Oncool.ru

Строй журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выключатель мощности сетевого питания

Выбор силового выключателя 6 кВ

Рассмотрим пример выбора выключателя в сети 6(10) кВ. В нашем случае, нужно выбрать элегазовый выключатель 6 кВ, типа LF (фирмы Schneider Electric), который будет установлен в ячейку КРУ-6 кВ типа Mcset (фирмы Schneider Electric) для питания силового трансформатора типа Minera (фирмы Schneider Electric) мощностью 2500 кВА.

Выбирать выключатель, мы должны из условий: — номинальное напряжение Uуст ≤ Uном;

1. Рассматривая каталожные данные на элегазовые выключатели серии LF и предварительно выбираем выключатель типа LF1 на напряжение 6 кВ, Uуст=6 кВ ≤ Uном=6кВ (условие выполняется);

  • номинальный ток Iрасч

Выбранный выключатель соответсвуют: Iном.=630 А > Iрасч =240,8 А;

3. Проверяем выключатель по отключающей способности.

Согласно ГОСТа 687-78E отключающая способность выключателя представлена тремя показателями:

  • номинальным током отключения Iоткл.;
  • допустимым относительным содержанием апериодической составляющей тока βном;
  • нормированные параметры восстанавливающего напряжения.

3.1 Определяем номинальный ток отключения Iоткл. и βном отнесенные к времени τ — времени отключения выключателя, равно:

τ = tзmin + tc.в = 0,01 + 0,048 = 0,058 (сек)

  • tзmin=0,01 сек. – минимальное время действия релейной защиты (в данном случае, быстродействующей защитой является токовая отсечка (ТО));
  • tc.в – собственное время отключения выключателя (согласно каталожных данных на выключатель LF1 равно 48 мс или 0,048 сек)

3.2 Номинальный ток отключения Iоткл., находим по каталогу: Iоткл.=25 кА.

3.3 Рассчитываем апериодическую состовляющую тока короткого замыкания:

где: Iп.о=7,625 кА – расчетный ток короткого замыкания на шинах 6 кВ.
Постоянную времени Та выбираем из таблицы 1, согласно таблицы для распределительных сетей напряжением 6-10 кВ Та=0,01.

Таблица 1 — Значение постоянной времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания и ударного коэффициента

3.4 Определяем апериодическую составляющую в отключении тока при времени τ=0,058 сек.

где: βном- допустимое относительное содержание апериодической состовляющей, опеределяем по кривой βном=f(τ) приведенном в ГОСТе 687-78E либо можно найти по каталогам.

Рис.1 — Допустимое относительное содержание апериодической составляющей

Если βном ≤ 0,2, то следует принимать равный нулю.

3.5 Определяем тепловой импульс, который выделяется при токе короткого замыкания:

  • tоткл.= tр.з.+ tо.в=0,01+0,07=0,08 сек.
  • tр.з. – время действия основной защиты (токовая отсечка) трансформатора, равное 0,01 сек.
  • tо.в – полное время отключения выключателя LF1 выбирается из каталога, равное 0,07 сек.

3.6 Проверяем на электродинамическую стойкость по условию:

iу=20,553 кА ≤ iпр.с=64 кА (условие выполняется) где:
iу=20,553 кА – расчетный ударный ток КЗ;
iпр.с= 64 кА – ток динамической стойкости, выбирается из каталога.

3.7 Определим предельный термический ток термической стойкости, исходя из каталога: При этом должно выполнятся условие:

  • Iтер. = 25 кА — предельный ток термической стойкости, выбранный по каталогу;
  • tтер= 3 сек. — длительность протекания тока термической стойкости, согласно каталога.

Все расчетные и каталожные данные, сводим в таблицу 2

Что такое сетевой фильтр и для чего он нужен?

Все чаще нас в быту окружает электротехника с набором различных функций, которые делают нашу жизнь более комфортной. Бытовое оборудование становится умным, чувствительным к колебаниям напряжения. У каждого бытового прибора есть требования по электрическому снабжению.

Некоторые устройства включаются в сеть через собственные трансформаторы, которые понижают напряжение сети до необходимого значения в работе напряжения устройства, но часто бытовые приборы включаются напрямую в сеть. Возникает риск выхода дорогостоящего домашнего оборудования из строя при внезапном скачке напряжения. Использование сетевого фильтра не даст вашему оборудованию пострадать вследствие скачков напряжения.

Назначение

Сетевые фильтры представлены на рынке разными компаниями-производителями электротехнической продукции. Назначение этого устройства — сохранить в рабочем состоянии приборы и оборудование, питающееся от электричества при возможном скачке напряжения. Сетевой фильтр — устройство, которое защищает приборы от скачков напряжения в сети, внешне имеет сходство с простым удлинителем, но специальный блок может отфильтровать помехи, сторонние колебания, которые вредны электронным устройствам.

