Jak wybrać obciążenie pozorne dla agregatu prądotwórczego Diesla w centrum danych

Dobór obciążenia pozornego dla agregatu prądotwórczego z silnikiem Diesla w centrum danych jest kluczowy, ponieważ bezpośrednio wpływa na niezawodność systemu zasilania awaryjnego. Poniżej przedstawiam kompleksowy przewodnik obejmujący podstawowe zasady, kluczowe parametry, rodzaje obciążeń, etapy doboru i najlepsze praktyki.

1. Podstawowe zasady selekcji

Podstawowym celem symulacji obciążenia pozornego jest symulacja rzeczywistego obciążenia na potrzeby kompleksowych testów i walidacji agregatu prądotwórczego z silnikiem Diesla, zapewniając jego natychmiastowe przejęcie całego obciążenia krytycznego w przypadku awarii zasilania sieciowego. Cele szczegółowe obejmują:

1. Spalanie osadów węglowych: Praca z niskim obciążeniem lub bez obciążenia powoduje zjawisko „mokrego osadu” w silnikach Diesla (niespalone paliwo i nagar gromadzą się w układzie wydechowym). Fałszywe obciążenie może podnieść temperaturę i ciśnienie w silniku, co prowadzi do całkowitego wypalenia tych osadów.
2. Weryfikacja wydajności: sprawdzenie, czy parametry elektryczne zespołu prądotwórczego — takie jak napięcie wyjściowe, stabilność częstotliwości, zniekształcenia przebiegu (THD) i regulacja napięcia — mieszczą się w dopuszczalnych granicach.
3. Badanie obciążalności: sprawdzenie, czy agregat prądotwórczy może pracować stabilnie przy znamionowej mocy i ocena jego zdolności do radzenia sobie z nagłym przyłożeniem i odrzuceniem obciążenia.
4. Testowanie integracji systemu: przeprowadzanie wspólnego uruchomienia z ATS (automatycznym przełącznikiem rezerwy), łączeniem systemów równolegle i systemami sterowania w celu zapewnienia spójnej współpracy całego systemu.

2. Kluczowe parametry i uwagi

Przed wyborem obciążenia pozornego należy wyjaśnić następujące parametry zestawu generatora i wymagania testowe:

1. Moc znamionowa (kW/kVA): Całkowita moc obciążenia pozornego musi być większa lub równa całkowitej mocy znamionowej agregatu prądotwórczego. Zazwyczaj zaleca się wybór 110–125% mocy znamionowej agregatu, aby umożliwić testowanie odporności na przeciążenia.
2. Napięcie i faza: Muszą być zgodne z napięciem wyjściowym generatora (np. 400 V/230 V) i fazą (trójfazowy czteroprzewodowy).
3. Częstotliwość (Hz): 50Hz lub 60Hz.
4. Metoda połączenia: Jak podłączyć urządzenie do wyjścia generatora? Zazwyczaj za ATS lub poprzez dedykowaną szafę z interfejsem testowym.
5. Metoda chłodzenia:
   • Chłodzenie powietrzem: Nadaje się do urządzeń o niskiej i średniej mocy (zwykle poniżej 1000 kW), jest tańsze, ale hałaśliwe, a gorące powietrze musi być odpowiednio odprowadzane z pomieszczenia ze sprzętem.
   • Chłodzenie wodne: Nadaje się do zastosowań o średniej i dużej mocy, pracuje ciszej, ma wyższą wydajność chłodzenia, ale wymaga wspomagającego układu chłodzenia wodnego (wieży chłodniczej lub chłodnicy suchej), co wiąże się z wyższą początkową inwestycją.
6. Poziom kontroli i automatyzacji:
   • Sterowanie podstawowe: ręczne załadunek/rozładunek.
   • Inteligentne sterowanie: Programowalne automatyczne krzywe obciążenia (obciążenie narastające, obciążenie skokowe), monitorowanie i rejestrowanie w czasie rzeczywistym parametrów takich jak napięcie, prąd, moc, częstotliwość, ciśnienie oleju, temperatura wody oraz generowanie raportów z testów. Ma to kluczowe znaczenie dla zgodności i audytu centrów danych.

3. Główne rodzaje obciążeń pozornych

1. Obciążenie rezystancyjne (obciążenie czysto czynne P)

• Zasada działania: Zamienia energię elektryczną w ciepło, które jest następnie rozpraszane przez wentylatory lub chłodzenie wodne.
• Zalety: Prosta konstrukcja, niższy koszt, łatwa kontrola, zapewnia czystą moc czynną.
• Wady: Możliwość testowania wyłącznie mocy czynnej (kW), brak możliwości testowania zdolności regulacji mocy biernej generatora (kvar).
• Scenariusz zastosowania: Głównie używany do testowania części silnika (spalanie, temperatura, ciśnienie), ale test jest niekompletny.

2. Obciążenie reaktywne (obciążenie czysto reaktywne Q)

• Zasada działania: Wykorzystuje cewki indukcyjne do zużywania mocy biernej.
• Zalety: Może zapewnić obciążenie reaktywne.
• Wady: Zwykle nie są stosowane samodzielnie, lecz raczej w połączeniu z obciążeniami rezystancyjnymi.

