Эта статья основана на официальном документе Pearl Hu (APC) и описывает оборудование, которое было установлено на подстанции и без которого невозможно было бы эксплуатировать центр обработки данных.
В центре обработки данных есть много различных нагрузок, таких как ИТ-оборудование, кондиционеры, вентиляторы, насосы, освещение и т. д. Поток и преобразование энергии от коммунального предприятия/генератора к нагрузке обеспечиваются различными типами оборудования. Термины «вверх» и «вниз» обычно используются для описания расположения оборудования или неисправности (например, трансформатора перед ИБП) . Термин «вверх по течению» указывает направление к коммунальному предприятию, а термин «вниз по течению» указывает направление к нагрузкам центра обработки данных.
Отслеживание потока энергии по его пути (начиная от коммунального хозяйства до ИТ-нагрузок) на рисунке 1 иллюстрирует следующие типы оборудования:
- Распределительное устройство среднего напряжения
- Трансформатор СН/НН
- Низковольтное распределительное устройство / распределительный щит / автоматический ввод резерва (АВР)
- Система ИБП с распределительным щитом ввода/вывода и распределительным щитом ИБП
- Блоки распределения питания (PDU) и удаленные силовые панели (RPP)
- Шинопровод
- Пульт управления
- Стоечные PDU (rPDU) / розетки
Все вышеперечисленное оборудование, кроме стоечных PDU (rPDU), считается узлами, содержащими автоматические выключатели, переключатели, различные типы реле, шины и соединения, устройства управления и вспомогательные устройства.
Стандарты IEC 61947 и IEC 62271, определяющие терминологию для распределительных устройств высокого и низкого напряжения, рассматривают распределительный щит как распределительное устройство. В то время как в Северной Америке распределительное устройство и распределительный щит по-разному определяются стандартами ANSI и UL. Это оборудование используется для распределения питания на последующие нагрузки и для защиты системы распределения питания в центре обработки данных. Каждое устройство оптимизировано для длительного срока службы и простоты обслуживания.
В следующих подразделах представлен каждый тип оборудования.
1. Распределительное устройство среднего напряжения
Распределительные устройства среднего напряжения обычно располагаются на подстанциях центров обработки данных большой мощности (т.е. ИТ-нагрузка более 1 МВт). Это оборудование обычно питается непосредственно от инженерных сетей и обычно обозначает вход инженерных сетей в здание.
Если присутствует генератор среднего напряжения, он также питает распределительное устройство среднего напряжения. На рис. 2 показан пример однолинейной схемы распределительного устройства среднего напряжения.
Помимо простого распределения мощности распределительное устройство среднего напряжения отвечает за отключение неисправностей и управление системой распределения электроэнергии среднего напряжения, например, при отключении резервной секции для технического обслуживания. Распределительное устройство среднего напряжения обычно включает в себя счетчики, выключатели, контакторы, предохранители, разрядники для защиты от перенапряжений, заземлители для оборудования IEC, трансформаторы напряжения и тока, реле управления и защиты, а также общую систему управления.
В основном распределительное устройство среднего напряжения представляет собой сборку следующих четырех ячеек, как показано на рисунке 3: две вводные ячейки (вводы) или основная секция, отходящие ячейки или фидерная секция, блок измерения напряжения и шинная секция или соединительная секция/выключатель.
Все автоматические выключатели в этом примере моторизованы.
Выходной блок распределяет трехфазную мощность на первичную (входную) сторону трансформатора СН/НН. Из-за безопасных расстояний в СН, как правило, каждая ячейка ограничивается только одним автоматическим выключателем СН.
Ниже приведены некоторые типичные электрические параметры распределительного устройства среднего напряжения. Значения этих параметров варьируются в зависимости от местного законодательства:
Номинальное напряжение:
Двумя ключевыми значениями напряжения для распределительных устройств среднего напряжения являются номинальное напряжение и номинальное напряжение грозового импульса (эквивалентно базовому импульсному уровню ANSI, т.е. BIL). Например, распределительное устройство среднего напряжения ANSI может иметь номинальное напряжение 15 кВ и 95 кВ BIL (т. е. импульсное напряжение) .