Сетевой фильтр — что это такое, для чего он нужен? Каждый бытовой прибор имеет паспорт, в котором есть требования к сети, от которой он будет получать электрическую энергию, в РФ это частота 50 герц и напряжение, необходимое для работы прибора или домашнего оборудования. Что происходит на практике:

  • в каждом доме есть жильцы, которые ведут ремонтные работы, используют сварочный агрегат или другой электротехнический инструмент;
  • есть вероятность включения в вашу линию какого-нибудь производственного цеха.

Именно это приводит к сбою в подаче качественной электроэнергии потребителю с подстанции, что влияет на чувствительную оргтехнику, а также современные бытовые приборы, телевизоры.

Нормальная работа электрических устройств должна графически обеспечиваться плавной синусоидой, но на практике это больше напоминает кардиограмму. Сетевой фильтр может отсеять лишние гармоники и помехи.

Как работает фильтр

Устройство сетевого фильтра, который имеет базовую комплектацию, не составит затруднений в гашении помех, он это делает ежедневно и многократно. Провокатором такого импульса (скачка в сети) может быть статический разряд атмосферного электричества. По этой причине фильтр оснащается, кроме предохранителей от сетевых перепадов, предохранителем газоразрядным, который реагирует на широкую амплитуду и быстрый импульс атмосферного электричества.

Принцип работы сетевого фильтра:

В устройстве фильтра применяется свойство сопротивляемости индукционной катушки, которое можно выразить следующим образом: чем больше частота тока, тем выше сопротивляемость катушки — это позволяет сгладить помехи высокой частоты (синусоиды с короткими периодами). По этой причине в фильтре есть две катушки, которые включены в нулевой и фазный провод. Низкочастотные помехи могут гаситься сопротивлением, имеющим номинал более 1 Ом, которое также включено последовательно.

Для устранения кратковременных импульсов в фильтр встроен варистор — это полупроводниковый элемент, который при низком напряжении в сети работает как сопротивление (резистор) и не пропускает ток. Когда напряжение повышается, через варистор проходят импульсные токи. Иными словами, в фильтре он включен параллельно нагрузке для поглощения импульсов высокого напряжения, он сглаживает их влияние.

Качественная розетка-фильтр для электрического оборудования должна состоять из следующих элементов:

  • индукционные катушки — две штуки, с номиналом от 60 мкГн до 200 мкГн, которые включены последовательно;
  • варистор напряжением 470 вольт, который включен по отношению к нагрузке параллельно;
  • конденсаторы;
  • сопротивление от 1 Ом для гашения низкочастотных помех.

Часто в продаже можно встретить изделия, которые выдают за сетевой фильтр, но они таковыми не могут быть, так как в них нет необходимых для его работы элементов.

Как правильно сделать выбор

Выбор сетевого фильтра, по мнению специалистов, надо начинать с внешнего осмотра. На нем должна быть обязательная кнопка, которая позволяет сделать сетевое отключение принудительно. Сетевой фильтр — устройство, в котором имеет значение количество гнезд питания электрооборудования, это зависит от производителя изделий, обычно один фильтр питает несколько приборов разной мощности.

Правильный выбор основывается на сопровождающих изделие документах, в них отражена вся необходимая для покупателя информация. В паспорте должны быть указаны все функции, которыми обладает фильтр от производителя. Обратите внимание на значение величины импульсной нагрузки, оно указывает на способность фильтра выдерживать ощутимые перепады напряжения в сети. Некоторые модели сетевых фильтров могут выдерживать влияние атмосферных разрядов на источник питания.

Для бытовых потребителей электрической энергии предлагается стандартная длина шнура питания устройства — 1,8 м, но есть и другие варианты питающего фильтр кабеля — 5 м. Наличие разного количества предохранителей в устройстве (но не менее трех) должны гарантировать защиту от разного вида помех. Если на устройстве нет светодиодной кнопки, то это простой удлинитель.

Как выбрать сетевой фильтр для компьютера

Сейчас в каждой семье в городах есть компьютер, для них разработаны фильтры, которые выполняют защитную функцию компьютерного оборудования от перепадов напряжения и высоких частот в сети. Пользователи часто визуально могут спутать фильтр с другим устройством — ИБП, но фильтр функционально защищает ПК от перенапряжения, он не выполняет поддержку электроснабжения в случае отключения сети, как ИБП.

Сетевой фильтр нужен для обеспечения фильтрации сетевого напряжения для компьютера, он решает следующие задачи:

  • контроль проходящих через него импульсов, которые могут вызвать автоматическую перезагрузку ПК без сохранения данных на мониторе;
  • обеспечение сглаживания высокочастотных импульсов, которые возникают при одновременном включении мощных потребителей.

Специалисты для защиты собственной компьютерной техники рекомендуют изделие компании АРС, это устройство отлично подходит для домашнего применения, а также в небольших офисах.