3. Połączone obciążenie rezystancyjne/reaktywne (obciążenie R+L, zapewnia P i Q)

• Zasada działania: Integruje banki rezystorów i banki reaktorów, umożliwiając niezależną lub łączoną kontrolę obciążenia czynnego i biernego.
• Zalety: Preferowane rozwiązanie dla centrów danych. Umożliwia symulację rzeczywistych obciążeń mieszanych, kompleksowo testując ogólną wydajność agregatu prądotwórczego, w tym AVR (automatyczny regulator napięcia) i układ regulacji napięcia.
• Wady: wyższy koszt niż w przypadku obciążeń czysto rezystancyjnych.
• Uwaga dotycząca wyboru: Należy zwrócić uwagę na regulowany zakres współczynnika mocy (PF), który zazwyczaj wymaga regulacji od 0,8 (indukcyjne) do 1,0 w celu symulacji różnych natur obciążenia.

4. Obciążenie elektroniczne

• Zasada działania: Wykorzystuje technologię elektroniki mocy w celu zużycia energii lub oddania jej do sieci.
• Zalety: Wysoka precyzja, elastyczna kontrola, możliwość regeneracji energii (oszczędność energii).
• Wady: bardzo drogie, wymagają wysoko wykwalifikowanego personelu konserwacyjnego, a ich niezawodność wymaga rozważenia.
• Scenariusz zastosowania: Bardziej nadaje się do laboratoriów lub zakładów produkcyjnych niż do testów konserwacyjnych na miejscu w centrach danych.

Wniosek: W przypadku centrów danych należy wybrać „połączone obciążenie rezystancyjne/reaktywne (R+L)” z inteligentną kontrolą automatyczną.

4. Podsumowanie kroków selekcji

1. Określ wymagania testowe: Czy dotyczy to tylko testów spalania, czy też wymagany jest certyfikat wydajności przy pełnym obciążeniu? Czy wymagane są zautomatyzowane raporty z testów?
2. Zbierz parametry zestawu generatora: Wypisz całkowitą moc, napięcie, częstotliwość i lokalizację interfejsu dla wszystkich generatorów.
3. Określ typ obciążenia pozornego: Wybierz inteligentne obciążenie pozorne R+L chłodzone wodą (chyba że moc jest bardzo mała, a budżet ograniczony).
4. Oblicz moc wyjściową: Całkowita moc pozorna = największa moc pojedynczej jednostki × 1,1 (lub 1,25). W przypadku testowania systemu równoległego moc musi być ≥ całkowitej mocy w układzie równoległym.
5. Wybierz metodę chłodzenia:
   • Duża moc (>800 kW), ograniczona przestrzeń w pomieszczeniu, wrażliwość na hałas: należy wybrać chłodzenie wodne.
   • Niska moc, ograniczony budżet, wystarczająca przestrzeń wentylacyjna: można rozważyć chłodzenie powietrzem.
6. Oceń system kontroli:
   • Musi obsługiwać automatyczne ładowanie krokowe w celu symulacji rzeczywistego obciążenia.
   • Kandydat musi mieć możliwość rejestrowania i generowania standardowych raportów z testów, obejmujących krzywe wszystkich kluczowych parametrów.
   • Czy interfejs obsługuje integrację z systemami zarządzania budynkiem lub zarządzania infrastrukturą centrum danych (DCIM)?
7. Rozważ instalację mobilną lub stacjonarną:
   • Instalacja stacjonarna: Instalacja w dedykowanym pomieszczeniu lub kontenerze, jako część infrastruktury. Stałe okablowanie, łatwe testowanie, estetyczny wygląd. Preferowany wybór dla dużych centrów danych.
   • Mobilny system montowany na przyczepie: Montowany na przyczepie, może obsługiwać wiele centrów danych lub jednostek. Niższy koszt początkowy, ale wdrożenie jest uciążliwe, a ponadto wymaga przestrzeni dyskowej i operacji podłączania.

5. Najlepsze praktyki i zalecenia

• Plan interfejsów testowych: Wstępnie zaprojektuj szafy interfejsów testowych pod obciążeniem pozornym w systemie dystrybucji zasilania, aby połączenia testowe były bezpieczne, proste i znormalizowane.
• Rozwiązanie chłodzące: W przypadku chłodzenia wodnego należy upewnić się, że układ chłodzenia wodnego jest niezawodny; w przypadku chłodzenia powietrznego należy zaprojektować odpowiednie kanały wyciągowe, aby zapobiec recyrkulacji gorącego powietrza do pomieszczenia ze sprzętem lub negatywnemu wpływowi na środowisko.
• Bezpieczeństwo przede wszystkim: Nieprawidłowe ładunki generują ekstremalnie wysokie temperatury. Muszą być wyposażone w środki bezpieczeństwa, takie jak zabezpieczenie przed przegrzaniem i przyciski zatrzymania awaryjnego. Operatorzy muszą przejść profesjonalne szkolenie.
• Regularne testy: Zgodnie z Uptime Institute, standardami Tier lub zaleceniami producenta, testy zazwyczaj przeprowadza się co miesiąc przy obciążeniu nie mniejszym niż 30% obciążenia znamionowego, a raz w roku przeprowadza się test pełnego obciążenia. Obciążenie pozorne jest kluczowym narzędziem do spełnienia tego wymogu.

Zalecenie końcowe:
W centrach danych dążących do wysokiej dostępności, nie należy oszczędzać na obciążeniu pozornym. Inwestycja w stały, odpowiednio zwymiarowany, inteligentny, chłodzony cieczą system obciążenia pozornego R+L jest niezbędna, aby zapewnić niezawodność krytycznego systemu zasilania. Pomaga on identyfikować problemy, zapobiegać awariom oraz spełniać wymagania dotyczące eksploatacji, konserwacji i audytów dzięki kompleksowym raportom z testów.