Какой мощности дизель-генераторная установка необходима для резервного копирования данных в центре обработки данных?

Вы определяете правильный размер для дизельный генератор для центра обработки данных Рассчитайте общую критическую нагрузку в кВт. Добавьте резервирование и запас мощности для дальнейшего роста. Преобразуйте это значение в кВА при коэффициенте мощности 0,8 в режиме ожидания с учетом специфических для объекта корректировок. Недостаточная мощность этого оборудования приводит к дорогостоящим простоям во время отключений электроэнергии. Избыточная мощность приводит к нерациональному расходованию капитала на неиспользуемую мощность и снижает эффективность. Следующие шаги обеспечивают прямой путь расчета. Вы преобразуете исходные данные об электрической мощности вашего предприятия в окончательную номинальную мощность генераторной установки.

Основные выводы

• Рассчитайте общую критическую нагрузку вашего центра обработки данных в киловаттах. Используйте измеренные значения, а не номинальные параметры, указанные на паспортной табличке. Это позволит избежать завышения мощности и неэффективного расходования капитала.

• Добавьте резервирование; увеличьте запас для дальнейшего развития. Переведите киловатты в кВА, разделив на 0,8. Примените корректировки мощности с учетом высоты над уровнем моря, температуры и времени работы от топлива.

• Для резервного питания центров обработки данных выбирайте генераторы с наилучшими характеристиками. Проверьте их мощность с помощью нагрузочного стенда. Это обеспечит надежную работу во время отключений.

Расчет суммарной критической нагрузки для вашего центра обработки данных

Нельзя рассчитывать мощность дизельного генератора для центра обработки данных наугад. Необходимо точное значение в киловаттах. Это значение отражает всё, что генератор должен будет питать в случае отключения электроэнергии. Процесс расчёта следует логической последовательности. Вы определяете каждую нагрузку, выбираете правильный источник данных, выделяете наиболее важные параметры и добавляете запас прочности. Каждый шаг основывается на предыдущем.

Перечислите нагрузки на ИТ-оборудование, системы охлаждения и вспомогательные системы.

Начните с вашего ИТ-оборудования. Подсчитайте количество стоек в вашем помещении. Умножьте это число на расчетную мощность каждой стойки. В помещении со 100 стойками по 5 кВт на стойку вырабатывается 500 кВт чистой ИТ-нагрузки. Эта цифра представляет собой серверы, системы хранения данных и сетевое оборудование, обеспечивающее бесперебойную работу вашего бизнеса.

Системы охлаждения в любом центре обработки данных потребляют значительное количество электроэнергии. Чиллеры, воздухораспределители для компьютерных залов (CRAH) и насосы — все они потребляют электричество. Эти нагрузки часто равны или превышают нагрузку от ИТ-оборудования. Необходимо учитывать каждый компонент системы охлаждения в расчетах.

Дополнительные нагрузки дополняют картину. К ним относятся потери в источниках бесперебойного питания (ИБП), освещение, системы пожаротушения, системы безопасности и системы управления зданием. Стандарт NFPA 110 определяет обязательные нагрузки, которые должен поддерживать генератор. К этой категории относятся эвакуационное освещение и пожарная сигнализация. Аварийные нагрузки рассчитываются отдельно от нормальных эксплуатационных нагрузок. Такое разделение оптимизирует выбор генератора и обеспечивает соответствие нормам.

Общая нагрузка вашего объекта отличается от нагрузки вашей ИТ-инфраструктуры. Необходимо четко определить оба показателя. Двигатели критической нагрузки работают отдельно от двигателей некритической нагрузки. Системы охлаждения, освещения и безопасности могут работать на разных генераторных цепях в зависимости от вашей схемы.

Используйте данные с паспортной таблички, а не измеренные значения.

На паспортной табличке указан максимальный ток, который может потреблять устройство. Это значение рассчитано для полной конфигурации со всеми установленными опциями. Предполагается 100% загрузка при минимальном рабочем напряжении. В реальных условиях эти предположения редко соответствуют действительности.

Указанные на паспортных табличках значения часто завышены на 40–60%. Даже без округления и учета влияния конфигурации, они могут быть как минимум на 33% выше фактического потребления. Производители указывают номинальный ток, исходя из наихудшего сценария напряжения, например, системы ИБП 90 VUS выдают 120 В или 208 В. Одна только эта разница в напряжении приводит к значительному завышению показателей.

Умножение номинального напряжения на силу тока и суммирование по всему оборудованию приводит к завышению нагрузки. Эта ошибка ведет к завышенной мощности систем бесперебойного питания и охлаждающего оборудования. Вы тратите энергию, деньги и получаете менее эффективное охлаждение.

Измеренные значения обеспечивают наиболее надежную основу для расчета мощности. Фактические измерения нагрузки можно получить из показаний ИБП, сетевых фильтров с IP-адресом или регистрирующего измерительного оборудования. Такой подход дает наилучшие данные. Измерения следует проводить в течение определенного времени, а не в момент времени. Мгновенные показания могут ввести в заблуждение, если их снимать в самый низкий момент дня.

Разделите критические и некритические нагрузки.

Не для всех нагрузок требуется резервный генератор. Критические нагрузки обеспечивают бесперебойную работу вашего центра обработки данных. Для некритических нагрузок можно подождать, пока не возобновится электроснабжение от сети.

К критически важным системам относятся ИТ-оборудование, системы охлаждения, защищающие серверы, системы пожаротушения, аварийное освещение и системы безопасности. Эти системы должны работать непрерывно во время отключения электроэнергии. Любое прерывание работы может привести к потере данных или повреждению оборудования.

К некритическим нагрузкам относятся административные помещения, комнаты отдыха, декоративное освещение и некритичные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в офисных зонах. Вы можете исключить их из расчета мощности генератора. Это исключение снижает требуемую мощность и экономит капитальные вложения.

Топология резервирования влияет на стратегию разделения нагрузки. Вы выбираете конфигурации N+1, 2N или 2N+1 до расчета мощности блоков. Резервирование требует наличия нескольких независимых блоков. Любой отдельный отказ не должен вызывать каскадную реакцию в системе. В гипермасштабном кампусе с резервированием и большой ИТ-нагрузкой может легко потребоваться несколько десятков генераторных установок большого формата, если учитывать системы охлаждения и вспомогательные критически важные источники энергии.

Топология резервирования (N+1, 2N, 2N+1) требует наличия нескольких независимых блоков, чтобы любой отдельный отказ не вызывал каскадных последствий. В гипермасштабном кампусе с резервной конфигурацией и большой ИТ-нагрузкой может легко потребоваться несколько десятков генераторных установок большого формата, если учитывать системы охлаждения и вспомогательные двигатели критической нагрузки.

Для обеспечения запаса прочности применяйте правило 80%-ной нагрузки.

Генераторы работают наиболее эффективно при нагрузке ниже их максимальной номинальной мощности. Правило 80% нагрузки позволяет поддерживать генератор в безопасных рабочих пределах. Это правило означает, что генератор следует выбирать таким образом, чтобы нагрузка использовала не более 80% его мощности.

Запас прочности зависит от типа объекта. Для жилых помещений требуется от 15% до 20% запаса прочности сверх критической нагрузки. Для коммерческих или масштабируемых объектов — от 25% до 30%. Для критически важных объектов, где потери электроэнергии недопустимы, таких как центры обработки данных, требуется от 30% до 40% запаса прочности сверх критической нагрузки. Генераторы с номинальной мощностью, используемые в повседневной эксплуатации, требуют еще большего запаса прочности.

Примените коэффициент роста от 10% до 20% к вашей ИТ-нагрузке. ИТ-нагрузка в 500 кВт с коэффициентом роста 1,2 превратится в прогнозируемую нагрузку в 600 кВт. Добавьте нагрузки от инфраструктуры, связанные с потерями в ИБП, холодильным оборудованием, освещением и противопожарными системами. Затем добавьте запас прочности в 15% или более.

В следующей таблице показано, как соотносятся чистая ИТ-нагрузка, показатель PUE объекта и рекомендуемые номинальные мощности генераторов.

Расчеты выполняются по четкой схеме. Определите чистую ИТ-нагрузку, умножив количество стоек на расчетную мощность в кВт на стойку. Умножьте ИТ-нагрузку на коэффициент эффективности использования электроэнергии (PUE) вашего объекта. На этом этапе вы получите критическую нагрузку объекта. Добавьте запас мощности в 20–25% для учета влияния температуры окружающей среды и высоты над уровнем моря. В результате вы получите требуемую мощность генератора.

Для кластеров ИИ следует использовать более жесткие требования к параллельному выполнению, чем для корпоративных вычислительных систем общего назначения. Планирование заданий в рабочих нагрузках ИИ более синхронизировано. Колебания энергопотребления на уровне стойки более резкие. В залах ИИ с жидкостным охлаждением показатель PUE обычно составляет от 1,15 до 1,30 в зависимости от климата, конструкции системы отвода тепла и уровня резервирования.

Выбирайте генераторное оборудование, рассчитанное на непрерывную работу в соответствии со стандартом ISO 8528-1 для центров обработки данных (DCC). Для объектов уровня Tier III и Tier IV Института Uptime требуется именно этот рейтинг, а не рейтинг аварийного резервного питания (ESP). Это различие важно для соответствия требованиям и надежности.

В качестве стандартов для данного расчета используются ASHRAE TC 9.9, стандарты Uptime Institute Tier Standards, NFPA 75, NFPA 76, NFPA 2001, IEEE, IEC и ANSI/TIA-942. Эти стандарты определяют вашу методологию и гарантируют, что ваш дизельный генератор для центра обработки данных соответствует отраслевым требованиям.

Применение резервирования и корректировки мощности генератора в зависимости от его мощности

Расчет критической нагрузки дает вам базовое значение. Это значение представляет собой минимальную мощность, необходимую вашему объекту. В реальных условиях эксплуатации центров обработки данных требуются не только минимальные значения. Необходимо предусмотреть резервирование для обеспечения отказоустойчивости. Необходимо учесть переходные процессы, которые резко возрастают во время запуска. Необходимо преобразовать значение активной мощности в номинальную мощность, указанную производителями. Необходимо скорректировать расчет с учетом конкретных условий на объекте. Каждый из этих факторов влияет на окончательный размер генератора.

Как конфигурации N, N+1 и 2N меняют математические вычисления

Резервирование определяет количество устанавливаемых генераторов. Выбранная вами конфигурация напрямую увеличивает требуемую мощность. В проектировании центров обработки данных доминируют три основные модели.

Влияние на пропускную способность значительно различается в зависимости от используемой модели.

Сначала рассчитайте свою мощность N. Эта цифра представляет собой количество генераторов, необходимых для обеспечения полной критической нагрузки. Для критической нагрузки в 2 МВт может потребоваться четыре генератора мощностью 500 кВт, работающих параллельно. Такая конфигурация дает вам мощность N.

Конфигурация N+1 добавляет еще один генератор к параллельной шине. Теперь у вас пять блоков мощностью 500 кВт. Любой отдельный генератор может выйти из строя или отключиться для технического обслуживания. Оставшиеся четыре блока по-прежнему будут выдерживать полную нагрузку в 2 МВт. Такая конфигурация обеспечивает отказоустойчивость при единичных неисправностях.

Система 2N удваивает мощность всей вашей генераторной установки. Вы устанавливаете два полностью независимых комплекта по четыре генератора в каждом. Каждый комплект работает на собственной шине. Каждый комплект имеет собственную систему подачи топлива и управления. Один комплект может выйти из строя без влияния на другой. Такая конфигурация обеспечивает максимальную доступность для критически важных операций.

Выбор резервирования существенно влияет на общую установленную мощность. Для нагрузки в 2 МВт требуется 2 МВт мощности N. Для той же нагрузки требуется 2,5 МВт мощности N+1. Для конструкции 2N требуется 4 МВт установленной мощности. Необходимо сопоставить стоимость дополнительных генераторов с требованиями к времени безотказной работы вашего объекта.

Учитывайте зарядку от ИБП и ступенчатые нагрузки.

Ваша система бесперебойного питания создает две дополнительные категории нагрузки. Вы должны учесть обе при расчете мощности генератора.

Зарядка ИБП относится к первой категории. При отключении электроэнергии от сети батареи вашего ИБП разряжаются, чтобы взять на себя нагрузку. Генератор запускается и принимает нагрузку на себя. Затем ИБП начинает заряжать свои батареи. Этот процесс зарядки потребляет значительное количество энергии от генератора. Зарядка увеличивает вашу критическую нагрузку в установившемся режиме.

Потери при преобразовании в ИБП представляют собой вторую категорию. Каждая система ИБП теряет часть мощности при преобразовании переменного тока в постоянный и постоянного тока в переменный. Эти потери обычно составляют от 3% до 5% от номинальной мощности ИБП. Необходимо добавить эти потери к расчету общей нагрузки.

Имеющиеся рекомендации рассматривают потери при зарядке и преобразовании ИБП как обязательные входные данные для графика нагрузки центра обработки данных и расчета мощности генераторов. Конкретного числового значения или формулы для дополнительной мощности генераторов не существует. Необходимо оценивать дополнительную мощность для каждого проекта отдельно. Моделируйте потребность в зарядке ИБП и синхронизированные ступенчатые нагрузки вместе со всеми остальными нагрузками объекта.

Ступенчатые нагрузки создают наиболее сложные переходные процессы. Ступенчатая нагрузка возникает, когда одновременно запускается большой блок оборудования. Чиллеры вашей системы охлаждения являются распространенным источником ступенчатых нагрузок. После отключения электроэнергии все чиллеры могут попытаться запуститься одновременно. Этот одновременный запуск создает скачок тока, который может в несколько раз превышать ток в установившемся режиме.

Ваш генератор должен справляться с этими переходными процессами без обвала напряжения или отклонения частоты. Способность генератора восстанавливаться после ступенчатых нагрузок зависит от его инерции, системы возбуждения и реакции регулятора двигателя. Для применения в центрах обработки данных следует выбирать генераторы с быстрыми переходными характеристиками.

Крупные системы бесперебойного питания (ИБП) могут помочь справиться со ступенчатыми нагрузками. ИБП выступает в качестве буфера между генератором и ИТ-нагрузкой. ИБП поддерживает ИТ-нагрузку, пока генератор стабилизирует её. Такая схема снижает переходную нагрузку на генератор. Для оптимизации этого взаимодействия следует согласовать характеристики ИБП и генератора.

Преобразование кВт в кВА с использованием коэффициента мощности 0,8.

В результате расчета нагрузки получается значение в киловаттах. производители генераторов Они публикуют свои характеристики в киловольт-амперах. Вам необходимо перевести значения между этими двумя единицами измерения, чтобы выбрать правильное оборудование.

В отрасли производства генераторных установок стандартизирован коэффициент мощности 0,8 с отставанием по фазе. Этот стандарт позволяет генераторной установке достигать максимально возможной выходной мощности при наименьших размерах двигателя. Большинство промышленных нагрузок, включая двигатели, трансформаторы и балласты освещения, являются индуктивными и, естественно, работают с коэффициентом мощности около 0,8 с отставанием по фазе. Номинальный коэффициент мощности 0,8 позволяет производителям указывать максимальную кажущуюся мощность, которую может выдавать генератор, обеспечивая при этом достаточную мощность двигателя для соответствующей активной мощности.

Генераторы рассчитаны на полную мощность, которая покрывает как активную, так и реактивную нагрузку. Двигатели рассчитаны на мощность на выходном валу, поэтому на их паспортной табличке не указывается реактивная мощность. Генератор должен выдерживать весь ток, как активный, так и реактивный. Фактический предел определяется обмотками, тепловыми и системами возбуждения. По мере снижения коэффициента мощности потребляемая мощность в кВА остается той же, но при этом выполняется меньше реальной работы. При коэффициенте мощности ниже номинального, обычно 0,8, выходная мощность в кВт снижается, но тепловыделение и нагрузка остаются прежними. Именно поэтому генераторы часто имеют пониженную мощность при более низких коэффициентах мощности, в то время как двигатели не имеют такого ограничения.

• Коэффициент мощности варьируется от 0 до 1, и более высокий коэффициент мощности означает, что кВА преобразуется в полезные кВт более эффективно.