Модель имеет пять розеток, считается недорогой. По основным параметрам характеристик устройство среднее. Рекомендуется подключать через этот фильтр телефонное оборудование, факс, ПК. Длина кабеля — 1,8 м.

Производители предлагают и более качественную защиту — это модель Pilot X-Pro, которая является более устойчивой к нагрузке при высокой частоте скачков напряжения. Фильтр этой модели по данным паспорта поглощает до 650 Дж, превращая их в энергию тепла.

Читать еще:  Выключатель 1 кл сп валентина бел

Выбор фильтра для ЖК-телевизора

Защита домашнего кинотеатра, а также другой видеоаппаратуры выполняет сетевой фильтр для телевизора, который должен гарантировано защищать оборудование от помех и перепадов напряжений. Специальные фильтры для телевизоров имеют автоматическое отключение, когда происходит короткое замыкание в сети. Эксперты рекомендуют для этих целей модель фильтра APC PMF83VT-RS, который представлен на фото:

Эта модель стоит около 3 тысяч рублей, имеет коаксиальный вход, индикатор, максимальный ток нагрузки до 10 ампер, мощность 2,3 кВт, напряжение 230 вольт, имеет 8 розеток с заземлением, длина кабеля — 200 см, расположение розеток двухстороннее, имеет защиту для телевизионного сигнала. Каждая розетка может быть принудительно включена или выключена, есть общий выключатель розеток. Какой выбрать сетевой фильтр — этот вопрос всегда стоит перед обывателем из-за стоимости устройств.

Есть более дешевый вариант фильтра для телевизора, который стоит 1 тысячу рублей, это MOST Elite ERG, на фото:

Параметры характеристик этого фильтра такие же, как в модели APC PMF83VT-RS, но он имеет всего пять розеток.

Разновидности фильтров

Специалисты различают сетевые фильтры по трем категориям, которые определяются по уровню их защиты, а именно:

  • базовый вариант, эфирная защита — маркируется Essential, рекомендуется для домашнего оборудования: микроволновка, бытовое оборудование (пылесос, утюг, другие приборы);
  • универсальный фильтр — маркировка в паспорте Home/Office, рекомендуется для компьютерного оборудования, современных ЖК-телевизоров;
  • фильтр категории Performance, рекомендуется для работы с чувствительным к сетевому напряжению оборудованием, имеет достаточно высокую стоимость.

Рекомендации экспертов

Для правильного выбора фильтра под электротехническое оборудование квартиры или офиса существует порядок рассмотрения характеристик предлагаемого устройства:

  • мощность нагрузки по техническому паспорту;
  • количество одновременно подключаемого оборудования;
  • вид розеток;
  • длина кабеля;
  • количество предохранителей;
  • обязательное наличие светодиодного индикатора;
  • наличие USB-выхода.

По мнению специалистов, для домашнего пользования вполне достаточно иметь фильтр, который может выдержать до 10 ампер нагрузки одновременно. Для подключения ПК рекомендуется устройство с числом розеток не менее пяти, длина кабеля питания от розетки к фильтру может подбираться индивидуально, но вполне достаточно стандартной длины 180 см. Среди лучших предлагаемых на рынке устройств этого вида считаются следующие: компания Defender, фирма BURO, компания APC и Pilot, а также Vektor и DNS, которые разрабатывают и продают модели всех 3 категорий защиты.

Вывод

Специалисты не рекомендуют применять устройства этого вида цепочкой, другими словами запитывать один фильтр от другого, что приводит к повышению значения тока. Не рекомендуется подключать через устройство фильтрации сети оборудование с большим входным напряжением, это приборы отопления (электрообогреватель), кондиционер, пылесос. Не рекомендуется подключать через фильтр ИБП для компьютера, есть высокая вероятность повреждения схем защиты «бесперебойного питания ПК».

Термины ИБП

Аварийный источник питания

Независимый резервный источник электрической энергии (ИБП или ДГУ), который при неисправности или отключении основного источника обеспечивает электропитание необходимого качества и необходимой мощности для продолжения работы оборудования пользователя

Аварийный (автономный) режим работы ИБП / UPS

Режим, в котором электроснабжение оборудования обеспечивается за счет энергии запасенной в аккумуляторной батарее ИБП

Автоматический выключатель

Защитный отключающий компонент, размыкающий цепь протекания тока при заранее заданной величине

Автономный генератор

Локальный преобразователь механической или какой-либо другой энергии в электрическую, например, дизель-электрогенератор (ДГУ), ветро-электрогенератор и т.д.

