Подстанция в центре обработки данных
Несколько лет назад я участвовал в интересном проекте Telenor Data Center в Белграде - самом передовом техническом здании в регионе Центральной и Восточной Европы. Здание простирается до 2600 квадратных метров и имеет самую современную подстанцию.
8 для питания центра обработки данных (на фото: распределительные устройства низкого напряжения типа OKKEN, кредит: Эдвард Чаньи)
Эта статья опирается на белую бумагу Pearl Hu (APC) и описывает оборудование, которое было установлено на подстанции, и без которого невозможно было бы управлять центром обработки данных.
В центре обработки данных много разных нагрузок, таких как ИТ-оборудование, кондиционеры, вентиляторы, насосы, освещение и т. Д. Поток и преобразование энергии от утилиты / генератора к нагрузке обеспечивается различными типами оборудования.
Термины вверх и вниз по течению обычно используются для описания местоположения оборудования или неисправности (т. Е. Трансформатора перед ИБП). Термин «восходящий поток» указывает направление к утилите, а термин «ниже по течению» указывает направление к нагрузкам центра обработки данных.
Трассировка потока энергии вдоль его пути (начиная с утилиты до ИТ-нагрузок) на рисунке 1 иллюстрирует следующие типы оборудования:
- Распределительные устройства среднего напряжения
- Трансформатор MV / LV
- Низковольтное распределительное устройство / коммутатор / автоматический переключатель (ATS)
- Система ИБП с распределительным щитом ввода / вывода и распределительным щитом ИБП
- Блоки распределения питания (PDU) и удаленные панели питания (RPP)
- Busway
- Пульт управления
- Rack PDU (rPDU) / розетки
Все оборудование в приведенном выше списке, за исключением стойки PDU (rPDU), считаются сборками, включающими выключатели, переключатели, различные типы реле, шины и соединения, а также управляющие и вспомогательные устройства.
Рисунок 1 - Блок-схема, показывающая электрическую распределительную систему в центре обработки данных
МЭК 61947 и МЭК 62271, в которых указывается терминология коммутационного устройства HV и LV, считает коммутатор таким же, как распределительное устройство. В то время как в Северной Америке распределительные устройства и коммутаторы различаются по стандартам ANSI и UL.
Это оборудование используется для распределения мощности по нагрузкам ниже по течению и для защиты системы распределения электроэнергии в центре данных r. Каждое устройство оптимизировано для длительного срока службы и удобства обслуживания.
В следующих подразделах представлен каждый тип оборудования.
1. Распределительное устройство среднего напряжения
Распределительное устройство среднего напряжения, как правило, расположено в силовой подстанции крупных вычислительных центров (т.е. ИТ-нагрузки более 1 МВт). Это оборудование, как правило, подается непосредственно из утилиты и обычно отмечает вход в служебную службу здания.
Если имеется генератор MV, он также питает распределительное устройство MV. На рисунке 2 показан пример однолинейной диаграммы распределительного устройства MV.
Рисунок 2 - Однолинейная диаграмма распределительного устройства 10 кВ (для увеличения SLD)
Помимо простого распределения мощности, распределительное устройство MV отвечает за разъединение неисправностей и управление системой распределения мощности MV, например, при изоляции избыточной секции для обслуживания.
Распределительные устройства MV обычно включают в себя счетчики, выключатели, контакторы, предохранители, ограничители перенапряжений, заземлители для оборудования IEC, трансформаторы напряжения и тока, реле управления и защиты и общую систему управления.
В основном распределительное устройство среднего напряжения представляет собой сборку следующих четырех ячеек, как показано на рисунке 3: два входящих блока (посылки) или главный отсек, выходы или секция подачи, блок измерения напряжения и секция шины или секционный выключатель.
Все автоматические выключатели в этом примере моторизированы.
Рисунок 3 - Распределительное устройство MV, тип SM6
Уходящий блок распределяет трехфазную мощность на первичной (восходящей) стороне трансформатора MV / LV. Из-за безопасных расстояний в МВ, как правило, каждый кубический ограничивается только одним автоматическим выключателем МВ.
Ниже приведены некоторые типичные электрические параметры для распределительного устройства MV. Значения для этих параметров варьируются в соответствии с местными правилами:
Номинальные напряжения:
Двумя ключевыми значениями напряжения для распределительного устройства MV являются номинальное напряжение и номинальное импульсное напряжение молнии (эквивалентное базовому импульсному уровню ANSI, т.е. BIL). Например, решение распределительного устройства ANSI MV может иметь номинальное напряжение 15 кВ и 95 кВ BIL (т.е. импульсное напряжение).