Номинальный ток:
Номинальный ток распределительного устройства среднего напряжения всегда указывается производителем. Другим ключевым номинальным током является номинальный выдерживаемый ток короткого замыкания, аналогичный номинальному току короткого замыкания (SCCR ) Североамериканского национального электротехнического кодекса (NEC ) .
Например, распределительное устройство среднего напряжения ANSI может иметь номинальный ток 1200 А и 40 кА SCCR .
2. Трансформатор СН/НН
Трансформаторы сухого типа с кожухом и без кожуха, показанные на рис. 4, устанавливаются в трансформаторных помещениях внутри электроподстанции для понижения среднего напряжения от распределительного устройства среднего напряжения до низкого напряжения для нижестоящего оборудования распределения электроэнергии.
Ключевые электрические параметры трансформаторов среднего/низкого напряжения включают: номинальную мощность (т.е. 2500 кВА), первичное и вторичное напряжение (т.е. 10 кВ/400 В) и полное сопротивление (аналогично сопротивлению), указанное как %Z (т.е. 5%).
Как правило, трансформатор может быть с корпусом или без него (IP00 или IP31).
3. Низковольтное распределительное устройство/щит/автоматический ввод резерва (АВР)
Обычно распределительное устройство/щит низкого напряжения располагается в электрощитовой и обозначает вход в инженерные сети для центров обработки данных мощностью менее 1 МВт.
Пример распределительного устройства низкого напряжения показан на рис. 6 и рис. 7. Если используется генератор низкого напряжения, генератор будет питать распределительное устройство низкого напряжения. Помимо распределения мощности, распределительное устройство низкого напряжения отвечает за отключение неисправностей и управление системой распределения мощности низкого напряжения. Устройство, известное как автоматический переключатель ввода резерва (АВР), традиционно использовалось для переключения между коммунальным предприятием и генератором. Однако текущая тенденция заключается в том, чтобы выключатели низкого напряжения выполняли эту функцию вместо устройства АВР. Кроме того, существует практика использования логики ПЛК для переключения между источником питания и генератором.
Обратите внимание, что в случае генератора среднего напряжения эта передаточная функция выполняется на уровне распределительного устройства среднего напряжения.
В реальности эта однолинейная диаграмма будет выглядеть примерно так:
Распределительное устройство/щит низкого напряжения, установленное в центре обработки данных, обычно представляет собой комбинацию некоторых из следующих функциональных блоков: входной фидер со вторичной стороны трансформатора среднего/низкого напряжения или генераторов низкого напряжения, центр управления мощностью (PCC, т. е. для нисходящих ИБП), двигатель центр управления (MCC, т.е. для насосов), коррекцию коэффициента мощности/фильтрацию гармоник и соединения с шиной.
В КРУ НН всегда монтируются следующие устройства: горизонтальная шина, вертикальная шина, автоматические выключатели, счетчики, выключатели, разрядники, реле и т.д.
Ниже приведены основные электрические параметры распределительного устройства низкого напряжения. Значения этих параметров варьируются в зависимости от местных правил:
Номинальное напряжение:
Двумя ключевыми значениями напряжения для распределительного устройства низкого напряжения являются номинальное напряжение и номинальное напряжение грозового импульса. ANSI не определяет импульсное напряжение для распределительного устройства низкого напряжения. Например, распределительный щит IEC LV может иметь номинальное напряжение 690 В и номинальное импульсное выдерживаемое напряжение 12 кВ .
Номинальный ток:
Номинальный ток распределительного устройства низкого напряжения всегда указывается производителем. Еще одним ключевым номинальным током является номинальный выдерживаемый ток короткого замыкания, аналогичный номинальному току короткого замыкания (SCCR) Североамериканского национального электротехнического кодекса (NEC).
Например, распределительное устройство IEC может иметь номинальный ток 5000 А и номинальный выдерживаемый ток короткого замыкания 85 кА.
4. ИБП
Системы ИБП обычно устанавливаются в электрическом или ИТ-пространстве центра обработки данных для обеспечения бесперебойного питания критически важного оборудования, которое они поддерживают. Выбранная конфигурация ИБП напрямую влияет на доступность критически важного ИТ-оборудования.
Доступны различные типы ИБП, в зависимости от области применения. Некоторые примеры ИБП показаны на рисунке 9. Аккумуляторы ИБП обычно обеспечивают около 15-30 минут работы при полной нагрузке, что позволяет запускать резервные генераторы в случае сбоя в сети.
