Електроразпределително оборудване за центрове за данни

ЕлектроапаратурaСп. Инженеринг ревю - брой 8/2018 • 29.11.2018

Електроразпределително оборудване за центрове за данни
Електроразпределително оборудване за центрове за данни

Гръбнакът на центъра за данни е електрическото разпределително оборудване, тъй като то осигурява захранване на цялата апаратура в съоръжението като IT и охлаждащи устройства, системи за сигурност и осветление. По-важното е, че електроразпределителното оборудване подсигурява безопасността както на целия персонал, така и цялото останало оборудване.

Обикновено разпределителната мрежа доставя средно напрежение до определен и независим център за данни. Средното напрежение се понижава до ниско от трансформатор, който се намира в центъра за данни, след което ниското напрежение се разпределя към различните електрически товари.

Някои малки центрове за данни се захранват от трансформатори с ниско напрежение, докато огромните мегаватови центрове за данни могат да изискват високо или средно работно напрежение. Видът и местоположението на подстанцията високо/средно напрежение могат да бъдат договорени между оператора на центъра и разпределителното дружество.

Многото различни видове консуматори в центъра за данни имат и различни товари като например IT оборудване, климатици, вентилатори, помпи, осветление и др. Пътят и преобразуването на електроенергията от доставчика или генератора до товара минава през различни видове оборудване.

Термините “нагоре” и “надолу” по веригата се използват често за описание на местоположението на оборудването или за локализиране на повреда (например трансформатор “нагоре” по веригата от UPS). Терминът “нагоре” по веригата индикира движение в посока към захранването, а терминът “надолу” по веригата – движение в посока към товарите в центъра за данни.

В посока от захранването към IT консуматорите по електрическата верига са разположени следните устройства: комутационна апаратура средно напрежение, включваща трансформатор средно/ниско напрежение, нисковолтови комутационни/разпределителни табла/автоматични превключватели (ATS); UPS система с входно/изходно комутационно табло и UPS разпределително табло; модули за разпределение на мощност (PDU) и модулен панел за отдалечено захранване (RPP); шинопровод; електротабло; PDU за монтаж в рак (rPDUs)/разклонители.

Изброеното оборудване, с изключение на модулите за разпределение на мощност, се считат за възли, съдържащи прекъсвачи, превключватели, различни видове релета, шинопроводи, връзки, управляващи и спомагателни устройства. Това оборудване се използва за разпределяне на захранването към товарите надолу по веригата и за защита на електроразпределителната система в центъра за данни. Всяко устройство е оптимизирано за дълъг живот и лесна поддръжка.

Максималнотокови величини
Всички електрически компоненти в центъра за данни трябва да разполагат с максималнотокова защита от претоварване и късо съединение. Основно правило е всички компоненти в една верига да бъдат предпазени от максимален брой ефекти при непредвидени проблеми в захранването.

Някои максималнотокови величини важат само за устройствата за максималнотокова защита (например предпазителите със стопяема жичка и автоматичните прекъсвачи), отговорни за прекъсване на веригата. Други величини важат едновременно за предпазване на устройствата и възлите (например разпределителните табла, шинните системи, кабелите и т. н.), които трябва да понесат определен къс период в максималнотокови условия, докато сработят защитите.

Два примера за максималнотокови величини, които важат само за максималнотокови защитни устройства, са: номинален ток при релета за защита от претоварване – регулируема настройка на някои типове автоматични предпазители, които изключват веригата при претоварване; ток на динамична устойчивост – най-високата стойност на тока на късо съединение, при която прекъсвачът може да изключи веригата при номинално напрежение, без да бъде повреден.

Пример за максималнотокова величина, която важи едновременно за защитни устройства и възли, е токът на термична устойчивост, който е максимално допустимият при късо съединение, което оборудването може да понесе, термично и електродинамично за определен период, преди да настъпи повреда.

Комутационна апаратура с трансформатор средно/ниско напрежение
Комутационната апаратура обикновено се разполага в зоната за електрооборудването на центъра за данни (например при такива центрове с IT товар, по-голям от един мегават часа).

Най-често захранването й идва директно от преносната мрежа и на практика тук се осъществява достъпът на електроразпределителното дружество до сградата. Ако има наличен генератор средно напрежение, комутационните устройства се свързват за него.

