188金宝搏官网提高电源可靠性的技巧——UPS安全安装要求

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开关设备对于数据中心正常运行时间的重要性,开关设备数据中心

在支持数据中心正常运行的所有电气和系统组件中,开关设备通常不被人重视,隐藏在数据中心设施的角落中。但是,如今数字化的快速发展正在改变开关设备的重要性,数据中心设施管理人员必须注意开关设备发挥的重要作用。

随着企业利用移动计算、物联网(IoT)等其他力量产生的海量数据来推动竞争优势,数据中心的作用从未如此重要,因为系统正常运行时间对业务成功越来越重要。业务中断不仅会影响生产力,还会造成重大的财务和声誉损失,影响市场地位。

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虽然发电机在发生短时间的电力干扰的情况下提供备用电源,但是最佳的设备正常运行时间需要可靠的配电系统,其中开关设备是最重要的。开关设备由用于控制、保护和隔离电气设备的电气隔离开关、保险丝和断路器组成,这与电力供应的可靠性直接相关,为整个数据中心设施供电。在很多情况下,电网和柴油发电机的电源都是通过并由开关设备控制的。因此,开关设备的停机时间意味着就是数据中心的停机时间。

开关设备的重要性日益突出

从历史上看,尤其是在数据中心领域中,开关设备主要提供短路保护功能,使其成为整个设施基础设施中相对被动的部分。设备管理人员只有在发生故障时才与设备进行交互,这种情况很少发生。但这些正式在变化。

随着数据消费的爆炸性增长以及数据中心的物理和计算规模的扩大(美国在超大规模数据中心的数量领先世界),对主动式能源保护和电气可靠性的需求也越来越强烈,这使得整个数据中心(包括开关设备)变得更具互动性和适应性。随着自动转换能力等新技术的进步,开关设备可以(而且必须)处理更多的电气操作,并在被要求操作时必须成功运行。例如,当恶劣天气导致电力设施停电时,开关设备负责自动重新配置配电线路以从电网切换到辅助的电力来源,即发电机。

那么,有着巨大的权力就需要承担巨大的责任。但是这种模式转变是困难的。在传统上使用开关设备很少,如果有的话,许多数据中心设施管工作人员可能没有意识到或解决设备转换的重要性。随着美国数据中心设施基础设施迅速老化,业务预算紧缩,员工和支持人数减少,正在进行的开关设备维护工作正在推迟,使电网的性能面临着一定的风险。这可能会造成在整个数据中心设施中出现故障、中断或电弧闪光问题的可能性。

维护的必要性

由于电气开关设备通常被认为是一个低维护量的产品,它通常是配电系统中最容易被忽视的部件。但是,与任何人工制造的设备一样,开关设备也面临一定的操作限制,需要定期维护以避免故障。就像人们为汽车或飞机提供服务一样,开关设备也必须得到维护,其使用周期与其环境成正比,以及如何处理。

巨大的电能不仅能够通过,而且还可以通过开关设备进行有效的路由和重新路由。这会给电气部件带来压力,特别是在环境不理想的情况下,例如当温度超出最佳性能区域、空气质量差或设备暴露在过度潮湿的环境中(值得注意的是,尽管数据中心内的机架和服务器环境受到严格管制,开关设备通常位于数据中心设施的其他部分,通常不具有相同的环境控制水平)。根据开关设备的类型,一些技术可能更容易受到环境的影响(空气绝缘开关最容易受到影响,惰性气体绝缘和屏蔽固体绝缘开关受到的影响最少)。

在制定开关设备维护计划时,首先要确定维修包括哪些内容:设备周围的环境和设备的职责。典型的问题包括:

  • 是否有空气污染物?
  • 是否有腐蚀性环境?
  • 是否有啮齿动物进入的可能性?
  • 温度和湿度是否符合要求?
  • 开关切换有多频繁?
  • 设备上的电流是多少?与设备的额定值有多接近?
  • 正在切换什么水平的电流?

开关设备创新提高可靠性、节省时间和费用

随着行业的不断发展,成功的企业应将开关设备视为竞争优势,使其能够提供最高水平的电力可用性,同时节省时间和费用。

最近在开关设计方面的创新使数据中心人员能够安装和运行具有持续性能和较低风险的中压网络。例如,在美国引入屏蔽式固体绝缘开关设备(2SIS)技术带来了前所未有的可靠性和安全性,通过将固体材料封装在一个屏蔽绝缘的主要电路部件提供保护以防止内部电弧。这种设计大大减少对系统的损害的可能性,保护带电导体免受可能导致故障的灰尘、水分、湿度和其他环境因素的影响,降低了维护人员触电、弧闪危险、电弧放电危险的风险。

设备成本也是一个关键因素,可以通过承诺采用更新的设备来弥补。现代的基础设施允许使用更小的设备,从而能够在较小的空间内提供相同的功率。现代化技术也是高度模块化的,需要较少的维护和不太复杂的维护,大大降低了相关成本。此外,在更换电力基础设施的同时,可以评估增加配电电压,这也大大节省了成本(减少电缆尺寸、减少电缆长度、减少导管/托盘、减少安装的工作量)。

结论

数据中心内的任何配电和备用系统中,开关设备往往是价值最受低估的组件。但是,随着老化的电气设备需要维护,将重要的数据中心性能置于风险之中,数据中心设施管理人员是否真的能够忽略这个经常被忽视的组件,以确保正常运行时间?

