Интеграцию распределительных устройств среднего напряжения в электронные здания центров обработки данных

Интеграция распределительных устройств среднего напряжения в электронные здания центров обработки данных помогает операторам создавать надежные системы электроснабжения за меньшее время и с улучшенным заводским управлением. Сборная подстанция может объединять распределительное устройство, реле защиты, трансформаторы, панели управления и кабельные системы в одном испытанном корпусе. Владельцам центров обработки данных также необходимо модульное распределение электроэнергии, которое выдерживает высокие нагрузки, расширение в будущем и ограниченное пространство на объекте. Когда помещение для электрооборудования будет построено как единое целое, проект позволит сократить объем проводки в полевых условиях и монтажные работы. Качество электроэнергии, защита от сбоев и регулирование температуры по-прежнему должны разрабатываться как единая система. Плохая координация может привести к аварийным отключениям, повреждению оборудования или возникновению опасной электрической дуги.

Введение: Почему важна интеграция устройств среднего напряжения

В этом руководстве объясняется, как интегрировать оборудование среднего напряжения в электронный центр обработки данных. В нем рассматриваются вопросы проектирования, выбора оборудования, защиты, тестирования, поставки и ввода в эксплуатацию. Также объясняется, какPushenможет поддерживать контролируемый процесс производства на месте.

Краткий ответ

Лучший способ интегрировать распределительное устройство среднего напряжения в электронный дом центра обработки данных - это спроектировать корпус, распределительное устройство, систему защиты, систему охлаждения и сеть управления как единый протестированный комплект. Используйте правильно подобранное оборудование, соблюдайте безопасные рабочие зазоры, согласовывайте настройки защиты и проводите заводские приемочные испытания перед отправкой. В типичной системе может использоваться распределительное устройство напряжением 11 кВ или 13,8 кВ, защита от короткого замыкания напряжением 25 кА или 31,5 кА, защита корпуса по стандарту IP54 и резервные линии электропитания. Этот метод сокращает объем работ на объекте, улучшает контроль качества и ускоряет ввод в эксплуатацию центра обработки данных.

1. Определите схему электроснабжения перед созданием электронного дома

1.1 Подтвердите требования к системе электроснабжения

Первым шагом является определение подключения к электросети, требуемой нагрузки, уровня неисправности, рабочего напряжения и целевого уровня резервирования. Во многих центрах обработки данных используются системы среднего напряжения от 6,6 кВ до 35 кВ. Обычно проектируемые напряжения составляют 11 кВ, 13,8 кВ и 33 кВ.

Команда разработчиков должна подтвердить следующие значения:

1. Входное напряжение и частота сети.
2. Нормальная и аварийная нагрузка в мегаваттах.
3. Мощность трансформатора в кВА или МВА.
4. Допустимый ток короткого замыкания на входящей шине.
5. Требуемая степень защиты от короткого замыкания.
6. Количество независимых источников питания.
7. Требования к генератору, ИБП и автоматическому переключению.
8. Высота над уровнем моря, температура окружающей среды, влажность и сейсмические условия.

1.2 Установите практическую нагрузку и допустимый предел роста

Нагрузки в центре обработки данных могут изменяться в процессе строительства и эксплуатации. Проект должен включать документально подтвержденный предел роста, а не непроверенное значение резервной мощности. Например, при начальной нагрузке в 10 МВА может потребоваться 20-процентный прирост. В этом случае планируемая проектная мощность составит 12 МВА.

Инженерам также следует рассчитать разницу между нагрузкой на ИТ и общей нагрузкой на оборудование. Системы охлаждения, освещения, насосы, противопожарные системы и системы безопасности потребляют электроэнергию. Целевой показатель эффективности энергопотребления влияет на общий спрос. Более низкий уровень PUE может снизить требуемую мощность сети среднего напряжения, но не устраняет необходимость в исследованиях по короткому замыканию и защите.

2. Выберите подходящее распределительное устройство среднего напряжения

2.1 Выберите тип распределительного устройства

В распределительном устройстве среднего напряжения может использоваться воздушная, газовая или сплошная изоляция. Выбор зависит от безопасности, площади, технического обслуживания, условий окружающей среды и местных нормативных актов.