Аккумуляторная батарея ИБП / UPS

Источник энергии для ИБП / UPS на случай отсутствия или неудовлетворительного качества питающей сети. Напряжение аккумуляторной батареи зависит от схемотехнических решений выбранных производителем ИБП при его проектировании. Обычно аккумуляторная батарея собирается из свинцово-кислотных герметичных необслуживаемых аккумуляторов, в случае особых требований используются никель-кадмиевые аккумуляторы. При длительном времени работы стоимость батареи ИБП начинает занимать значительную долю в стоимости системы, и тогда применяют ДГУ в комплекте с ИБП на малое время работы. Срок службы батареи колеблется от 3 до 10 лет в зависимости от типа примененных батарей и условий их эксплуатации

Активная мощность (действующая мощность)

Термин, используемый для описания произведения эффективного значения тока, напряжения и коэффициента мощности. Выражается в Ваттах (Вт) или Киловаттах (кВт). Физически представляет собой мощность, реально потребляемую оборудованием

Активная нагрузка

Нагрузка, у которой входной коэффициент мощности равен «1», примером может послужить лампочка накаливания или ИБП с коррекцией входного коэффициента мощности. Мощность такой нагрузки, измеренная в Ваттах (Вт) совпадает с мощностью в Вольт-амперах (ВА)

Ампер (А) или киловольтампер (кА)

Единица измерения силы электрического тока. Ток равен одному Амперу при его протекании через проводник сопротивлением 1 Ом при приложенном напряжении 1 Вольт

Байпас (Bypass)

понятие имеет 2 смысла:

  • Режим работы ИБП — в котором вход ИБП напрямую или через корректирующие и фильтрующие цепи соединен с выходом ИБП. В таком режиме ИБП практически не способен влиять на качество выходного напряжения. В режим байпаса ИБП переводят либо принудительно с панели управления ИБП, либо ИБП переходит в этот режим самостоятельно при перегрузке или неисправности.
  • Часть схемы ИБП — эта часть схемы обеспечивает работу режима байпас. Бывает электронной (статический байпас) и механической (сервисный байпас). Электронный байпас защищает нагрузку ИБП от перегрузки, а оборудование от отключения питания при аварии в ИБП. Механический байпас предназначен для отключения ИБП от сети при обслуживании без отключения защищаемого оборудования

Бустер ИБП / UPS

Устройство, позволяющее повышать или понижать выходное напряжение за счет переключения обмоток автотрансформатора или за счет специфических схемотехнических решений. Применяется в линейно-интерактивных ИБП

Ватт (Вт) или Киловатт (кВт)

Единица измерения активной мощности. Электрически определяется как мощность, выделяемая в нагрузке при приложенном к ней напряжении 1 Вольт и силе тока в 1 Ампер

Вольт (В) или Киловольт (кВ)

Единица измерения напряжения

Вольтампер (ВА) или Киловольтампер (кВА)

Единица измерения полной мощности, определяется как произведение среднеквадратических (эффективных) значений напряжения и тока в цепи

Время переключения ИБП / UPS

Время перехода ИБП в автономный режим и обратно. У аппаратов класса Off-line и Line-interactive составляет от 5 до 20 мсек, может вызывать сбои в подключенной нагрузке. В аппаратах класса Оn-line время переключения не существует (равно нулю)

Входное напряжение

Напряжение, получаемое ИБП из внешней электросети от питающей подстанции или от дизель-генераторной установки (ДГУ)

Входной изолирующий трансформатор ИБП (UPS)

Трансформатор, включаемый во входную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки его внутренних узлов и входной электросети. Применяется во избежание короткого замыкания цепей ИБП, комплектуемого негерметичной аккумуляторной батареей с жидким электролитом, если существует вероятность его утечки. Также применяется при необходимости гальванической развязки цепи Bypass

Входной коэффициент мощности ИБП / UPS

Определяет, как ведут себя входные цепи ИБП по отношению к входной сети, т.е. какую нагрузку и с каким коэффициентом мощности представляет собой ИБП для питающей сети или ДГУ

Входной номинальный ток ИБП / UPS

Среднеквадратичное значение тока, потребляемого ИБП при условии его 100%-ой загрузки

Выпрямитель ИБП / UPS

Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. В современных ИБП выпрямитель также выполняет функцию коррекции входного коэффициента мощности ИБП

Выходной коэффициент мощности ИБП / UPS

Определяет оборудование с какими коэффициентами мощности возможно подключать к данному ИБП, т.е. допустимое соотношение полной и активной мощности на выходе инвертора ИБП. Например, выходной коэффициент мощности 0,8 показывает, что к ИБП с полной мощностью 100 кВА можно подключить оборудование с активной мощностью не более 80 кВт с коэффициентом мощности 0,8 (полная мощность оборудования составит 100 кВА). Но оборудование 80 кВт с коэффициентом мощности 0,7 к такому ИБП подключить уже не удастся, потому что его полная мощность составит 114 кВА

Выходной изолирующий трансформатор ИБП (UPS)

Трансформатор, включаемый в выходную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки между ИБП и его нагрузкой. В трехфазных системах применяется трансформатор «треугольник-звезда». Он образует выходную нейтраль нагрузки, полностью изолированную от входной нейтрали ИБП. Таким образом, удается полностью защититься от помех по входной нейтрали, широко распространенных на промышленных объектах. Выходными изолирующими трансформаторами оснащены ИБП Powerware серий PW9340, PW9370, PW9315, B4000