Освен разпределителна функция, комутационната апаратура отговаря и за изключването на повреди, както и за контрола на разпределителната система средно напрежение (например при нужда от изолиране на някоя секция за нуждите на поддръжката).

Обикновено комутационната апаратура е оборудвана с измервателни уреди, прекъсвачи, контактори, предпазители, вентилни отводи, заземяващи разединители за стандартизирано оборудване, токови и напреженови трансформатори, предпазни релета и релета за управление, както и цялостна контролна система.

Типично комутационната апаратура средно напрежение е съвкупност от следните четири секции: модул “Вход”, модул “Изход”, волтметърна секция, разединител на шините и връзките. Затворени или отворени трансформатори сух тип се инсталират в зоната на електрооборудването, за да свалят средното напрежение до ниско за съответното разпределително оборудване.

Основните параметри на тези трансформатори са номинален ток (например 2500 kVA), първично и вторично напрежение (например 10 kV/400 V), импеданс (подобно на съпротивлението), представен в проценти.

Комутационна апаратура ниско напрежение
Обикновено комутационната апаратура се позиционира в помещението за електрооборудването и оттам се осъществява достъпът на електроразпределителното дружество до центрове за данни с мощности, по-малки от един мегават. В случай че се използва генератор за ниско напрежение, то комутационното устройство трябва да бъде свързано към него.

Освен разпределителни функции, нисковолтовата комутационна апаратура отговаря за изключването на повреди, както и за управление на разпределителната система ниско напрежение. Традиционно са се използвали автоматични превключватели на захранването за превключване между външно захранване и генератор. Днешната тенденция обаче е нисковолтови прекъсвачи да изпълняват тази функция вместо ATS устройство.

Трябва да се отбележи, че в случая когато има генератор средно напрежение, тази превключваща функция се осъществява на ниво комутационна апаратура. Инсталираната в центъра за данни комутационна апаратура обичайно е комбинация от някои от следните функционални единици: постъпващо захранване от изхода на трансформатора за средно/ниско напрежение или генератор ниско напрежение; подстанция (PCC, например в посока “надолу” от UPS), център за управление на двигатели (MCC, например за помпи); корекция на фактора на мощността/хармонични филтрации и шинни връзки. Следните устройства винаги са асемблирани в комутационната апаратура ниско напрежение: хоризонтална шина, вертикална шина, прекъсвачи, измервателно оборудване, превключватели, вентилни отводи, релета и т. н.

Източник на непрекъсваемо захранване
UPS системите обикновено са инсталирани в зоната за електрооборудването или IT зоната на центъра за данни, за да доставят непрекъсваемо захранване към критичното оборудване, което обслужват. Дизайнът на конфигурацията на избрания UPS оказва влияние директно на експлоатационната готовност на критичното IT оборудване.

Съществуват различни типове UPS в зависимост от приложението. UPS батериите обикновено са достатъчни за 15-минутно пълно натоварване, което позволява на резервните генератори да се включат в случай на спиране на енергоподаването по преносната мрежа. Обичайно в UPS-а са инсталирани следните устройства: входно/изходни превключватели, шунтиращи превключватели, статични превключватели, захранващи модули, включително токоизправители и инвертори, техните контролни и комуникационни модули.

В зависимост от големината на центъра за данни и изискванията за достъпност на системата конфигурациите на UPS включват някое от следните електрически устройства: UPS, UPS входно комутационно устройство, UPS изходно комутационно устройство, UPS комутационно устройство, статичен превключвател на захранването за шунтиране.

В зависимост от дизайна, архитектурата и бизнес изискванията до UPS-а в помещението за електрооборудването могат да бъдат позиционирани трите типа нисковолтово оборудване.

Входното комутационно устройство на UPS подава захранване от подстанцията на намиращото се нагоре по веригата нисковолтово комутационно оборудване. Изходното UPS комутационно устройство не само подава напрежение от UPS изхода към веригите “надолу”, но и се състои от статични шунтови прекъсвачи и шунтови прекъсвачи за нуждите на обслужване, за да позволи отстраняването на повредите по енергопреносната мрежа или да изолира UPS-a за дейности по поддръжката.

