так что выходное напряжение UPS должно быть близко к среднему напряжению в электрической сети.
Рис. 2. Штатная утилита PowerChute для настройки и мониторинга UPS
Проблемы эксплуатации или ремонт UPS
UPS самопроизвольно «выбивает» нагрузку
Прежде всего, не спеши валить все грехи на UPS, возможно, виноват блок питания ПК с «подсохшими» конденсаторами, подключи UPS к входу заведомо исправного ПК и посмотри: прекратятся ли выбивания или нет. Кстати говоря, APC UPS конфликтуют с некоторыми моделями CRT-мониторов — отключи монитор и посмотри, что произойдет (правда, в результате падения нагрузки «выбивания» могут прекратиться даже при нормальном мониторе).
Так же замени батареи на новые и заведомо исправные. Очень часто UPS неверно определяет их емкость, но стоит только ему переключиться на них, как они внезапно «сдыхают», и нагрузка «выбивается». Когда будешь делать это, убедись, что клеммы заходят плотно, а не болтаются кое-как. Во всяком случае, обжать их плоскогубцами не помешает.
Следи за температурой. В отсутствии активного охлаждения UPS автоматически обесточивает нагрузку при перегреве. Также уменьши чувствительность UPS к помехам, чтобы он реже переключался на батареи, снижая тем самым вероятность «глюков».
Если же выбивания происходят с удручающей регулярностью — попробуй заменить реле, емкие электролитические конденсаторы и силовые транзисторы на плате UPS, это можно сделать даже с минимальными навыками владения паяльником.
На последок — проверь настройки PowerChute (если он установлен), поскольку по умолчанию UPS обесточивает систему всего лишь через несколько минут после исчезновения питания, даже если энергии батарей хватило бы на многие часы.
Батареи стали часто выходить из строя
Ключевые транзисторы схемы зарядки ушли в утечку из-за перегрева (а с ними, возможно) и некоторые другие элементы. Чтобы окончательно убедиться в этом, заряди UPS до максимума и выдерни силовой шнур из сети, воткнув его на следующее утро. Если аккумуляторы находятся в стадии глубокого разряда — ремонт UPS не рекомендуется откладывать в долгий ящик, хотя в целом он остается вполне работоспособным.
При работе UPS периодически похрюкивает
Кипит электролит в одном из аккумуляторов, вырываясь через предохранительный клапан, издающий характерный хрюкающий звук и выпускающий на волю вместе с водяными парами некоторое количество кислоты, оседающей на плате электронике и за короткое время приводящую ее в полную негодность.
Возможные причины: неисправна схема зарядки, или же отказала одна из двух последовательно соединенных батарей, в результате чего вторая (еще исправная) хронически перезаряжается. Немедленно замени батареи и, если это поможет, неси UPS в ремонт.
Рис. 3. Настраиваем пороговые уровни напряжений для перехода в режимы BOOST и TRIM, а также задаем номинальный выходной уровень с UPS (только при работе от батарей!)
Компания APC производит действительно качественные и надежные источники бесперебойного питания, которым мыщъх безоговорочно доверяет, и это доверие тем крепче, чем больше проблем у остальных пользователей, выбравших не-APC. Особенно «радует» в этом отношении SVEN, да и другие фирмы, для которых UPS не является основной продукцией. Так что выводы делаем сами.
Рис. 4. Структурная схема APC Back-UPS
INFO
-
Для экономии журнального места статья построена в форме FAQ – часто задаваемых вопросов с краткими, но исчерпывающими ответами.
WWW
Статья опубликована в апрельском номере журнала «Xakep» за 2007 год.