Выходной номинальный ток ИБП / UPS

Среднеквадратичное значение тока, которое могут обеспечить выходные цепи ИБП при условии их 100%-ой загрузки в кВА с нормированным коэффициентом мощности и при номинальном значении выходного напряжения

Выходное напряжение ИБП / UPS

Напряжение, обеспечиваемое выходными цепями ИБП для питания защищаемого оборудования. Обычно имеется возможность пользователю самостоятельно выбирать величину выходного напряжения из ряда – 220, 230, 240 Вольт

Читать еще:  Схема подключения выключателя путевого

Гальваническая развязка

Схемотехническое решение при котором электрические цепи, не имеют замкнутой электрической связи между входом и выходом. Гальваническая развязка осуществляется трансформаторами, либо оптоэлектронными приборами

Генератор

Общее название устройства для генерирования электрического напряжения или тока, иликакой-либо другой энергии

Герц (Гц)

Дельта преобразование

Принцип дельта преобразования. Принцип такогого преобразования заключаются в том, что двойному преобразованию в ИБП / UPS подвергается не вся энергия, потребляемая от сети, а только ее часть (до 15%) необходимая для поддержания стабильного выходного напряжения (отсюда и такое название принципа), а это ведет к уменьшению потерь и естественно повышению КПД. Кроме этого значительно повышается входной коэффициент мощности ИБП

Децибел акустический (дБА)

Единица измерения уровня шума с наложенным на измеритель фильтром, учитывающим особенность восприятия шума слуховым аппаратом человека (нелинейность частотной характеристики уха). В дБА обычно измеряются шумовые характеристики ИБП / UPS

Диапазон входного напряжения ИБП / UPS

Верхний и нижний пороги входного напряжения, при которых ИБП переходит на питание от аккумуляторной батареи. Чем шире этот диапазон, тем меньше ИБП переходит на батарею, сохраняя ее емкость и, в конечном счете, срок службы

Диапазон частот ИБП / UPS

Допустимое отклонение входной или выходной частоты ИБП / UPS от номинального значения в установившемся состоянии

Дизель-генераторная установка (ДГУ)

Устройство, состоящее из двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора, применяемое для аварийного питания оборудования

Динамическая нестабильность выходного напряжения

ИБП / UPS — нестабильность значения выходного напряжения при скачкообразном изменении значения нагрузки на выходе ИБП (обычно данные приводятся при изменении мощности нагрузки от 0 до 100% и от 100% до 0). Чем ниже это значение, тем выше динамические характеристики ИБП

Дрейф частоты

Дрейф частоты это постепенное увеличение или уменьшение ее среднего значения при постоянной нагрузке

Ethernet

Один из наиболее распространенных типов ЛВС

Емкость аккумулятора

Способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Измеряется в Ампер-часах или Ватт-часах. В случае относительно быстрого разряда аккумулятора применяется более удобное понятие – мощность отдаваемая батареей при разряде до определенного порогового значения напряжения за определенный период времени

Инвертор ИБП / UPS

Часть схемы ИБП, которая служит для преобразования постоянного напряжения батареи в переменное напряжение на выходе источника. В ИБП класса Off-line инвертор работает только в автономном режиме ИБП и формирует ступенчатую аппроксимацию синусоиды. В ИБП класса Оn-line инвертор вырабатывает на выходе практически идеальную синусоиду и работает в любом режиме (кроме Bypass), получая на свой вход в автономном режиме питание от аккумуляторов, а в нормальном режиме — от входной сети после выпрямления и стабилизации входного переменного напряжения

Индуктивность (L)

Любое устройство, в состав деталей которого входит железо, имеет некоторое количество магнитной инерции. Эта инерция препятствует любым изменениям тока. Характеристика контура, которая вызывает эту магнитную инерцию, известна под названием самоиндуктивность. Она измеряется в Генри и обозначается как L

Источник бесперебойного питания, ИБП, UPS

Устройство, поддерживающее заданное качество выходного напряжения при наличии неполадок во входном напряжении за счет использования энергии аккумуляторных батарей (пропадание, искажения формы, отклонения номинала и т.д.). ИБП с двойным преобразованием On-Line класса VFI-SS-111 обеспечивают защиту от любых неполадок питающей энергосети

Заземление (земля)

Выравнивание потенциалов металлических поверхностей оборудования с потенциалом земли (нулевым) для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, обеспечивается с помощью заземляющего проводника. Также служит для подавления синфазной помехи по фазному и нейтральному питающим проводникам. Правила выполнения заземления строго регламентируются в нормативной документации