Според нуждите на центъра за данни номиналните мощности на UPS варират от 20 до 1600 kW. Работата на няколко паралелно свързани UPS може да осигури по-високи капацитети или резервираност на захранването.
UPS комутационното устройство подава електроенергия на различни PDU.

Тези три разпределителни устройства могат да бъдат събрани в един или няколко шкафа в зависимост от сложността на системната архитектура и на количествата прекъсвачи и превключватели. Трите нисковолтови комутационни устройства обикновено включват входни изводи, изходни изводи, разклонителна верига и свързваща шина.

Разпределителни устройства на захранване и панели за отдалечено захранване
Традиционно разпределителните устройства и панелите за отдалечено захранване са локализирани в IT зоната, за да разпределят, контролират и следят критичното захранване от UPS системата до IT раковете. Едно PDU обикновено съдържа главен входен прекъсвач, разклонителен панел/и, трансформатор на напрежение, изходящи проводници, вентилен отвод, модули за мониторинг и комуникация.

Понякога разпределителните устройства на захранване с трансформаторите могат да генерират нов “заземен” неутрал за намиращите се надолу по веригата IT товари. Едно PDU обикновено е с мощност между 50 и 500 kW.

Превключващо устройство, наречено статичен превключвател на захранване (STS), понякога може да бъде интегрирано в шкафа на PDU, локализиран в IT зоната, или в отделен шкаф, позициониран в зоната за електрооборудването. Един STS разполага с два входа от UPS системата и един изход за PDU надолу по веригата. STS обикновено се използва, когато трябва да се извърши едновременна поддръжка в разпределена резервирана конфигурация.

Обикновено то предлага бързо (1/4 цикъла) отворено превключване между две различни UPS захранващи системи, като по този начин товарът е обезпечен със захранване през цялото време.
Панелите за отдалечено захранване (RPP) са като PDU без трансформатор, поради което са и по-малки по размери. RPP, които може да съдържат до 4 панела и мониторингова система, разпределят захранване до IT раковете. Най-често RPP се захранват от един или повече свързани към PDU прекъсвачи.

Проводяща шина
Проводящата шина е алтернатива на традиционното разпределяне на захранването посредством PDU и RPP. Обикновено шината разполага със захранващ блок, свързан със следващата по веригата нисковолтова комутационна апаратура, захранваща шина, щепселни кутии и разклонители, снабдени с устройства против претоварване, свързващи фитинги и допълнителни аксесоари. Може да бъде инсталирана подподово в помещението за IT оборудването.

Разпределителни табла
Разпределителните табла (обикновено от 1,5 до 75 kVA) всъщност са метални шкафове, в които се разполага главното електрозахранване от шината, клемите, към които се свързват прекъсвачите, неутралните и заземяващите проводници. Разпределителните табла се разполагат обикновено в зоната за електро- или IT апаратура, за да подават захранване до охлаждащото оборудване (например чилъри, помпи, вентилатори и т. н.), осветлението и системите за сигурност. Най-често се монтират на стена или на стоманена скоба и са достъпни само от предната им страна.


В центровете за данни разпределителните табла понякога се използват вместо или в комбинация с RPP. Въпреки това в повечето случаи те се сглобяват в шкафове като PDU и RPP, за да разпределят захранването до IT раковете. В общия случай едно единично разпределително табло има 42 позиции, на които могат да се монтират 42 еднофазови разклонителни прекъсвача.

PDU за монтаж в рак
Инсталират се в раковете и се захранват чрез свързващ съединител от PDU или RPP нагоре по веригата и разпределят захранването директно до IT оборудването в рака. Три- или еднофазните rPDU се избират спрямо очакваната плътност на мощността или системната конфигурация.
Измервателните PDU за монтаж в рак осигуряват мониторинг в реално време на свързаните товари.

Дефинирани от потребителя аларми предупреждават за потенциални претоварвания на веригата, преди критичните IT товари да бъдат достигнати. Допълнителен мониторинг на товара се предоставя от комутирани PDU за монтаж в рак, комбинирани с дистанционно управление на пуска/спирането на индивидуалните контакти за рестартиране, изключвател със забавено действие за постигане на селективност и управление на използването на контактите. В обобщение, функцията на PDU за монтаж в рак, PDU, RPP, шината и разпределителното табло е да разпределят трифазното захранване до критичните еднофазни IT устройства в рака.

Top