Текущие рейтинги:
Номинальный ток распределительного устройства MV всегда определяется производителем. Другим ключевым номиналом тока является номинальный ток короткого замыкания, аналогичный номинальному току короткого замыкания в Северной Америке (NEC) (SCCR).
Например, решение распределительного устройства ANSI MV может иметь номинальный ток, равный 1200А и 40 кА SCCR.
Вернуться к содержанию ↑
2. Трансформатор MV / LV
Трансформаторы сухого типа с шкафами и без них, показанные на рисунке 4, устанавливаются в трансформаторных помещениях внутри силовой подстанции для снижения среднего напряжения от распределительного устройства МВ до низкого напряжения для оборудования распределения мощности ниже по потоку.
Рисунок 4 - Фотографии трансформатора сухого типа MV / LV с корпусом и без него
К основным электрическим параметрам трансформаторов MV / LV относятся: номинальная мощность (например, 2500 кВА), первичное и вторичное напряжение (т.е. 10 кВ / 400 В) и импеданс (аналогичный сопротивлению), указанный как% Z (т.е. 5%).
Как правило, трансформатор может быть с корпусом или без него (IP00 или IP31).
Рисунок 5 - Фото трансформатора сухого типа MV / LV без корпуса, установленного в Центре обработки данных
Вернуться к содержанию ↑
3. Низковольтное распределительное устройство / коммутатор / автоматический переключатель (ATS)
Обычно распределительное устройство и распределительное устройство LV расположены в электрической комнате и отмечают ввод служебных услуг для центров обработки данных менее 1 МВт.
Пример распределительного устройства низкого напряжения показан на рисунке 6 и рисунке 7. Если используется генератор низкого напряжения, генератор будет питаться распределительным устройством низкого напряжения. Помимо распределительной мощности, распределительное устройство низкого напряжения отвечает за разъединение неисправностей и управление системой распределения мощности низкого напряжения.
Для переключения между утилитой и генератором традиционно используется устройство, называемое автоматическим переключателем (ATS). Тем не менее, нынешняя тенденция заключается в том, чтобы LV-выключатели выполняли эту функцию вместо устройства ATS. Кроме того, существует практика использования логики ПЛК для переключения между полезными и генераторными источниками.
Обратите внимание, что в случае генератора среднего напряжения эта передаточная функция выполняется на уровне распределительного устройства среднего напряжения.
Рисунок 6 - Пример однолинейной диаграммы распределительного устройства низкого напряжения
На самом деле, эта диаграмма с одной строкой будет выглядеть примерно так:
Рисунок 7 - Одиночная диаграмма распределительного устройства низкого напряжения, установленного в большом центре данных
Распределительное устройство / коммутатор LV, установленный в центре обработки данных, как правило, представляет собой комбинацию некоторых из следующих функциональных блоков: входящего фидера со вторичной стороны трансформатора MV / LV или генераторов низкого напряжения, центра управления мощностью (PCC, т.е. для ИБП ниже по течению), двигателя центр управления (MCC, т.е. для насосов), коррекция коэффициента мощности / гармоническая фильтрация и подключения шины.
В распределительном устройстве низкого напряжения всегда собраны следующие устройства: горизонтальная сборная шина, вертикальная сборная шина, автоматические выключатели, счетчики, выключатели, разрядники перенапряжений, реле и т. Д.
Рисунок 8 - Распределительное устройство LV, установленное в Центре обработки данных
Ниже приведены основные электрические параметры распределительного устройства низкого напряжения. Значения для этих параметров меняются в соответствии с местными правилами:
Номинальные напряжения:
Два ключевых номинала напряжения для распределительного устройства низкого напряжения - номинальное напряжение и номинальное напряжение импульсного напряжения. ANSI не определяет импульсное напряжение для распределительного устройства низкого напряжения. Например, решение распределительного щита IEC LV может иметь номинальное напряжение номинального импульсного напряжения 690 В и 12 кВ.
Текущие рейтинги:
Номинальный ток распределительного устройства низкого напряжения всегда указывается изготовителем. Другим ключевым номиналом тока является номинальный ток короткого замыкания, аналогичный номинальному току короткого замыкания в Северной Америке (NEC) (SCCR).
Например, решение распределительного устройства IEC может иметь номинальный ток номинального тока короткого замыкания 5000А и 85 кА.
Вернуться к содержанию ↑
4. ИБП
Системы ИБП обычно устанавливаются в электрическом пространстве или ИТ-пространстве центра обработки данных, чтобы обеспечить бесперебойную работу решающего оборудования, которое оно поддерживает. Выбранная конфигурация конфигурации ИБП напрямую влияет на доступность критически важного ИТ-оборудования.
В зависимости от приложения доступны различные типы ИБП. Некоторые примеры ИБП показаны на рисунке 9.
Батареи ИБП обычно обеспечивают около 15-30 минут езды, при полной нагрузке, что позволяет резервным генераторам запускаться в случае сбоя в работе.
В ИБП обычно устанавливаются следующие устройства: переключатели ввода / вывода, байпасные переключатели, статические переключатели, силовые модули, включая выпрямители и инверторы, а также их модули управления и связи.
Рисунок 9 - Примеры ИБП: (a) Galaxy 7000 (b) Модульный ИБП Symmetra PX
В зависимости от размера центра обработки данных и требований к доступности системы, конфигурации ИБП включают в себя некоторые из следующих электрических устройств: ИБП, ИБП, ИБП выходного распределительного щита, Распределительный щит ИБП и статический передатчик (STS) для байпаса.
В зависимости от архитектуры проекта и бизнес-требований три следующих типа оборудования LV могут располагаться вдоль стороны ИБП в электрической комнате.
Рисунок 10 - Одиночная диаграмма: (a) распределительного щита ИБП; (b) распределительный щит ИБП и (c) распределительный щит ИБП
Входной распределительный щит ИБП подается в ИБП от центра управления питанием распределительного устройства / распределительного щита вверх по потоку, как показано на рисунке 10 (а).
В то время как распределительный щит ИБП, как показано на рисунке 10 (b), не только обеспечивает питание от ИБП выходным цепям, но также состоит из статических байпасных выключателей и автоматических выключателей обслуживания, изолируйте ИБП для обслуживания.
В некоторых случаях изолирующие трансформаторы также устанавливаются на входном или выходном коммутаторе. См. «Белая книга: роль изоляционных трансформаторов в ИБП центров обработки данных», для получения дополнительной информации по этой теме.
В приложениях для центров обработки данных значения мощности ИБП варьируются от примерно 20 кВт до 1600 кВт. Параллелирование нескольких ИБП может обеспечить более высокую пропускную способность и / или избыточность модуля ИБП. Распределительный щит ИБП, показанный на рис. 10 (с), распределяет мощность на разные PDU. Эти три коммутатора могут быть собраны в одном или нескольких шкафах в зависимости от сложности архитектуры системы и количества выключателей и выключателей.
Три распределительных устройства низкого напряжения, как правило, включают входящий фидер, исходящую ветвь и соединение шины.
Коммутатор ввода / вывода ИБП и распределительный щит ИБП могут поставляться поставщиком ИБП в качестве дополнительных аксессуаров. Он также может быть предоставлен поставщиками коммутаторов / коммутаторов.
ИБП центра обработки данных 960 кВА
Вернуться к содержанию ↑
5. Блоки распределения питания (PDU) и удаленные панели питания (RPP)
Традиционные PDU и RPP расположены в ИТ-пространстве для распределения, контроля и мониторинга критической мощности от восходящей ИБП до IT-стеллажей.
PDU обычно содержат главный входной автоматический выключатель, панель (ы) распределительной сети, силовой трансформатор, выходные силовые кабели, разрядник перенапряжения и модули мониторинга и связи.
Иногда PDU с силовыми трансформаторами могут генерировать новую «заземленную» нейтраль для информационных нагрузок на стороне ниже по потоку.
В североамериканских ЦОД PDU с силовыми трансформаторами в основном используются для перехода на 480 В переменного тока на 120/208 В переменного тока8, тогда как в Японии PDU с силовыми трансформаторами понижают мощность 200 В переменного тока до 100 В переменного тока для однофазных при нагрузках ниже по потоку. PDU обычно рассчитан от 50 кВт до 500 кВт.
Рисунок 11 - Традиционные PDU: (a) FireWired PDU; (b) PDU с заводской настройкой
Коммутационное устройство, называемое статическим переключателем передачи (STS), иногда интегрируется в шкаф PDU, расположенный в IT-пространстве, или также доступен как автономные шкафы, расположенные в электрическом пространстве.
Как показано на фиг.1, STS имеет два входа от системы ИБП и один выход в PDU нижнего потока.
STS обычно используется для обеспечения параллельного обслуживания в распределенной избыточной конфигурации. Обычно он обеспечивает быстрое (1/4 цикла) переключение между двумя различными системами подачи ИБП, таким образом сохраняя нагрузку на защищенную мощность в любое время.
Удаленные силовые панели (RPP) подобны PDU без трансформатора и поэтому меньше, имеют размер около стандартного 2'x2 'фальшпола. RPP могут содержать до четырех панелей и систему мониторинга, а также распределять мощность на ИТ-стойки.
RPP чаще всего питаются от одного или нескольких размыкателей PDU.
Вернуться к содержанию ↑
6. Автобус
Башней является альтернативой традиционному распределению мощности с использованием PDU и RPP (см. Рис. 1 выше).
