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Protection de l'alimentation informatique

Même la meilleure alimentation est impuissante sans une source de courant alternatif fiable et stable. Brancher simplement votre système sur une prise murale et espérer que tout se passe bien est, tôt ou tard, la voie directe vers la catastrophe. Avant de devenir plus prudents, nous avons perdu de nombreuses heures de travail à cause de coupures de courant, et plus d'un système à cause de la foudre. Tout cela était évitable si seulement nous avions installé une protection appropriée. Il existe deux types de protection pour l'alimentation.

Protection passive de l'alimentation

La « protection passive de l'alimentation » défend votre système contre les pointes de tension et autres anomalies électriques qui pourraient endommager le système ou provoquer son plantage, mais elle ne protège en rien contre les pannes de courant. La forme la plus courante de protection passive est la multiprise avec parasurtenseur bien connue.

Protection active de l'alimentation

La « protection active de l'alimentation » fournit une alimentation de secours pour permettre au système de continuer à fonctionner lorsque le courant du secteur est coupé. La forme la plus courante de protection active est une alimentation de secours sur batterie. La plupart des appareils de protection active offrent également au moins une protection passive minimale.

Dans cette section, nous examinerons brièvement les deux types de protection.

Protection passive de l'alimentation

La meilleure première étape pour protéger votre ordinateur contre les surtensions, les pointes de tension et autres parasites sur la ligne électrique est d'installer une forme de protection passive. Il existe une gamme déconcertante d'appareils de protection passive, allant des multiprises à 5 $ vendues dans les quincailleries aux conditionneurs de puissance à 500 $ vendus par des fournisseurs spécialisés. Comme on pouvait s'y attendre, les appareils les plus chers sont supérieurs en termes de fiabilité, du niveau de protection qu'ils offrent et de leur capacité à résister aux dommages.

Vous n'avez pas besoin de dépenser 500 $ pour une protection passive, mais nous vous recommandons d'utiliser des parasurtenseurs de haute qualité sur tous vos systèmes. Tenez-vous-en aux modèles haut de gamme d'APC (http://www.apc.com), Belkin (http://www.belkin.com) ou Tripp Lite (http://www.tripplite.com), et vous ne vous tromperez pas beaucoup. Prévoyez de dépenser au moins 40 $ à 50 $ pour un parasurtenseur de haute qualité avec une protection CA de base, et jusqu'à 100 $ pour un modèle de qualité similaire doté de fonctionnalités supplémentaires telles que des ports vidéo et Internet haut débit. La Figure 16-17 montre le parasurtenseur Tripp Lite HT10DBS à 90 $, qui est conçu pour les systèmes de cinéma maison, mais qui convient tout aussi bien pour protéger notre salle informatique.

Figure 16-17 : Le parasurtenseur Tripp Lite HT10DBS (image fournie par Tripp Lite)

Protection active de l'alimentation

Pour une entreprise, la protection active peut signifier tout ce qui va jusqu'aux générateurs de secours et aux réseaux électriques alternatifs. Dans un environnement domestique ou de petite entreprise (SOHO), cependant, la protection active signifie une alimentation de secours.

Une BPS comprend une batterie et des circuits de support, et est conçue pour alimenter votre PC pendant une courte période si le courant du secteur est coupé. Ce répit temporaire vous permet d'enregistrer votre travail et d'éteindre le PC de manière ordonnée. Les BPS diffèrent par la qualité de l'énergie qu'elles fournissent, la quantité d'énergie qu'elles peuvent fournir et la durée pendant laquelle elles peuvent le faire. Les BPS conditionnent également le courant secteur pour protéger l'équipement contre les pointes de tension, les surtensions, les baisses de tension, les sous-tensions et les parasites électriques.