2.2 Приведите номинальные значения в соответствие с результатами анализа мощности

Номинальные значения оборудования должны соответствовать расчетным условиям работы системы. Типичные значения включают в себя:

• Номинальное напряжение: 12 кВ для системы напряжением 11 кВ.
• Номинальная частота: 50 Гц или 60 Гц.
• Постоянный ток: 630 А, 1250 А или 2000 А.
• Выдерживает короткое замыкание: 25 кА или 31,5 кА в течение 3 секунд.
• Максимальный выдерживаемый ток: часто составляет от 52 кА до 80 кА, в зависимости от конструкции.
• Напряжение, выдерживаемое на частоте питания: обычно 28 кВ или 38 кВ для оборудования класса 12 кВ.
• Напряжение, выдерживаемое на частоте удара молнии: обычно 75 кВ или 95 кВ для оборудования класса 12 кВ.

Окончательные значения должны быть получены на основе результатов анализа на короткое замыкание и типовых испытаний выбранного изготовителя. Чем выше рейтинг, тем не всегда лучше. Это может увеличить стоимость, размер, тепловыделение и вес.

3. Стройте электронный дом с учетом требований безопасности и удобства обслуживания

3.1 Спланируйте внутреннюю планировку

Электронное здание центра обработки данных должно обеспечивать безопасный доступ к распределительному устройству, панелям управления, системам аккумуляторных батарей и кабельным отсекам. В соответствии с требованиями проекта, зоны среднего напряжения должны быть разделены на зоны управления низким напряжением.

Важные моменты в планировке включают:

1. Обеспечьте доступ спереди и сзади там, где этого требует конструкция распределительного устройства.
2. Радиусы изгиба кабелей должны быть в пределах, установленных производителем.
3. Оставьте место для демонтажа выключателей и подъемного оборудования.
4. Разделите обычные и аварийные каналы питания.
5. Разместите защитные реле там, где технические специалисты смогут безопасно их протестировать.
6. Держите тепловыделяющее оборудование вдали от чувствительных устройств управления.
7. Обеспечьте внутреннее освещение, аварийное освещение, точки заземления и средства обнаружения пожара.

3.2 Спроектируйте ограждение с учетом условий эксплуатации

Конструкция электронного дома должна соответствовать местным погодным условиям и способу установки. Для наружного блока может потребоваться степень защиты корпуса IP54 или IP55. В прибрежных зонах может потребоваться защита от коррозии, например, системы покрытия C4 или C5 в соответствии со спецификациями проекта ISO 12944. В холодных зонах могут потребоваться панельные обогреватели и средства защиты от образования конденсата. В помещениях с высокой температурой может потребоваться кондиционирование воздуха, рассчитанное на внутреннюю тепловую нагрузку.

Корпус также нуждается в конструкции для подъема и транспортировки. После установки оборудования 12-метровый электронный дом может весить более 30 тонн. В проекте конструкции должны быть определены точки подъема, центр тяжести, ограничители для транспортировки и нагрузки на фундамент до начала изготовления.

4. Интегрируйте защиту, управление и мониторинг

4.1 Согласуйте параметры защиты

Координация защиты позволяет ближайшему защитному устройству устранить неисправность первым. Такой подход ограничивает зону отключения. Исследование защиты должно охватывать перегрузки по току, замыкания на землю, пониженное напряжение, перенапряжение, отказ выключателя, дифференциальную защиту и, при необходимости, защиту от дугового разряда.

Типичные функции защиты могут включать:

4.2 Добавить удаленный мониторинг

Удаленный мониторинг предоставляет операторам информацию о состоянии выключателя, токе нагрузки, напряжении, коэффициенте мощности, температуре, аварийных сигналах и событиях реле. Система может подключаться к платформе диспетчерского управления центром обработки данных и сбора данных по стандарту IEC 61850, Modbus TCP или другому утвержденному протоколу.

Каждый сигнал должен иметь определенный источник, адресат, приоритет тревоги и ответные действия. Практичный список точек может содержать несколько сотен цифровых и аналоговых сигналов. При тестировании сигналов следует проверять каждую точку, начиная с полевого устройства и заканчивая дисплеем диспетчерской.