Зарядное устройство ИБП / UPS

Часть ИБП, которая обеспечивает поддержание аккумуляторной батареи в заряженном состоянии. В современных ИБП зарядное устройство работает по сложному алгоритму, обеспечивающим максимальный срок эксплуатации аккумуляторной батареи ИБП, при условии рекомендованного диапазона температуры окружающей среды, и быстрый термокомпенсированный заряд

кВА (Кило-вольт-амперы)

Полная мощность оборудования, характеризует токи, например, текущие по проводам между ИБП и нагрузкой. ПО ПОЛНОЙ МОЩНОСТИ с необходимым запасом 10-20% выбирается мощность ИБП

кВт (Киловатты)

Активная мощность оборудования, характеризует мощность, потребляемую нагрузкой. Исходя из активной мощности, в сочетании с необходимым временем работы выбирается емкость внешней батареи ИБП

Коэффициент мощности

Числовое значение, определяющее соотношение между активной мощностью и полной мощностью потребляемой оборудованием. В случае линейных напряжений и токов, протекающих в цепях, коэффициент мощности совпадает с косинусом Фи (cos ?). В случае единичного коэффициента мощности ток и напряжение совпадают по фазе и оборудование потребляет только активную мощность – это идеальный вариант, поскольку за низкое значение коэффициента мощности на предприятие может быть наложен штраф. В применении к ИБП бывает входной коэффициент мощности и выходной коэффициент мощности

Короткое замыкание

Режим, при котором сопротивление нагрузки приближается к нулю. Ток в цепи в этом случае ограничивается выходным сопротивлением питающей сети и сопротивлением питающих проводников. В случае короткого замыкания на выходе ИБП ток ограничивается выходным инвертором ИБП или его выходным трансформатором. На практике токов короткого замыкания никогда не достигают, поскольку в цепях устанавливаются предохранители или автоматические размыкатели цепи

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ или коэффициент несинусоидальности)

Определяет веса высших гармоник переменного напряжения по отношению к основной гармонике. Чем КНИ меньше, тем ближе форма напряжения к чистой синусоиде. Например: синусоидальная форма сигнала (КНИ=0), форма сигнала отлична от синусоидальной, но искажения не заметны на глаз (КНИ 5%), сигнал имеет трапецеидальную или ступенчатую форму (КНИ Москва 125130 2-ой Новоподмосковный пер., 4А

Методы обеспечения электропитания стоек

(Техническое руководство №29 от APC) Описание и сравнение альтернативных методов обеспечения электропитанием стоек с повышенной энергетической плотностью в компьютерных центрах и серверных залах. В частности, рассмотрены вопросы, связанные с количеством линий питания (однофазные и трехфазные топологии), количеством и расположением предохранителей, стойкостью к перегрузке, выбором типов розеток, выбором стандарта напряжения, резервированием и потерей резервирования. Определена и количественно оценена потребность стоечной системы питания в адаптации к изменению требований. Определены требования для стоечных систем электропитания, обеспечивающих надежное питание нагрузок с высокой энергетической плотностью, а также адаптацию к изменению их характеристик.

Содержание статьи:

Введение

Обновление ИТ-оборудования компьютерного центра или серверного зала происходит, как правило, с периодичностью от 2 до 3 лет. В результате замены оборудования нередко меняются требования к мощности, стабильности напряжения, уровню резервирования и соединительным разъемам системы питания. Стойки и шкафы стали стандартными средствами для монтажа и организации компьютерных и телекоммуникационных систем, поэтому средства распределения питания в стойке должны легко адаптироваться к таким изменениям.

Вследствие высокой энергетической плотности, свойственной компьютерному оборудованию нового поколения, прогнозируется резкий рост этого показателя и в стойках компьютерных центров. Энергопотребление одной стойки, полностью заполненной современным ИТ-оборудованием, например, серверами высотой 1U или ячеечными серверами, может достигать 20 кВт. Такая энергетическая плотность не поддерживается в традиционной среде компьютерного центра, где питание подается к стойке через обычную однофазную цепь (120 В, 20 А). Для поддержки 20-киловаттной нагрузки в двухконтурной электрической среде понадобилось бы более двадцати таких ветвей электросети.

Требования к электропитанию современного компьютерного оборудования изменяются как функция от времени, связанная с колебаниями вычислительной нагрузки. До 2000 года для практически любых компьютерных и телекоммуникационных систем это изменение считалось ничтожно малым. Однако после 2000 года, когда началось массовое внедрение технологий управления электропитанием в конструкции процессоров и серверов, для все большей части компьютерного оборудования становится характерным резкое изменение энергопотребления в ответ на увеличение вычислительной нагрузки. Такое изменение может превышать 200% от номинального уровня энергопотребления данного оборудования. Конструкция системы распределения электропитания в стойке должна учитывать возможность таких колебаний.

В настоящем документе особое внимание уделяется вопросам распределения в стойке питания переменного тока. В техническом руководстве APC № 63 «Технологии переменного и постоянного тока для компьютерных центров и серверных залов» объясняется, что распределение питания постоянного тока играет в современном компьютерном центре с высокой энергетической плотностью сравнительно незначительную роль.

