Kako izbrati lažno obremenitev za dizelski generator v podatkovnem centru

Izbira lažne obremenitve za dizelski generatorski agregat podatkovnega centra je ključnega pomena, saj neposredno vpliva na zanesljivost rezervnega napajalnega sistema. Spodaj bom predstavil obsežen vodnik, ki zajema osnovna načela, ključne parametre, vrste obremenitev, korake izbire in najboljše prakse.

1. Načela izbire temeljnih elementov

Temeljni namen lažne obremenitve je simulirati dejansko obremenitev za celovito testiranje in validacijo dizelskega generatorskega agregata, s čimer se zagotovi, da lahko v primeru izpada omrežnega napajanja takoj prevzame celotno kritično obremenitev. Specifični cilji vključujejo:

1. Izgorevanje ogljikovih usedlin: Delovanje z nizko obremenitvijo ali brez obremenitve povzroča pojav "mokrega nalaganja" v dizelskih motorjih (nezgorelo gorivo in ogljik se kopičita v izpušnem sistemu). Lažna obremenitev lahko zviša temperaturo in tlak motorja ter te usedline temeljito izgorejo.
2. Preverjanje delovanja: Preizkus, ali je električna zmogljivost generatorskega agregata – kot so izhodna napetost, frekvenčna stabilnost, popačenje valovne oblike (THD) in regulacija napetosti – znotraj dovoljenih meja.
3. Preizkus nosilnosti: Preverjanje, ali lahko generatorski agregat stabilno deluje pri nazivni moči, in ocena njegove sposobnosti obvladovanja nenadne obremenitve in njenega zavrnitve.
4. Testiranje sistemske integracije: Izvajanje skupnega zagona z ATS (avtomatski preklopnik), vzporednimi sistemi in krmilnimi sistemi za zagotovitev, da celoten sistem deluje skupaj in usklajeno.

2. Ključni parametri in dejavniki

Pred izbiro lažne obremenitve je treba razjasniti naslednje parametre generatorskega agregata in zahteve glede testiranja:

1. Nazivna moč (kW/kVA): Skupna moč lažne obremenitve mora biti večja ali enaka skupni nazivni moči generatorskega agregata. Običajno je priporočljivo izbrati 110 %–125 % nazivne moči agregata, da se omogoči preizkušanje preobremenitvene zmogljivosti.
2. Napetost in faza: Morata se ujemati z izhodno napetostjo generatorja (npr. 400 V/230 V) in fazo (trifazni štirižični).
3. Frekvenca (Hz): 50 Hz ali 60 Hz.
4. Način povezave: Kako se bo priključil na izhod generatorja? Običajno za ATS ali prek namenske testne vmesniške omarice.
5. Metoda hlajenja:
   • Zračno hlajenje: Primerno za nizke do srednje močne sisteme (običajno pod 1000 kW), cenejše, vendar hrupno, vroč zrak pa je treba pravilno odvajati iz prostora z opremo.
   • Vodno hlajenje: Primerno za srednje do visoke moči, tišje, z večjo učinkovitostjo hlajenja, vendar zahteva podporni sistem hladilne vode (hladilni stolp ali suhi hladilnik), kar ima za posledico višjo začetno naložbo.
6. Raven nadzora in avtomatizacije:
   • Osnovno upravljanje: Ročno postopno nalaganje/razlaganje.
   • Inteligentno krmiljenje: Programabilne krivulje samodejne obremenitve (rampa obremenitve, stopenjska obremenitev), spremljanje in beleženje parametrov v realnem času, kot so napetost, tok, moč, frekvenca, tlak olja, temperatura vode, in ustvarjanje poročil o preskusih. To je ključnega pomena za skladnost podatkovnih centrov in revizijo.

3. Glavne vrste lažnih obremenitev

1. Uporna obremenitev (popolnoma aktivna obremenitev P)

• Načelo: Pretvarja električno energijo v toploto, ki jo odvajajo ventilatorji ali vodno hlajenje.
• Prednosti: Preprosta struktura, nižji stroški, enostavno upravljanje, zagotavlja čisto aktivno moč.
• Slabosti: Lahko preizkusi samo aktivno moč (kW), ne more pa preizkusiti zmožnosti regulacije jalove moči generatorja (kvar).
• Scenarij uporabe: Uporablja se predvsem za testiranje dela motorja (zgorevanje, temperatura, tlak), vendar je test nepopoln.

2. Reaktivna obremenitev (čisto reaktivna obremenitev Q)

• Načelo: Za porabo jalove moči uporablja induktorje.
• Prednosti: Lahko zagotavlja reaktivno obremenitev.
• Slabosti: Običajno se ne uporablja samostojno, temveč v kombinaciji z uporovnimi obremenitvami.