数据中心电力故障的影响可能会以多种方式使企业付出代价,虽然不间断电源(UPS)和发电机等备用系统在需要关闭主电源或发生单点故障时提供备用电源,但现代开关设备是一个可靠的电力网络的核心和灵魂,必须妥善维护。

在支持数据中心正常运行的所有电气和系统组件中,开关设备通常不被人…

如果您企业的数据中心不能保证24/7全天候提供服务,那么您的业务可能不会保持长期正常的运转。我们生活在一个始终不间断运营的商业环境中,最终用户需要随时随地的访问他们所需要的应用程序。

您企业需要增强数据中心的弹性和可靠性。本文中,我们将与您分享有关不间断电源(UPS)安装的安全要求和技巧,以及提高电源可靠性的一些技巧。

在今天的24/7全天候运营的商业大环境中,“永远保持在线运行”的业务环境、可靠性和韧性始终是关键任务设施的首要任务。然而,这方面的目标极有可能受到这些设施的日常使用和运行的实际方面的威胁。

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有鉴于此,来自Eaton公司的业界专家们将在本文中为您提供对数据中心配电系统的全面了解;其借鉴了该公司在这些领域多年的经验,提供了教科书可能无法提供的相关设计指导和实用性的提示,但却有助于显著提升您企业系统的可靠性、电源可用性和正常运行时间,同时确保安全性和对于相关标准的遵守。

数据中心配电系统作为一个整体是从可用电源延伸而来的——其通常往往是从变压器、发电机和不间断电源(UPS)输入,然后通过交换设备、断路器进入到所支持的ICT、冷却设备和相关负载进行输出。因此,我们不仅要了解与电力设备的每个项目相关的问题,还有必要了解这些项目是如何相互影响的。而鉴于这些项目之间的相互影响还可能随着数据中心负载的变化而变化的本质属性,使得我们对于这方面需要特别注意。

在正常运行和发生故障的两种情况下,保持安全和消除人员和设备的风险无疑是至关重要的。同时还需要考虑电弧,注意其危险性及如何缓解。在本文中,我们将看到同时具备变压器和发电机的电力系统的设计应该能够处理过载的电流和短路条件以及额定运行,尤其注意三极和四极开关的影响、静态旁路、不同的断路器类型和选择性问题。与此同时,电力基础设施未来增长的相关影响也被考虑了——当模块被添加到可扩展系统时,发生故障情况和选择性问题应如何解决?还讨论了如何最大限度地减少人为误差所造成的影响,并回顾了通过互锁实现的保护。

文章中还探讨了必须防止静态开关故障引起的反向馈电电流;借助现代UPS系统减轻这些现象,以及过载条件,特别是阶跃变化,以及整流器电流限制。文中还涉及到相关的国际安全立法。在正常运行、维护期间及发生故障的不同条件下的UPS操作的详细考虑因素;系统的可用性和对关键负载的保护及安全性的影响将凸显在开始任何新的UPS安装或升级之前,咨询经验丰富的UPS供应商的可行性。

虽然本文第一部分着眼于配电,但其重点是UPS.而在接下来的几个部分中,则涵盖了UPS和配电主题;馈线和优化,三极和四极开关和选择性问题。总的来说,本文将为大家提供关于如何提高数据中心可靠性和安全性的相关知识,以及如何防止不必要的停机中断。

在动态环境中保持最新状态

最关键应用程序的管理人员发现自己需要不断地在可靠性与投资之间进行最佳平衡。伴随着新课题的出现,相关的焦点也随之出现频繁的变化;这方面的例子包括抗震性、环境硫磺污染、EMI、散热、职责的转换等等。

反向馈电保护(Backfeed protection) 立法

反向馈电保护是由《IEC 62040-1:2008不间断电源系统(UPS)
标准》的第1部分:《UPS使用的一般要求和安全要求》所规定的。该标准也是欧洲规范,并规定了带有法律强制性要求,以确保UPS安装过程中维修人员的安全。该标准允许反向馈电保护的两种替代方案;在UPS内安装一款内部反向馈电隔离装置,或安装外部输入线路隔离装置,只在UPS内部执行反馈检测和控制,同时在安全标准描述的相关开关设备中需要警告标签。当输入电源丢失时,反馈保护装置必须在15秒内通过分离的方式将电源中任何永久连接的UPS的输出隔离,以防止在上游导致可能的危险电压。请注意,
“反馈”这一术语和本文中涉及到的人员安全和危险电压或能量要求,并不是有时被误认为的反向功率流。

重要的是要理解,包括半导体和晶闸管的静态开关以及相关联的控制和缓冲电路可能不能为上游电气网络的安全维护提供足够的隔离,即使其正如企业所预期的那样工作。当静态开关晶闸管的门极信号(gate
signal)关闭并且不通过电源时,电路可能会在上游泄漏一些电压和电流,其足以对人员造成危害。因此,反向馈电保护主要是在正常运行条件下用于UPS系统,而不仅仅是经常被认为的故障情况。

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图1:具有内部反馈保护装置的UPS与左侧静态旁路开关串联;外部输入线隔离装置的原理在右边实现。

如果依赖于一款外部设备,则该要求将涉及到安装,而不是产品本身。在这种情况下,履行最低立法要求的责任在于电气承包商或安装业主,他们对UPS设备和安装产品的特定安全标准要求可能缺乏足够的了解。

如果外部连接的反馈保护装置在存储能量模式下工作,则可能会受到来自UPS的危险电压的影响。为了让维修人员知晓这种风险,UPS产品安全标准要求用户在UPS和外部反馈保护装置之间的所有开关设备接入点和开关设备上均需明确标示警告标签。

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图2:IEC
62040-1:2008中所述的警告标签,与外部反馈保护装置以及在永久连接的UPS上游使用四极开关时一起使用。

一些UPS型号有内部反馈保护作为标准,但其他UPS型号则没有。在某些情况下,来自同一家供应商的不同UPS型号产品是否具备内部设备会根据版本的不同而变化。因此,在选择UPS产品,并验证是否必须将反馈保护装置安装到UPS电源中时,必须小心留意。

对于某些UPS产品型号而言,依靠外部反向馈电保护可能会影响UPS供电配置。其可以强制使用双馈电源,为整流器和旁路供电,而不是采用在许多情况下可以接受的单一馈电,同时节省成本。

还值得一提的是,在UPS外部的反馈保护装置将为UPS系统增加“隐藏成本”。该设备将需要与开关设备内的UPS相同或相似的组件,以响应主电源状态进而控制其开关。一款电动机断路器或与过流保护串联的接触器是实现此目的的典型方法。

这些可能会对批准的开关设备的类型产生影响,并带来额外的成本。在安装外部反馈保护装置和相关的控制线路时,也会存在与设计、协调、人力和材料相关的成本。

使用具备安装就绪且经过了工厂测试的内部反馈保护装置的UPS产品有助于确保安全要求是由UPS供应商来履行,而不是依靠他人来处理;这使得解决方案对企业客户而言更容易。

对容错的影响

在UPS系统中,反馈保护的主要目的是防止当供电从UPS中移除,并且UPS正在以存储能量模式运行时,在上游发生危险电压。由于在实践中,反馈保护将UPS系统输出与输入电源隔离,并与静态开关串联,因此也可用于另一目的;具体来说,将系统中的故障静态开关隔离开来。

这种反向保护的辅助功能有助于提高系统的弹性,并且在考虑UPS系统中的反馈保护时,其通常成为更广泛讨论的话题。然而,应该强调的是,如前所述,反馈保护是为了确保人员安全和强制性的要求。

隔离故障旁路电路的功能可以使UPS系统在线,并保护关键工作负载,即使是有故障的静态开关;从系统中消除单点故障并增加容错能力。因此,在UPS的二次使用反馈保护功能,以减少故障静态开关的影响是非常受欢迎的。

单一UPS系统中的反馈保护

如图3所示,Eaton公司所提供的三相UPS设备包括一款内部反馈保护装置作为标准。其包括一款内部反馈接触器(K5),可在静态开关内自动防止故障情况。

如果一款静态开关发生故障,将其驱动到不需要的导电状态,则将在UPS输出和电源之间供电;电源可以在任一方向上根据变频器及输入电源之间的电压差和相位移动进行传输。

这种意外的电流可能导致UPS系统过载,激活变频器的电流限制,并且由于各种原因导致旁路跳闸甚至关闭。因此,故障可能对系统运行和可靠性产生重大影响。

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图3:具有静态开关和内部反馈保护(K5)的UPS

当UPS不处于旁路模式且静态旁路开关未打开时,反馈检测电路和UPS固件可以检测旁路线路中的电流。然后打开内部反馈接触器以隔离故障并防止UPS输出和电源之间的电力流动,从而允许UPS在双转换模式下仍继续运行,即使是在静态开关故障时。

警报将通知现场人员,或者远程监控站(如果使用的话)检测到了单元中的缺陷,将以激活一系列计划中的纠正措施。

并联UPS系统中的反馈保护

UPS在UPS系统中并联,以获得更高的可用性或更大的容量。图4显示了具有内部反向馈电接触器K5的分布式旁路配置的并联UPS系统。

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