В настоящем руководстве обсуждаются только североамериканские стандарты напряжения и розеток. Для более распространенных в мире систем с напряжением 230 В оптимальная стратегия распределения питания в стойке имеет существенные отличия.

Традиционные средства подачи питания к стойке

Наиболее распространенный подход сегодняшнего дня – проектирование, отладка и установка систем питания специально для данной стойки или шкафа. В случае изменения требований данной стойки к электропитанию для нее необходимо спроектировать, отладить и установить другую систему питания. При таком подходе охватываются все возможные индивидуальные требования, однако он влечет за собой значительные расходы на проектирование и отладку. К стойкам и шкафам питание обычно подводится от общего распределительного щита компьютерного центра или серверного зала. В большинстве случаев этот щит не может быть обесточен для проведения работ по обслуживанию системы распределения питания в стойке (например, при необходимости установки дополнительного предохранителя). В результате работы приходится проводить в «горячем» режиме, что не только является серьезным нарушением правил техники безопасности, но и создает риск отказа обслуживаемой ветви и сбоя/отказа соседних цепей питания. Подобные ошибки приводят к непредвиденным простоям.

Читать еще:  Полевой транзистор как мощный выключатель

В идеальном случае система электропитания стойки должна адаптироваться к любому реально возможному сочетанию оборудования по первому требованию и без необходимости выполнения работ, связанных с риском для здоровья людей или угрожающих бесперебойной работе системы.

Требования к электропитанию стойки

В последующих разделах рассмотрены различные аспекты требований к электропитанию стойки. Особо выделена физическая природа требований, намечены методы оптимального проектирования.

Требования к напряжению

В Северной Америке компьютерные центры обеспечиваются двумя напряжениями питания: 120 В и 208 В Требования к напряжению и шнуры питания ИТ-оборудования можно ориентировочно разделить на следующие категории:

Рис. 1. Требования к напряжению и шнуры питания ИТ-оборудования, принятые в Северной Америке

Этой сложной ситуацией обусловлена необходимость поддержки системой распределения питания в стойке напряжения как 120, так и 208 В. Однако не исключается использование систем, ограниченных одним напряжением: либо 120, либо 208 В. Обе эти возможности обсуждаются ниже.

Выбор напряжения 120 В в качестве единого для данного компьютерного центра стандарта выглядит наиболее удобным, потому что почти 95% оборудования поставляется со 120-вольтовыми шнурами питания. К сожалению, 5% остального оборудования, подключаемого только к сети 208 В, нередко относятся к самым важным и ответственным устройствам, включая крупные маршрутизаторы и ячеечные серверы. Следовательно, создать систему распределения питания в стойке с поддержкой только 120 В невозможно, исключение делается только для совсем небольших серверных залов.

Выбор в качестве единого для данного компьютерного центра стандарта напряжения 208 В гарантирует совместимость с более чем 97% оборудования, включая наиболее ответственное. Однако в этом случае стандартные 120-вольтовые шнуры питания, которыми комплектуется большая часть оборудования, должны заменяться пользователем на совместимые 208-вольтовые, то есть пользователю необходимо иметь наготове запасной комплект шнуров. Кроме того, для некоторых видов оборудования требуется ручная перестановка переключателя выбора напряжения источника питания со 120 В на 208 В; невыполнение этой процедуры приведет к катастрофическим последствиям при подключении устройства к сети 208 В. Как правило, 3% оборудования, работающего только от сети 120 В, можно убрать из компьютерного центра, потому что почти всегда эти устройства являются лишь небольшими аксессуарами, имеющими приемлемые и всегда доступные аналоги для сети 208 В. Тем не менее поддержка системой питания стойки напряжения 120 В – очень большое удобство, устраняющее множество проблем с несовместимостью розеток. По этой причине почти во всех североамериканских компьютерных центрах поддерживается и 120, и 208 В, а единый 208-вольтовый стандарт практически нигде не встречается.

Стоечная среда является однофазной. ИТ-оборудование для стоек, требующее трехфазного питания, практически не выпускается. Иногда некоторые производители подключают оборудование стойки через внутренний блок распределения питания (БРП), на вход которого подается трехфазное питание, а на выходе образуется три сегмента однофазного напряжения, подаваемого на однофазные ИТ-нагрузки. Важно заметить, что эти ИТ-нагрузки действительно являются однофазными. Далее в настоящем руководстве убедительно показано, что несмотря на отсутствие трехфазных нагрузок, к стойкам все же целесообразно подводить трехфазное питание. Одно из основных преимуществ такого подключения стойки – возможность использования неотъемлемого свойства трехфазного распределения, а именно обеспечение питания 120- и 208-вольтовых нагрузок от одной ветви электросети.