3. Kombinirana uporovna/reaktivna obremenitev (obremenitev R+L, zagotavlja P in Q)

• Načelo: Integrira uporovne in reaktorske baterije, kar omogoča neodvisno ali kombinirano krmiljenje aktivne in jalove obremenitve.
• Prednosti: Najprimernejša rešitev za podatkovne centre. Simulira lahko dejanske mešane obremenitve in celovito preizkusi celotno delovanje generatorskega agregata, vključno z AVR (samodejnim regulatorjem napetosti) in sistemom regulatorja.
• Slabosti: Višji stroški kot pri čistih uporovnih obremenitvah.
• Opomba pri izbiri: Bodite pozorni na nastavljiv razpon faktorja moči (PF), ki ga je običajno treba nastaviti od 0,8 (induktivno) do 1,0, da se simulirajo različne obremenitve.

4. Elektronska obremenitev

• Načelo: Uporablja tehnologijo močnostne elektronike za porabo energije ali njeno vračanje v omrežje.
• Prednosti: Visoka natančnost, prilagodljivo krmiljenje, možnost regeneracije energije (varčevanje z energijo).
• Slabosti: Izjemno drag, zahteva visoko usposobljeno vzdrževalno osebje in upoštevati je treba tudi njegovo lastno zanesljivost.
• Scenarij uporabe: Primerneje za laboratorije ali proizvodne obrate kot za vzdrževalno testiranje na lokaciji v podatkovnih centrih.

Zaključek: Za podatkovne centre je treba izbrati »kombinirano uporovno/reaktivno (R+L) lažno obremenitev« z inteligentnim samodejnim krmiljenjem.

4. Povzetek korakov izbora

1. Določite zahteve za preskus: Ali gre samo za preskus zgorevanja ali je potreben certifikat o delovanju pri polni obremenitvi? Ali so potrebna avtomatizirana poročila o preskusih?
2. Zberite parametre generatorskega agregata: Navedite skupno moč, napetost, frekvenco in lokacijo vmesnikov za vse generatorje.
3. Določite vrsto lažne obremenitve: Izberite R+L, inteligentno, vodno hlajeno lažno obremenitev (razen če je moč zelo majhna in je proračun omejen).
4. Izračunajte nazivno moč: Skupna lažna obremenitev = Največja moč posamezne enote × 1,1 (ali 1,25). Če preizkušate vzporedni sistem, mora biti zmogljivost ≥ skupna vzporedna moč.
5. Izberite način hlajenja:
   • Visoka moč (>800 kW), omejen prostor v prostoru za opremo, občutljivost na hrup: Izberite vodno hlajenje.
   • Nizka poraba energije, omejen proračun, zadosten prezračevalni prostor: Upošteva se lahko zračno hlajenje.
6. Ocenite nadzorni sistem:
   • Podpirati mora samodejno postopno obremenitev za simulacijo dejanske obremenitve.
   • Mora biti sposoben beležiti in izpisovati standardna poročila o preskusih, vključno s krivuljami vseh ključnih parametrov.
   • Ali vmesnik podpira integracijo s sistemi za upravljanje stavb ali upravljanje infrastrukture podatkovnih centrov (DCIM)?
7. Razmislite o mobilni in fiksni namestitvi:
   • Fiksna namestitev: Nameščena v namenskem prostoru ali zabojniku, kot del infrastrukture. Fiksna napeljava, enostavno testiranje, urejen videz. Najprimernejša izbira za velike podatkovne centre.
   • Mobilna namestitev na prikolico: Nameščena na prikolico, lahko služi več podatkovnim centrom ali več enotam. Nižji začetni stroški, vendar je namestitev okorna, potreben pa je prostor za shranjevanje in povezovalne operacije.

5. Najboljše prakse in priporočila

• Načrt za testne vmesnike: Predhodno načrtujte omare za lažne obremenitvene testne vmesnike v sistemu za distribucijo električne energije, da bodo testne povezave varne, preproste in standardizirane.
• Rešitev za hlajenje: Če je hlajenje vodno, zagotovite zanesljivost sistema hladilne vode; če je hlajenje zračno, morate zasnovati ustrezne izpušne kanale, da preprečite ponovno kroženje vročega zraka v prostor z opremo ali vpliv na okolje.
• Varnost na prvem mestu: Lažne obremenitve ustvarjajo izjemno visoke temperature. Opremljene morajo biti z varnostnimi ukrepi, kot sta zaščita pred previsoko temperaturo in gumbi za zaustavitev v sili. Upravljavci potrebujejo strokovno usposabljanje.
• Redno testiranje: V skladu s standardi Uptime Institute ali priporočili proizvajalca se standardi Tier običajno izvajajo mesečno z najmanj 30 % nazivne obremenitve in letno s testom polne obremenitve. Lažna obremenitev je ključno orodje za izpolnjevanje te zahteve.

Končno priporočilo:
Za podatkovne centre, ki si prizadevajo za visoko razpoložljivost, se stroški ne smejo varčevati pri lažni obremenitvi. Naložba v fiksni, ustrezno dimenzionirani, R+L, inteligenten, vodno hlajen sistem lažne obremenitve je nujna naložba za zagotovitev zanesljivosti kritičnega elektroenergetskega sistema. Pomaga pri prepoznavanju težav, preprečevanju okvar ter izpolnjuje zahteve glede delovanja, vzdrževanja in revizije s celovitimi poročili o testih.