4.3 Управление риском возникновения дуговых вспышек

Защита от дуговых разрядов в модульных электрощитовых требует как инженерного, так и производственного контроля. Проект должен включать исследование дуговых разрядов, маркировку оборудования, настройки защиты, барьеры, блокировки и процедуры безопасной эксплуатации. Стандарт IEEE 1584 может использоваться в качестве технического справочника для расчета энергии при падении, где это применимо.

На окончательной этикетке должны быть указаны энергия при падении, рабочее расстояние, граница дугового разряда и необходимые средства индивидуальной защиты. Данные на этикетке должны соответствовать окончательным настройкам реле и конфигурации оборудования.

5. Контролируйте теплоснабжение, вентиляцию и прокладку кабелей

5.1 Рассчитайте внутреннюю тепловую нагрузку

Распределительное устройство, трансформаторы, ИБП, зарядные устройства для аккумуляторных батарей и панели управления выделяют тепло. При проектировании системы кондиционирования воздуха следует использовать измеренные или предоставленные производителем потери, а не простую оценку размера помещения.

Например, если потери оборудования составляют в общей сложности 18 кВт, а солнечная или настенная мощность составляет 4 кВт, система охлаждения должна потреблять не менее 22 кВт, прежде чем применять проектный запас. При 20-процентном запасе минимальная проектная мощность составит 26,4 кВт.

Температура в помещении должна оставаться в пределах рабочего диапазона установленного оборудования. Многие системы управления рассчитаны на температуру в помещении от 20 до 30 градусов Цельсия, но точное значение должно соответствовать техническим характеристикам оборудования.

5.2 Защитите кабели и управляющую проводку

Кабели среднего напряжения следует прокладывать вдали от чувствительных кабелей связи и приборов. Отдельные кабельные лотки могут снизить электрические помехи и упростить техническое обслуживание. Кабельные вводы должны соответствовать требованиям безопасности и предотвращать попадание воды, пыли и насекомых в здание.

Каждый кабель должен иметь идентификационный номер, схему подключения, протокол испытаний и фазную маркировку. Кабельные экраны должны подключаться к системе заземления в соответствии с конструкцией кабеля и распределительного устройства.

6. Следуйте контролируемому процессу интеграции

6.1 Пошаговая технологическая схема

1. Шаг 1: Соберите данные об инженерных сетях, нагрузке, неисправностях, окружающей среде и объекте.
2. Шаг 2: Выполните полный анализ нагрузки, короткого замыкания, заземления и защиты.
3. Шаг 3: Выберите распределительное устройство, трансформаторы, реле, системы управления, кондиционирования воздуха и противопожарные системы.
4. Шаг 4: Создайте схему электронного дома, однострочную схему, электрические схемы и схемы подключения кабелей.
5. Шаг 5: Просмотрите интерфейсы с генераторами, системами бесперебойного питания, трансформаторами и сетью управления центром обработки данных.
6. Шаг 6: Изготовьте корпус и установите оборудование на заводе.
7. Шаг 7: Выполните механические, электрические, функциональные и коммуникационные испытания.
8. Шаг 8: Проведите заводские приемочные испытания совместно с заказчиком или инспекционной группой.
9. Шаг 9: Отправьте устройство с чертежами, протоколами испытаний, запасными частями и инструкциями по установке.
10. Шаг 10: Завершите монтаж на объекте, подключение кабеля, приемочные испытания на объекте и подачу питания.

Последовательность выполнения: Проектные данные -> Инженерные изыскания -> Выбор оборудования -> Заводская сборка -> Заводские испытания -> Отгрузка -> Установка на объекте -> Тестирование на объекте -> Подача питания.

6.2 Используйте документы по управлению интерфейсами

Многие проектные задержки возникают на интерфейсах оборудования. В документе по управлению интерфейсами должна быть определена ответственность за каждое подключение. В нем должны быть указаны входящие и исходящие кабели, управляющее питание, коммуникации, заземление, питание системы кондиционирования, сигналы пожарной сигнализации и цепи аварийного отключения.