Требования к мощности

Энергетическая плотность внутри стойки варьируется в прямой зависимости от типа установленного оборудования. В случае предельно низкой нагрузки в стойке могут находиться только пассивные распределительные панели или несколько межсетевых концентраторов, общей мощностью менее 100 Вт. В случае предельно высокой нагрузки стойка может быть полностью заполнена ячеечными серверами и маршрутизаторами, с общим энергопотреблением более 10 кВт.

Кроме поддержки мощности стойки в целом, система питания стойки должна доводить необходимую мощность до каждого отдельного устройства. Подключение к стойке нескольких ветвей электросети, возможно, обеспечит необходимую суммарную мощность, однако требования отдельной крупной нагрузки могут превзойти возможности любой из них. Например, подключение любого количества 20-амперных ветвей к стойке, в которой одна единица оборудования потребляет 30 А, будет недостаточным. Другой пример: шасси для ячеечных серверов с 30-амперным входом поначалу может быть заполнено лишь несколькими серверами, потребляя не более 5 А. Казалось бы, к той же 30-амперной ветви можно подключить и другие серверные шасси, однако по мере их заполнения цепь неизбежно будет перегружена. В подобных случаях рекомендуется подводить отдельные 30-амперные шнуры непосредственно к каждому мощному устройству.

Методы оценки среднего уровня мощности в стойке являются предметом серьезных дискуссий. В 2003 году APC провела исследование стоек, эксплуатируемых в корпоративных компьютерных центрах, серверных залах и коммутационных узлах, и определила типовые варианты распределения мощности в расчете на одну стойку, показанные на рис. 2. На графике отображена частота появления стоек, укомплектованных оборудованием с различными уровнями мощности. Частота появления снижается с повышением уровня мощности. Стойки с оборудованием мощностью более 6,5 кВт почти не встречались.

Прогноз использования стоек на 2007 г. (основанный на тенденциях развития технологии и требований заказчиков) также изображен на рис. 2. Он указывает на рост средней мощности в расчете на одну стойку с течением времени. Сегодня уже не так трудно найти ИТ-оборудование, которое при полном заполнении шкафа приводит к превышению уровня 10 кВт на одну стойку. Хотя такие конфигурации возможны, мы не обнаружили их заметного распространения на реальных объектах. Собранные данные показывают, что средняя энергетическая плотность в расчете на одну стойку будет значительно расти. Однако энергетические плотности, превышающие 6 кВт на стойку, по-прежнему составят лишь небольшую долю от всех установленных систем.

Рис. 2. Частотное распределение энергопотребления в расчете на одну стойку

Анализ полученных данных о распределении мощности стоек указывает на следующее:

  • Очень низкие нагрузки характерны преимущественно для стоек с коммутационными панелями, сетевыми коммутаторами и концентраторами
  • Нагрузки в пределах 1 кВт относятся преимущественно к стойкам с разреженно установленным оборудованием
  • Нагрузки в диапазоне до 2 кВт обычно относятся к стойкам, полностью заполненным типичным оборудованием
  • Нагрузки в диапазоне до 3 кВт обычно относятся к стойкам с высокопроизводительными маршрутизаторами или несколькими компактными серверами.
  • Нагрузки в диапазоне до 5 кВт относятся к стойкам, тесно заполненным тонкими (1U) серверами
  • Нагрузки в диапазоне до 6 кВт сегодня встречаются чрезвычайно редко, однако становятся все более распространенными в связи с последними усовершенствованиями серверных технологий, приводящими к росту энергетической плотности.

Средний уровень энергопотребления одной стойки в корпоративных компьютерных средах составляет около 1,2 кВт. Однако были выявлены организации, имеющие переменное среднее энергопотребление в пределах корпоративной стоечной среды. В таких организациях применялись различные подходы к вопросу количества оборудования, устанавливаемого в одну стойку. В соответствии с некоторыми из них значительное пространство стойки оставалось неиспользованным, в то время как другие подразумевали максимально уплотненную установку. Таким образом, глобальный общерыночный показатель среднего энергопотребления стойки не всегда позволяет судить о среднем энергопотреблении стойки в конкретной организации.

Электрические цепи между последним устройством защиты от перегрузки и оборудованием называются «ветвями электросети». Важно понимать, что в электротехнических кодексах определяется предельный ток в ветвях нагрузки, который диктуется типом нагрузки и не может произвольно выбираться пользователем. В США практически все ветви электросети в стойках рассчитаны на ток не более 20 А (заметьте, что к стойке подводятся и 30-амперные кабели, но они являются цепями питания, а не ветвями электросети, потому что требуют установки в стойке дополнительных предохранителей, что подробно рассмотрено в последующих разделах. Непосредственно к 30-амперной ветви можно подключать очень немногие устройства (как правило, это отдельные серверы или устройства хранения).

Таблица 1. Ограничения по мощности в ветвях электросети

Максимальная нагрузка (кВт) на одну ветвь

Общая мощность стойки на 1/2/3/4 ветви электросети

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector