UPS設計のための基礎知識

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UPS・電源の設計

NW機器やサーバを導入する際に意外と漏れがちなのが、UPS・電源設計です。

NW機器やサーバを設置する場所に電源はあるのか?その電源は機器のプラグと接続できる形状の電源なのか?サーバ更改時、データ移行等により一時的に併設期間がある場合、両方の電源が確保されているか?現場ではこの観点での考慮漏れがよく発生しています。

UPSとは?

UPSとは Uninterruptible Power Supply の略です。UPSは、予期せぬ停電時にサーバ等のHDDを搭載した機器を安全にシャットダウンするために時間稼ぎをし、また、UPS用ソフトと連携して自動でシャットダウンするシステムです。停電時に電源供給できるのは長くても1時間程度なので、停電している間にずっとUPSで電源供給することを期待してはいけません。(そのケースもあるでしょうが、それよりも長引いても問題にならないようにサーバを安全に停止するシステムのほうが有益です)

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UPS設計のための基礎知識

製品仕様の見方 例1. Smart-UPS 1500

ここではSchneider社の Smart-UPS 1500 を例に、UPS設計を踏まえた製品仕様を見るポイントを紹介します。

Smart-UPS 1500 の入力電源(つまり壁のコンセント等)は、一般家庭にもみられる NEMA 5-15というタイプの電源規格です。ただし、一般家庭では通常2口ですが、オフィス用によく見かける3口タイプが標準です(もちろん、2口に変換することもできますが)。

なのでSmart-UPS 1500の場合は入力電源については、電源があるかどうかを気にすればよく、形状についてはあまり意識する必要はありません

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このNEMA 5-15 というのは 電圧:100[V(ボルト)]、電流:15[A(アンペア)]の電気に対応している、という意味です。定格電力(VA)は電圧と電流の掛け算なので、1500[VA]となります。つまりSmart-UPS 1500 の 1500 は入力の定格電力を意味しています

では出力(つまりサーバ側への電源供給)はどうなるかというと、1200[W(ワット)]となります。これは簡単に言うと、せっかく1500[VA]で入ってきても、一部の電圧×電流(このケースでは300[VA]分)は仕事をせずに復路を使って電源供給元(電力会社)に戻っていくからです。これは電圧と電流の位相のズレによって発生します。

上記を踏まえ、UPSの仕様書で見るべきポイントは以下3つです。

入力形態:NEMA 5-15P (Pはオス口の意味)
出力電力容量:1200W
出力接続:(6) NEMA 5-15R (Rはメス口の意味)

つまり、入力電源としてNEMA 5-15P の電源プラグ(オス口)が1つあり、出力側はNEMA 5-15R の電源コンセント(メス口)が6つある、ということが書かれています。サーバやNW機器を最大6台直収することができます。ただし、出力は1200[W]なので、500[W[程度の消費電力の製品が多いサーバ類は2台が限界ですので、空きポートが出来ることが多いです。逆にNW機器は100[W]程度のものが多く、OAタップなどを分岐して6台以上を収容することができます。

製品仕様の見方 例2. Smart-UPS 3000

Smart-UPS 3000も基本的に1500と同じですが、大きく違うのは、入力電源です。NEMA L5-30という規格になっていますので、導入する際にはこのタイプの電源がサーバ設置箇所にあるかどうか、無い場合は電源盤に100V30A用の空きがあるかを確認した上で、誰がその工事をするか、といった事前整理が必要となります。

NEMA L5-30は 電圧:100V、電流:30Aのものです。お分かりの通り、なので3000なのです。ちなみに L はロックを意味し、電源を差した後に右に回してロック(外れ防止)をすることができます。

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先程の通り、以下3ポイントを見ます。

入力形態:NEMA L5-30P (Pはオス口の意味)
出力電力容量:2400W
出力接続:(2) NEMA 5-20R , (6) NEMA 5-15R (Rはメス口の意味)

前述の通り、電源の入力としては NEMA L5-30Pの電源プラグ(オス口)が1つあり、出力側は NEMA 5-20R が2ポート、NEMA 5-15R が6ポートあります。NEMA 5-20は稀なので使うことは少ないでしょう。

UPSの標準的な設計

UPSは一般的に以下のような構成にします。

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まず電力会社からの電源が断たれた場合、まずはUPSから『電源供給が断たれたよ!UPSのバッテリでサーバへの電源供給は続けるよ!』というアラートメールを飛ばします。飛ばし先はどこでも構いませんが、セキュリティポリシー上問題にならなければ、停電後もメール受信できるように外部メールサーバが良いでしょう。

ただ、停電はすぐに復旧する可能性もありますので例えば3分間様子を見ます。3分経過しても復電しない場合、UPSからサーバへシャットダウンの命令をTCPで送信します。サーバにインストールされたUPS用のエージェント(Smart-UPSであれば PowerChute Network Shutdown)がその命令を受け取り、サーバのシャットダウンを開始します。

ただしここで注意が必要なのは、UTMやアプライアンスサーバ等でHDDを持ち、かつPowerChute Network Shutdown のインストールができない製品です。これらの製品は、PowerChute Network Shutdownをインストールしたサーバ上に、シャットダウン用のスクリプトを用意しておき、シャットダウン命令を受信したとき、そのスクリプトを実行してから自らをシャットダウンさせる、といった設定をしておく必要があります。

なお、UPSからのメール発報、サーバへのシャットダウン命令、SNMPでの管理などの機能は、UPS毎にオプションの『Network Management Card』を購入しておく必要があります。

UPSへ収容する機器について

以上のことから、UPSへ収容する機器には以下があることが分かります。

1. HDDを内蔵する機器
2. UPSから各サーバまでの経路上のNW機器
3. メールサーバまでの経路上のNW機器

また、UPSには、『商用電源で瞬断(1分以内の電源断)があった場合でも安定した電源供給を行う』という役割もあります。これらを考えると、おそらくサーバ室にある機器は全て含まれるでしょう。

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UPSのバッテリ運転可能時間(ランタイム時間・バックアップ時間)

商用電源の電源供給が断たれた場合、サーバへの電源供給はUPSのバッテリで行うことになりますが、この場合、接続するサーバの総消費電力によって時間が異なります。

例えばSmart-UPS 1500や3000の場合は以下のようになります。

先程の例では3分間様子を見る、と書きましたが、収容する機器の消費電力が大きい場合はそもそも3分間も持たないケースすらあります。

UPSを設計する際には、各サーバがどのくらいの消費電力なのかを調べ、それに収まるUPSを選定するだけでは不十分です。最近では仮想サーバの環境が当たり前なので、全ての仮想サーバをシャットダウンするまでにどれくらいの時間が必要かを想定し、その想定時間を持たせるためにどのくらいのUPSを選定すればよいか、まで考えなければなりません。

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