Внутри ИБП обычно устанавливаются следующие устройства: входные/выходные переключатели, обходные переключатели, статические переключатели, силовые модули, включая выпрямители и инверторы, а также их модули управления и связи.
В зависимости от размера центра обработки данных и требований к доступности системы конфигурации ИБП включают в себя следующее электрооборудование: ИБП, входной распределительный щит ИБП, выходной распределительный щит ИБП, распределительный щит ИБП и статический переключатель (STS) для байпаса.
В зависимости от архитектуры проекта и бизнес-требований три следующих типа низковольтного оборудования могут располагаться рядом с ИБП в электрощитовой.
Входной распределительный щит ИБП питается от ИБП из центра управления мощностью вышестоящего распределительного устройства/щита низкого напряжения, как показано на рисунке 10(a).
В то время как выходной распределительный щит ИБП, как показано на рис. 10(b), не только обеспечивает подачу питания от выхода ИБП к нисходящим цепям, но также состоит из автоматических выключателей статического байпаса и автоматических выключателей байпаса для обслуживания, которые позволяют электросети устранять неисправности или изолировать ИБП для обслуживания .
В некоторых случаях разделительные трансформаторы устанавливаются также во вводном или выводном распределительном щите. В центрах обработки данных номинальная мощность ИБП варьируется от 20 кВт до 1600 кВт. Параллельное подключение нескольких ИБП может обеспечить более высокую производительность и/или резервирование модулей ИБП. Распределительный щит ИБП, показанный на рис. 10(c), распределяет питание по различным PDU. Эти три распределительных щита могут быть собраны в одном или нескольких шкафах в зависимости от сложности архитектуры системы и количества автоматических выключателей и переключателей.
Три распределительных щита низкого напряжения, описанные выше, обычно включают в себя входящий фидер, отходящую ответвленную цепь и соединение с шиной.
Входной/выходной распределительный щит ИБП и распределительный щит ИБП могут быть предоставлены поставщиком ИБП в качестве дополнительных принадлежностей. Его также могут предоставить поставщики распределительных устройств/щитов.
Система ИБП для центра обработки данных 960 кВА
5. Блоки распределения питания (PDU) и удаленные силовые панели (RPP)
Традиционные PDU и RPP размещаются в ИТ-пространстве для распределения, контроля и мониторинга критического питания от вышестоящей системы ИБП к ИТ-стойкам.
Блоки PDU обычно содержат главный входной автоматический выключатель, панель (щиты) ответвления, силовой трансформатор, выходные силовые кабели, разрядник для защиты от перенапряжений, а также модули мониторинга и связи.
Иногда PDU с силовыми трансформаторами могут генерировать новую «заземленную» нейтраль для нижестоящих IT-нагрузок .
В центрах обработки данных в Северной Америке PDU с силовыми трансформаторами в основном используются для понижения 480 В переменного тока (Vac) до 120/208 В переменного тока (Vac8), в то время как в Японии PDU с силовыми трансформаторами понижают 200 В переменного тока до 100 В переменного тока для однофазных ИТ-нагрузок. PDU обычно имеет мощность от 50 кВт до 500 кВт.
Коммутационное устройство, называемое статическим переключателем нагрузки (STS), иногда интегрируется в шкаф PDU, расположенный в ИТ-пространстве, или также доступен в виде автономных шкафов, расположенных в электрическом пространстве.
Ссылаясь на рисунок 1, STS имеет два входа от системы ИБП и один выход к нижестоящему PDU. STS обычно используется для обеспечения одновременного обслуживания в конфигурации с распределенным резервированием. Как правило, он обеспечивает быстрое (1/4 цикла) переключение между двумя различными фидерными системами ИБП, таким образом постоянно поддерживая нагрузку на защищенном питании.
Удаленные силовые панели (RPP) похожи на PDU без трансформатора и, следовательно, меньше по размеру, занимая площадь размером со стандартную плитку фальшпола 2 x 2 дюйма. RPP могут содержать до четырех щитов и систему мониторинга, а также распределять питание по IT-шкафам.
RPP чаще всего питаются от одного или нескольких автоматических выключателей PDU .
6. Шинопровод
Шинопровод (Busway) — это альтернатива традиционному распределению электроэнергии с использованием PDU и RPP (см. рис. 1 выше).
Шинопровод обычно включает блок питания, соединенный с вышестоящим электрическим щитом НН, силовую шину, втычные блоки или отводные блоки, оснащенные устройствами защиты от перегрузки по току, соединительную арматуру и их принадлежности.
Один реальный пример шинопровода с резервированием 2N, установленного под потолком в ИТ-пространстве, показан на рисунке 12. Как правило, шинопровод также может быть установлен под полом в ИТ-пространстве.
7. Панель управления
Щитовые панели (обычно мощностью от 1,5 кВА до 75 кВА) в основном представляют собой металлический шкаф, в котором размещены основные электрические шины и клеммы, на которых установлены автоматические выключатели, нейтральные провода и провода заземления.
Щитовые панели распространены в механическом, электрическом и ИТ-пространствах для распределения мощности на охлаждающее оборудование (например, чиллеры, насосы, вентиляторы и т. д.), освещение и устройства безопасности. Обычно они крепятся к стене или на стальных распорках и доступны только спереди, как показано на рис. 13.
Вообще говоря, термин «Панель управления» является рыночной номенклатурой настенного распределительного щита низкого напряжения .
В центрах обработки данных панели иногда используются вместо RPP или в сочетании с ними. Однако в большинстве случаев щиты собираются в шкафу, подобно блокам распределения питания и RPP, для распределения питания по ИТ-стойкам.
8. Стоечные PDU (rPDU)/розетки
Стоечные PDU (т. е. разветвители питания) устанавливаются в ИТ-стойках и получают питание от ответного разъема вышестоящего PDU или RPP и распределяют питание непосредственно на ИТ-оборудование в стойке.
Трехфазные rPDU или однофазные rPDU выбираются на основе ожидаемой плотности мощности стойки и/или конфигурации системы.
Стоечные PDU с измерителем обеспечивают удаленный мониторинг подключенных нагрузок в режиме реального времени. Определяемые пользователем аварийные сигналы предупреждают о потенциальных перегрузках цепи до того, как критический уровень ИТ-нагрузки упадет.
Переключаемые стоечные PDU обеспечивают расширенный мониторинг нагрузки в сочетании с дистанционным управлением включением/выключением отдельных розеток для включения и выключения питания, отложенной последовательности включения и управления использованием розеток. Таким образом, задача стоечного PDU, PDU, RPP, шинопровода и панели управления на рис. 1 заключается в распределении трехфазного питания на критически важные однофазные ИТ-устройства на выходах стоечного PDU. За исключением распределительного устройства среднего напряжения и ИБП, почти всё коммутационное оборудование в центре обработки данных можно назвать распределительным устройством или распределительным щитом низкого напряжения.
Различные названия присваиваются только по рыночной номенклатуре или по привычке.
Хотя на Рисунке 1 представлен один пример архитектуры центра обработки данных, охватывающий возможное электрооборудование, некоторые из общих отличий/вариантов перечислены ниже.
- Генератор среднего напряжения может заменить генератор низкого напряжения в качестве резервного источника энергии, питающего распределительное устройство среднего напряжения.
- Системы ИБП могут располагаться в ИТ-пространстве или в ряду ИТ-стоек в небольших центрах обработки данных.
- PDU могут напрямую распределять питание по ИТ-стойкам, что позволяет избежать использования RPP.
- STS может быть интегрирован в шкаф PDU для обеспечения резервирования распределения.
Еще одним решением для обеспечения резервирования могут быть автоматические переключатели резерва, устанавливаемые в стойку . - Охлаждающие устройства в ИТ-пространстве могут питаться от ИБП, если требуется непрерывное охлаждение во время отключения электроэнергии.
- Только Шинопровод может обеспечить распределение всей мощности низкого напряжения от распределительного устройства/щита низкого напряжения до стоек IT.
- Входная мощность ИБП может подаваться от распределительного устройства/щита низкого напряжения непосредственно на ИБП, что устраняет необходимость во входном распределительном щите.
- Выходные выключатели ИБП и распределительные выключатели могут быть собраны в одном распределительном щите НН.
- Интегрированная система ИБП может включать входной, выходной или распределительный щит.
Как правило, архитектура центра обработки данных зависит от емкости центра обработки данных, резервирования системы, расположения ИТ-стоек, поставщиков оборудования и т. д.