Types de BPS

Toutes les BPS ont trois éléments communs : une « batterie », qui stocke l'énergie électrique en cas de panne de courant ; un « onduleur », qui convertit la tension CC fournie par la batterie en tension CA requise par la charge ; et un « circuit de charge », qui convertit le courant secteur CA en tension CC nécessaire pour charger la batterie. L'IEEE reconnaît trois catégories de BPS :

En ligne (Online)

Un « onduleur en ligne » (souvent appelé « véritable onduleur » ou « onduleur à double conversion », pour le différencier d'un SPS) connecte la charge directement à l'onduleur, qui convertit la tension CC fournie par la batterie en tension CA standard. Le circuit de charge charge la batterie en permanence pendant que l'onduleur fonctionne, et l'équipement fonctionne toujours sur l'alimentation par batterie fournie par l'onduleur. Les onduleurs en ligne coûtent plus cher que les SPS, décrits sous peu, mais présentent deux avantages. Comme le PC fonctionne en permanence sur batterie, il n'y a pas de temps de commutation, et pas d'interrupteur pouvant tomber en panne. De plus, comme le PC ne se connecte pas au secteur, il est effectivement isolé des problèmes de la ligne CA.

Line-interactive

Un « onduleur line-interactive », également appelé « onduleur en ligne à conversion unique », diffère d'un onduleur en ligne en ce que la charge fonctionne normalement principalement sur l'alimentation secteur tant que celle-ci est disponible. Plutôt que de convertir le courant secteur en CC, de l'utiliser pour charger la batterie, puis de le reconvertir en CA pour la charge (la partie « double conversion »), un onduleur line-interactive alimente directement la charge avec le courant secteur dans des conditions normales. Les variations mineures du courant secteur sont lissées par l'onduleur utilisant l'alimentation par batterie. Les caractéristiques déterminantes d'un onduleur line-interactive sont que l'onduleur fonctionne en tout temps et que la charge est toujours partagée dynamiquement entre l'onduleur et l'alimentation secteur. En fonctionnement courant, le secteur peut supporter 99 % de la charge et l'onduleur seulement 1 %. Lors d'une sous-tension, l'onduleur peut supporter 10 % ou plus de la charge. Ce n'est qu'en cas de coupure de courant totale que l'onduleur assume 100 % de la charge. Un véritable onduleur line-interactive n'a aucun temps de commutation, car l'onduleur et le secteur partagent dynamiquement la charge en permanence ; une panne de courant signifie donc simplement que l'onduleur assume instantanément 100 % de la charge. Bien que les unités line-interactive n'isolent pas autant la charge de la ligne CA qu'un onduleur en ligne, elles sont très efficaces pour maintenir une tension CA propre et stable pour la charge. Les onduleurs line-interactive sont courants dans les centres de données, mais peu courants dans l'environnement PC.

Hors ligne (Offline)

La forme la plus courante de BPS utilisée avec les PC est une « alimentation hors ligne », parfois appelée « alimentation de secours (SPS) ». Les vendeurs de BPS n'aiment pas le terme « secours » et détestent carrément « hors ligne », donc les alimentations hors ligne sont toujours décrites comme des alimentations « sans coupure », ce qu'elles ne sont pas. Les caractéristiques déterminantes d'un SPS sont qu'il possède un commutateur et que l'onduleur ne fonctionne pas en permanence. En fonctionnement normal, le commutateur achemine le courant secteur directement vers la charge. Lorsque le secteur est coupé, ce commutateur déconnecte rapidement la charge du secteur et la reconnecte à l'onduleur, qui continue d'alimenter l'équipement sur batterie. Les SPS sont moins chers que les unités en ligne et line-interactive, car ils peuvent utiliser un onduleur relativement peu coûteux, conçu pour un faible facteur d'utilisation et une courte durée de fonctionnement.

Contrairement aux unités en ligne et line-interactive, les SPS ne conditionnent ni ne régénèrent le courant CA entrant avant de le fournir à la charge. Au lieu de cela, ils font passer le courant secteur CA à travers un filtre passif similaire à un parasurtenseur ordinaire, ce qui signifie que les SPS ne fournissent pas une alimentation aussi propre que celle fournie par les unités en ligne et line-interactive. En théorie, les SPS ont un autre inconvénient par rapport aux unités en ligne et line-interactive. Le temps de commutation réel peut être considérablement plus long que prévu dans des conditions de basse tension prolongées et avec des batteries partiellement déchargées. Parce que le temps de maintien d'une alimentation PC diminue dans des conditions de basse tension marginales, en théorie, un SPS peut mettre plus de temps à commuter que le temps de maintien de l'alimentation PC, entraînant un plantage du système. Dans la pratique, les bons SPS ont des temps de commutation typiques de 2 à 4 ms et des temps de commutation maximum de 10 ms ou moins, et les bonnes alimentations PC ont des temps de maintien de 20 ms ou plus à tension nominale et de 15 ms ou plus pendant des conditions de sous-tension marginales soutenues, ce qui signifie que c'est rarement un problème. Deux types de SPS sont courants :

SPS standard

Un « SPS standard » ne dispose que de deux modes : alimentation secteur complète ou alimentation sur batterie complète. Tant que le secteur est dans les limites de tension seuil (qui peuvent être réglées sur de nombreuses unités), le SPS se contente de faire passer le secteur vers l'équipement. Lorsque le secteur descend en dessous du seuil, le SPS transfère la charge d'une alimentation 100 % secteur à une alimentation 100 % batterie. Certains SPS standard basculent également sur batterie lorsque la tension secteur dépasse un seuil supérieur. Cela signifie que le SPS bascule sur batterie à chaque fois qu'une pointe de tension, une chute ou une sous-tension se produit, ce qui peut arriver assez fréquemment. Cette approche tout ou rien fait cycler la batterie fréquemment, ce qui réduit l'autonomie de la batterie. Plus important encore, les alarmes fréquentes pour des problèmes d'alimentation mineurs amènent de nombreuses personnes à désactiver l'alarme, ce qui peut retarder la reconnaissance d'une panne réelle si longtemps que la batterie se décharge et que le travail est perdu. La plupart des modèles de SPS d'entrée de gamme sont des SPS standard. Les séries Back-UPS d'American Power Conversion (APC), par exemple, sont des SPS standard.

SPS de suralimentation de ligne (Line-boost)

Un « SPS de suralimentation de ligne » ajoute le mode « suralimentation de ligne » aux deux modes du SPS standard. Un SPS de suralimentation de ligne est parfois présenté comme un onduleur line-interactive, ce qu'il n'est pas. Contrairement aux unités line-interactive, qui utilisent l'alimentation par batterie pour augmenter la tension de sortie CA à la valeur nominale, les unités de suralimentation de ligne disposent simplement d'une prise de transformateur supplémentaire, qu'elles utilisent pour augmenter la tension de sortie d'un pourcentage fixe (généralement 12 % à 15 %) lorsque la tension d'entrée tombe en dessous du seuil. Par exemple, lorsque l'entrée CA tombe à 100 VCA, une unité line-interactive utilise l'alimentation par batterie pour l'augmenter de 15 V à 115 VCA nominal. Pour une entrée de 95 VCA, l'unité line-interactive l'augmente de 20 V à 115 VCA nominal. Pour une entrée de 100 VCA, une unité de suralimentation de ligne utilise la prise supplémentaire pour augmenter la tension de sortie du pourcentage fixe (nous supposerons 12 %), ce qui donne une sortie de 112 VCA. Pour une entrée de 95 VCA, l'unité de suralimentation de ligne l'augmente du même pourcentage fixe, dans ce cas à 106,4 VCA. Cela signifie que la tension de sortie suit la tension d'entrée pour les unités de suralimentation de ligne, avec les transitoires et les appels de courant résultants du côté de la charge lorsque l'onduleur s'active et se désactive. La plupart des modèles de SPS PC milieu et haut de gamme sont des SPS de suralimentation de ligne. Les séries Back-UPS Pro et Smart-UPS d'American Power Conversion (APC), par exemple, sont des SPS de suralimentation de ligne.