В документе должны быть указаны типы разъемов, уровни напряжения, названия сигналов, номера кабелей, клемм и ответственность за тестирование. Это позволит избежать споров между поставщиком электронных систем, поставщиком трансформаторов, поставщиком генераторов и подрядчиком центра обработки данных.

7. Применяйте заводской контроль качества и испытания

7.1 Заводские приемочные испытания

Заводские приемочные испытания электронных систем для центров обработки данных должны подтвердить работоспособность всего комплекта перед отправкой. Тестирование должно проводиться в соответствии с утвержденным планом инспекций и испытаний. Заказчик может присутствовать при проведении отдельных тестов в соответствии с контрактом.

Типичная программа FAT может включать:

• Визуальный осмотр оборудования, этикеток, краски, дверей, замков и кабельных вводов.
• Проверка размеров корпуса и расположения оборудования.
• Механическая эксплуатация автоматических выключателей и разъединителей в течение не менее пяти полных циклов.
• Проверка сопротивления изоляции цепей питания и управления.
• Проверка целостности проводки и двухточечная проверка.
• Первичный и вторичный ввод реле защиты.
• Проверка цепи блокировки и отключения.
• Проверка управляющего напряжения и зарядного устройства.
• Проверка связи по каждому утвержденному протоколу и списку сигналов.
• Тестирование систем кондиционирования, обогревателей, освещения, пожарной сигнализации и аварийного отключения.
• Проверка целостности заземления.
• Функциональное тестирование логики автоматического переключения и сброса нагрузки.

7.2 Стандарты испытаний и допустимые пределы

Тестирование распределительных устройств среднего напряжения должно соответствовать утвержденным проектным стандартам и применимым требованиям. Стандарт IEC 62271-200 обычно используется для распределительных устройств переменного тока и устройств управления в металлических корпусах. Стандарт IEC 62271-1 содержит общие технические требования для высоковольтных распределительных устройств. Стандарт IEC 60529 используется для защиты корпусов от проникновения посторонних предметов. Стандарт IEC 61439 может применяться к низковольтным узлам, установленным в одном и том же помещении.

7.3 Приемка объекта и ввод в эксплуатацию

Работы на объекте следует начинать с приемочного контроля. Бригада должна проверить, нет ли повреждений при транспортировке, влаги, недостающих деталей и смещенного оборудования. Перед окончательной установкой кабеля и выравниванием электрощитка должна быть выровнена.

После завершения приемо-сдаточных испытаний на объекте следует повторить критические испытания. Эти испытания могут включать в себя изоляцию кабеля, проверку трансформатора, настройки реле, заземление, сигналы управления и блокировки. Для подтверждения работоспособности генератора и системы распределения электроэнергии при контролируемой нагрузке может быть использован тест с распределением нагрузки. Команда по вводу в эксплуатацию должна записать результаты испытаний, серийные номера приборов, даты калибровки и подписи об утверждении.

8. Сравните интеграцию на заводе с монтажом на месте

Решение, интегрированное с заводом-изготовителем, полезно, когда проект выполняется в сжатые сроки, при ограниченных трудозатратах на стройплощадке или в сложных погодных условиях. Помещение, построенное на месте, может быть лучше, если дизайн не согласован или когда уже доступны местные строительные ресурсы. При принятии решения следует учитывать общую стоимость проекта, риски, связанные с графиком, транспортные ограничения и потребности в техническом обслуживании.

9. Как Pushen может поддержать интеграцию электронного дома

Pushen может оказать поддержку в проектировании и сборке сборного электронного дома для распределения электроэнергии в центре обработки данных. Работы могут включать в себя распределительные устройства среднего напряжения, трансформаторы, низковольтные панели, реле защиты, системы управления, кондиционирования, противопожарной защиты, освещения и заземления.

9.1 Используйте поддающийся измерению план контроля проекта

План контроля проекта должен отслеживать техническую документацию, заказы на оборудование, точки контроля, отчеты о несоответствиях и результаты испытаний. Полезные показатели проекта включают в себя:

• 100-процентный анализ утвержденных однострочных диаграмм перед изготовлением.
• 100-процентная проверка подключения от точки к точке перед использованием FAT.
• 100-процентная проверка настройки реле в соответствии с утвержденным исследованием.
• Не менее пяти циклов механической обработки для каждого применяемого выключателя.
• 100-процентная проверка точки подключения.
• Перед отправкой необходимо устранить критические несоответствия.
• Заполните чертеж и отправьте отчет о тестировании до подачи напряжения на объект.

Для проектов с повторяющимися схемами электронного дома инженерные группы могут создать стандартные модули для систем напряжением 11 кВ, 13,8 кВ или 33 кВ. Контролируемая библиотека макетов панелей, схем терминалов, шаблонов защиты и формуляров проверки может сократить количество повторных работ по проектированию. Каждый проект по-прежнему должен проходить новое исследование нагрузки и проверку интерфейса.

9.2 Поддержка исследований и усовершенствований при внедрении

Научно-исследовательские работы могут быть сосредоточены на компактных компоновках, снижении теплопотерь, улучшении релейной связи, более безопасном доступе к кабелям и упрощении технического обслуживания. В рамках практической программы разработки можно сравнить две или более компоновки корпусов, протестировать тепловые характеристики при нескольких уровнях нагрузки и обсудить с техническими специалистами доступ к техническому обслуживанию.

Опыт внедрения следует оценивать по заполненным отчетам FAT, отчетам о вводе в эксплуатацию на объекте, времени установки, времени завершения работ и готовности оборудования после подачи напряжения. Эти отчеты помогают улучшить следующий проект электронного дома, а не полагаться только на общие требования.

10. Общие проблемы и решения в области интеграции

10.1 Слишком низкая вероятность короткого замыкания

Эта проблема возникает, когда при проектировании используется стандартная схема распределительного устройства без проверки уровня неисправности электросети. Решение заключается в завершении исследования на предмет короткого замыкания в начале проекта. При проектировании может потребоваться выключатель с более высокой номинальной мощностью, оборудование для ограничения тока, другое сопротивление трансформатора или измененная схема работы.

10.2 Настройки защиты приводят к ненужным отключениям.

Неправильное согласование времени и тока может привести к срабатыванию входного выключателя из-за неисправности на выходе. Решение заключается в обновлении результатов анализа защиты после получения окончательных данных о трансформаторе, кабеле, генераторе и ИБП. Перед подачей питания следует проверить настройки реле с помощью вторичного впрыска.

10.3 Электронный дом перегревается

Перегрев может быть вызван неполными расчетами потерь, блокировкой воздушного потока, малогабаритными кондиционерами или неправильным расположением оборудования. Решение заключается в расчете всех источников тепла, проверке путей движения воздушного потока, тестировании аварийных сигналов системы кондиционирования воздуха и регистрации внутренней температуры в нескольких точках во время ввода в эксплуатацию.

10.4. Кабели на стройплощадке не подходят для запланированных вводов.

Проблемы с вводом кабелей часто возникают из-за поздних изменений графика прокладки кабелей. Поставщик должен получить окончательные размеры, количество, радиусы изгиба и типы наконечников кабелей до изготовления корпуса. Анализ трехмерной схемы может выявить противоречия перед отправкой.

Вывод

Интеграция распределительных устройств среднего напряжения в электронные здания центров обработки данных объединяет силовое оборудование, защиту, управление, охлаждение, безопасность и тестирование в одном управляемом пакете. Процесс начинается с получения точных данных о нагрузке и неисправностях. В дополнение к этому предлагаются подходящие характеристики распределительного устройства, безопасная компоновка корпуса, скоординированная защита, контролируемая тепловая схема и полное заводское тестирование. Такие стандарты, как IEC 62271-200, IEC 60529, IEC 61439 и IEEE 1584, могут поддерживать техническое проектирование, если они применимы к проекту.

Грамотно спланированный электронный офис сокращает время монтажа в полевых условиях, улучшает качество контроля и ускоряет ввод в эксплуатацию. Благодаря измеренным проектным показателям и документально подтвержденным результатам FAT и приемки на месте, Pushen может помочь владельцам центров обработки данных создать надежную и удобную в обслуживании систему электроснабжения среднего напряжения.