Башней обычно включает в себя блок подачи, соединенный с электрическим распределительным устройством низкого напряжения, шиной питания, вставными блоками или отводящим блоком, оснащенными устройствами защиты от перегрузки по току, соединительными фитингами и их принадлежностями.
Рисунок 11 - Блок питания, подключенный к распределительному щиту LV, расположенному выше по потоку, шине питания, вставным блокам или отводному блоку, оборудованным устройствами защиты от перегрузки по току
Один реальный пример шины с избыточным объемом 2N, установленным накладные расходы в IT-пространстве, показан на рисунке 12. Как правило, автобус может быть установлен под полом в IT-пространстве.
Рисунок 12 - Один пример шины с резервированием 2N с избыточностью в ИТ-пространстве
Вернуться к содержанию ↑
7. Панель
Панели (обычно от 1, 5 кВА до 75 кВА) в основном представляют собой металлический шкаф, в котором размещены основные электрические шины и терминалы, на которых установлены автоматические выключатели, нейтральные провода и заземляющие провода.
Панели широко распространены в механическом пространстве, электрическом пространстве и пространстве ИТ для распределения мощности на охлаждающее оборудование (например, чиллеры, насосы, вентиляторы и т. Д.), Освещение и устройства безопасности. Они обычно устанавливаются на стену или на стальные крепления и доступны только спереди, как показано на рисунке 13.
Вообще говоря, термин панель представляет собой рыночную номенклатуру для настенного коммутатора низкого напряжения.
Рисунок 13 - Пример панелей
В центрах обработки данных иногда используются панели или в сочетании с RPP. Однако в большинстве случаев панели собираются в шкафах, таких как PDU и RPP, для распределения мощности на IT-стойках.
Вернуться к содержанию ↑
8. Rack PDU (rPDU) / выходные полосы
Rack PDU (например, силовые полоски) устанавливаются в IT-стойках и питаются от соединительного разъема вышерасположенного PDU или RPP и распределяют энергию непосредственно на ИТ-оборудование в стойке.
Трехфазные rPDU или однофазные rPDU выбираются на основе ожидаемой плотности мощности стойки и / или конфигурации системы.
Рисунок 14 - Пример стойки PDU
Модули PDU с блочной разверткой обеспечивают дистанционный мониторинг подключенных нагрузок в режиме реального времени. Пользовательские предупреждения предупреждают о возможных перегрузках цепи до того, как падает критическая ИТ-нагрузка.
Коммутационные стойки PDU обеспечивают расширенный контроль нагрузки в сочетании с дистанционным включением / выключением управления переключением отдельных выходов для циклирования питания, отложенной последовательности питания и управления использованием розетки.
Таким образом, работа PDU в стойке, PDU, RPP, шины и панели на рисунке 1 заключается в распределении трехфазной мощности на критические однофазные ИТ-устройства на стойках PDU стойки. За исключением распределительных устройств MV и ИБП, почти все коммутационное оборудование в центре обработки данных можно назвать распределительным устройством или коммутатором LV.
Различные имена назначаются только для номенклатуры рынка или по привычке.
Хотя на рисунке 1 представлен один пример архитектуры центра обработки данных для покрытия возможного электрооборудования, некоторые из общих различий / вариантов приведены ниже:
- Генератор MV может заменить генератор низкого напряжения в качестве резервного источника энергии, питающего распределительное устройство MV.
- Системы ИБП могут располагаться в ИТ-пространстве или в ряду IT-стоек для небольших центров обработки данных.
- PDU могут распределять мощность на ИТ-стойки, тем самым избегая использования RPP.
-
STS можно интегрировать в шкаф PDU для обеспечения избыточности распределения.
Резервные автоматические переключатели могут быть еще одним решением для обеспечения резервирования.
- Охлаждающие устройства в ИТ-пространстве могут питаться ИБП, если при отключении электроэнергии требуется непрерывное охлаждение.
- Только один автобус может обеспечить все распределение мощности низкого напряжения от распределительного устройства / коммутатора низкого напряжения до IT-стоек.
- Входная мощность ИБП может быть получена от распределительного устройства низкого напряжения или распределительного щита непосредственно к ИБП, тем самым устраняя необходимость в распределительном щите ввода.
- Выходные переключатели ИБП и распределительные устройства могут быть собраны в одном распределительном устройстве низкого напряжения.
- Интегрированная система ИБП может включать в себя входной, выходной или распределительный щит.
Как правило, архитектура центра обработки данных зависит от емкости центра обработки данных, системной избыточности, расположения IT-стоек и поставщиков оборудования и т. Д.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Электрическое распределительное оборудование в средах центров обработки данных от Pearl Hu at Schneider Electric