Caractéristiques des BPS

Voici les caractéristiques les plus importantes d'une BPS :

Indice Volt-Ampère (VA)

L'« indice VA » d'une BPS spécifie la puissance maximale que l'unité peut fournir, et est déterminé par la capacité de l'onduleur. L'indice VA est le produit de la tension de sortie CA nominale et de l'intensité maximale de l'onduleur. Par exemple, une unité 120 V 650 VA peut fournir environ 5,4 A (650 VA / 120 V). Connecter une charge supérieure à l'intensité nominale de l'onduleur surcharge l'onduleur et le détruit rapidement, à moins que la BPS ne dispose d'un circuit de limitation de courant. Les watts sont égaux aux VA uniquement pour les charges 100 % résistives (par exemple, une ampoule). Si la charge inclut des composants capacitifs ou inductifs, comme le font les alimentations PC, la consommation en VA est égale à la puissance en watts divisée par le « Facteur de puissance (PF) » de la charge. Les alimentations PC sans PFC ont généralement des facteurs de puissance de 0,65 à 0,7. Par exemple, l'une de nos SPS est évaluée à 1000 VA mais seulement 670 W, ce qui signifie que le fabricant suppose un PF de 0,67 lors de l'évaluation de la puissance en watts de cette unité.

Autonomie

L'autonomie d'une BPS est déterminée par de nombreux facteurs, notamment le type et l'état de la batterie, la capacité en ampères-heures, l'état de charge, la température ambiante, l'efficacité de l'onduleur et le pourcentage de charge. Parmi ceux-ci, le pourcentage de charge est le plus variable. Le nombre d'ampères-heures qu'une batterie peut fournir dépend du nombre d'ampères que vous tirez, ce qui signifie que la relation entre la charge et l'autonomie n'est pas linéaire. Par exemple, une SPS de 600 VA peut être capable de fournir 600 VA pendant 5 minutes, mais 300 VA (la moitié de la charge) pendant 20 minutes (quatre fois plus longtemps). Doubler la charge réduit l'autonomie de bien plus que la moitié ; diviser la charge par deux prolonge l'autonomie de bien plus que le double.

Forme d'onde de sortie

La tension CA du secteur est nominalement une onde sinusoïdale pure, ce que les alimentations et autres équipements sont conçus pour utiliser. La forme d'onde de sortie générée par les BPS varie. Par ordre de désirabilité (et de prix) croissante, les formes d'onde de sortie incluent : onde carrée, onde en dents de scie, onde carrée modifiée (souvent trompeusement appelée « onde presque sinusoïdale, approximation en escalier de l'onde sinusoïdale, onde sinusoïdale modifiée » ou « onde sinusoïdale en escalier » - les spécialistes du marketing désespèrent de faire figurer les mots « onde sinusoïdale » à l'intérieur, surtout pour les unités qui ne le méritent pas). Les unités les moins chères génèrent une onde carrée, qui est essentiellement une tension CC bipolaire avec un temps de montée et de descente proche de zéro, ce qui lui permet de se faire passer pour du CA. Les unités milieu de gamme fournissent normalement une onde pseudo-sinusoïdale, qui peut être n'importe quoi, d'une très proche approximation à une onde sinusoïdale jusqu'à quelque chose qui n'est pas beaucoup mieux qu'une onde carrée non modifiée. La forme d'onde de sortie est déterminée par l'onduleur. L'onduleur est le composant le plus cher d'une BPS. Les meilleurs onduleurs, ceux qui génèrent une onde sinusoïdale ou une approximation proche, sont plus chers, de sorte que la qualité de la forme d'onde de sortie est généralement étroitement corrélée au prix de l'unité. Étonnamment, nous avons vu une fois les spécifications d'une BPS sans marque qui listait la forme d'onde de sortie comme « onde carrée pure », présumant vouloir confondre les acheteurs avec « pure » (une Bonne Chose) et « onde carrée » (une Mauvaise Chose).

Choisir une BPS

Utilisez les directives suivantes lors du choix d'une BPS :

Sélectionnez le type de BPS en fonction de vos besoins et de votre budget.

De nos jours, vous pouvez acheter des BPS à 40 $ dans les grandes surfaces. Ce ne sont pas de très bonnes BPS, certes, mais elles sont mieux que rien. Neuve, une BPS bon marché peut ne vous donner qu'une minute ou deux d'autonomie ; à mesure que la batterie vieillit, l'autonomie peut tomber à quelques secondes seulement. Pourtant, la grande majorité des pannes de courant durent une seconde ou moins, donc même une autonomie de cinq secondes offre une certaine protection.

L'étape suivante est un SPS grand public, tel qu'une unité APC Back-UPS ou Back-UPS Pro. Ces unités offrent une bien meilleure protection et une autonomie beaucoup plus longue que les unités bas de gamme. Nous considérons ces unités comme le minimum pour une protection électrique « sérieuse », et nous les utilisons sur certains de nos systèmes secondaires. Mieux encore sont les unités de suralimentation de ligne, telles que l'APC Smart-UPS et les séries SMP et SUP de Falcon Electric (http://www.falconups.com), que nous considérons comme le minimum acceptable pour les systèmes importants. Enfin, il y a les vrais onduleurs, tels que les unités Falcon Electric séries SG et SSG, que nous utilisons sur les serveurs et les systèmes de bureau principaux.

Choisissez une unité avec une VA et une autonomie adéquates.

Vous pouvez calculer les besoins en VA en vérifiant l'ampérage maximal indiqué sur l'alimentation du PC et sur chaque autre composant que l'onduleur alimentera. Additionnez ces ampérages maximaux et multipliez par la tension CA nominale pour déterminer les besoins en VA. Les problèmes avec cette méthode sont qu'elle prend du temps et aboutit à une VA beaucoup plus élevée que celle dont vous avez réellement besoin. Une meilleure méthode consiste à utiliser l'un des outils de dimensionnement que la plupart des fabricants de BPS fournissent sur leurs sites Web. Par exemple, l'APC UPS Selector (http://www.apc.com/sizing/selectors.cfm) vous permet de spécifier votre configuration système, l'autonomie dont vous avez besoin et une marge pour la croissance. À partir de ces informations, il renvoie une liste de modèles APC appropriés, avec les autonomies estimées pour chacun.

Envisagez d'acheter une seule BPS pour plusieurs PC.

Si vous devez protéger plusieurs PC à proximité immédiate, envisagez d'acheter une unité plus grande plutôt que plusieurs petites unités bon marché. L'unité plus grande coûtera probablement moins cher pour la même VA et autonomie cumulées, et offrira probablement des fonctionnalités supérieures (telles que la suralimentation de ligne et une meilleure forme d'onde).

Obtenez la meilleure forme d'onde que vous pouvez vous permettre.

Les unités les moins chères fournissent une sortie en onde carrée, que les alimentations PC peuvent utiliser pendant de courtes périodes sans dommage. Cependant, faire fonctionner un ordinateur sur une onde carrée pendant de longues périodes sollicite l'alimentation et peut finir par l'endommager. De plus, les unités à onde carrée sont totalement inadaptées aux autres appareils électroniques, qu'elles peuvent rapidement endommager. N'achetez une unité à onde carrée que si l'alternative est de ne pas pouvoir vous permettre une BPS du tout. Pour une utilisation générale, achetez une unité qui fournit une onde sinusoïdale simulée si vous prévoyez de faire fonctionner le PC pendant 10 minutes ou moins sur batterie avant de l'éteindre. Achetez une unité à onde sinusoïdale vraie si vous prévoyez de faire fonctionner le PC pendant de longues périodes sur batterie, ou si vous prévoyez également d'alimenter des équipements qui ne tolèrent pas l'alimentation par onde pseudo-sinusoïdale (comme certains écrans).

Alors, qu'utilisons-nous réellement ? Pendant des années, nous avons utilisé et recommandé exclusivement les unités APC. Puis l'une de nos unités APC Smart-UPS est tombée en panne prématurément. Nous avons mis cela sur le compte de la malchance. Puis, quelques mois plus tard, une Back-UPS Pro est tombée en panne. Puis une Back-UPS. Puis une autre Smart-UPS. Ce n'étaient pas non plus des pannes de batterie, ce que nous attendons de n'importe quel onduleur. Il s'agissait de pannes des onduleurs ou des circuits de contrôle, et toutes les unités en panne sauf une avaient deux ans ou moins.

Évidemment, quatre pannes ne constituent pas un univers statistique, même parmi le nombre limité d'unités que nous utilisons, mais cela nous a fait réfléchir. Puis nous avons commencé à entendre parler de lecteurs dont les expériences étaient similaires aux nôtres. Comme nous, ils avaient utilisé des unités APC pendant de nombreuses années sans problème, et, comme nous, ils avaient récemment commencé à constater un taux plus élevé de pannes prématurées avec leurs nouvelles unités APC. Évidemment, même cela ne prouvait rien, mais nous sommes devenus très inquiets.

Puis un jour, nous discutions avec notre ami et collègue, Jerry Pournelle, qui depuis plus de 20 ans écrit la chronique « Chaos Manor » dans BYTE. Nous lui avons fait part de notre préoccupation concernant les taux de défaillance des unités APC. « Parlez à Falcon Electric », a dit Jerry, « j'utilise leurs onduleurs depuis des années. Ils sont à toute épreuve. L'un des miens a même été renversé par un tremblement de terre et n'a jamais failli. »

Nous avons pris Jerry au mot et avons commandé quelques unités Falcon Electric (http://www.falconups.com). Après les avoir recherchées et testées, nous avons décidé que Jerry avait raison. Falcon Electric fabrique les meilleurs onduleurs disponibles, nous avons donc standardisé sur eux. La liste des clients de Falcon est fortement orientée vers les organisations militaires, industrielles, de télécommunications et médicales, ce qui n'a pas été un facteur mineur dans notre décision. Ces gens ont besoin d'une protection électrique solide comme le roc, et ce qui est assez bon pour l'OTAN, Lucent et General Atomics est assez bon pour nous.

Robert utilise l'onduleur Falcon Electric 2 kVA série SG Plus illustré dans la Figure 16-18 pour protéger l'ensemble de ses serveurs de bureau et systèmes de bureau. Ces unités ressemblent à un mini-tour PC standard (y compris les ventilateurs de refroidissement). L'unité en bas, vous l'avez peut-être déjà deviné, est une banque de batterie externe qui prolonge l'autonomie suffisamment longtemps pour survivre à environ 95 % des coupures de courant que nous sommes susceptibles de subir. Barbara utilise un onduleur en ligne Falcon Electric similaire dans son bureau, et nous faisons fonctionner la plupart de nos systèmes secondaires sur des unités de suralimentation de ligne Falcon Electric séries SMP et SUP. Nous avons traversé des dizaines d'orages et plusieurs coupures de courant depuis que nous sommes passés aux unités Falcon Electric, et nous n'avons jamais eu le moindre problème.

Figure 16-18 : Un onduleur en ligne Falcon Electric série SG 2 kVA avec banque de batterie externe

Alimentations et protection informatiques

Sam Goldheart

Membre depuis le 10/18/12

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2 commentaires

Hello! Nice article! But I have a question. Recently I have installed this povervoltage system http://hardware.eu/overvoltage-protectio... to protect my house devices from power surges and spikes. But I am worry it is not enough for my desktop computer. Can you tell me please do I need to buy UPS in addition to overvoltage system?

Scott Waschlerner - Réponse Partager

what are the recommended maintenance period for power protection devices and Cleaning / Tool Kit Items Required and Checking / Cleaning Methods to Use .System Diagnostic / Maintenance Tool(s) to Use .

wafaa amoun - Réponse Partager

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