• Генераторы с коэффициентом мощности 0,8–0,9 являются предпочтительными.

• Для перевода кВА в кВт: умножьте кВА на коэффициент мощности. Пример: 375 кВА × 0,8 = 300 кВт.

• Для перевода кВт в кВА: разделите кВт на коэффициент мощности. Пример: 300 кВт ÷ 0,8 = 375 кВА.

Этот коэффициент пересчета применяется к общей критической нагрузке. Критическая нагрузка в 2 МВт, разделенная на 0,8, равна 2500 кВА. Эта цифра представляет собой минимальную кажущуюся мощность, которую должен обеспечивать дизельный генератор вашего центра обработки данных. Затем к этой базовой величине применяются коэффициенты резервирования и снижение мощности на объекте.

Скорректируйте параметры с учетом высоты над уровнем моря, температуры и времени работы двигателя на одном баке топлива.

Стандартные характеристики генераторов рассчитаны на определенные базовые условия. Производители указывают характеристики своего оборудования при температуре окружающей среды 25°C и высоте 100 метров над уровнем моря. Условия на вашем объекте редко соответствуют этим базовым показателям. Вам необходимо снизить номинальные характеристики генератора в соответствии с вашими фактическими условиями эксплуатации.

Вы рассчитываете доступную производительность, используя факторы высоты и температуры.

Доступная мощность = Номинальная мощность × Коэффициент высоты над уровнем моря × Температурный коэффициент

Пример: 1000 кВт × 0,92 (высота над уровнем моря) × 0,97 (температура) = 892,4 кВт доступной мощности.

В таблице ниже показана приблизительная доступная мощность на различных высотах.

Как правило, производители требуют снижения номинальной мощности на высотах от 500 до 1000 футов в зависимости от конструкции двигателя.

Снижение номинальной мощности при изменении температуры происходит по аналогичной схеме.

1. Стандартные условия эксплуатации: 77°F (25°C).

2. Умеренное воздействие: при температуре около 35°C (95°F) — незначительное снижение характеристик.

3. Измеримое снижение номинальной мощности: выше 40°C (104°F).

4. Значительная потеря мощности: приближается к 122°F (50°C).

5. Вместо того чтобы полагаться на общие предположения, следует ориентироваться на характеристики, предоставленные производителем.

Снижение номинальной мощности генератора особенно важно для центров обработки данных, где обеспечение бесперебойного электроснабжения и соблюдение сроков службы оставляют мало места для ошибок. Если генератор не может выдерживать полную критическую нагрузку из-за снижения его мощности в зависимости от высоты над уровнем моря или температуры, время работы может быть нарушено. При планировании резервного электроснабжения необходимо учитывать специфические условия объекта и рост нагрузки.

Региональные особенности влияют на вашу стратегию снижения рейтинга.

Требования к времени работы от топлива добавляют еще один аспект к расчетам необходимой мощности. Стандарт NFPA 110 определяет продолжительность работы системы аварийного электроснабжения на полной номинальной мощности без дозаправки в часах. Для класса 2 требуется 2 часа. Для класса 48 — 48 часов. Для класса X обычно требуется 96 часов.

• Стандарт NFPA 110 «Классификация» определяет продолжительность работы системы EPSS на полной номинальной мощности без дозаправки в часах; например, для класса 2 требуется 2 часа, для класса 48 — 48 часов, а для класса X обычно — 96 часов.

• В соответствии с требованиями NFPA 110 к топливу действует правило 133%: на объекте должно храниться 133% топлива, указанного для соответствующего класса. Например, для системы класса 48, требующей 9000 галлонов топлива на 48 часов, потребуется не менее 12000 галлонов на объекте.

В стандарте NFPA 110 классификация определяет минимальное время работы системы EPSS без дозаправки, при этом классы варьируются от класса 0.083 (5 минут) до класса X (продолжительность, определяемая пользователем). Емкость вашего топливного бака должна соответствовать требуемому классу времени работы. Вы также должны убедиться, что ваш генератор может поддерживать полную нагрузку в течение всего требуемого времени работы.

Выбор и проверка дизельного генератора для центра обработки данных

Сравните режимы ожидания и основной режим работы.

Необходимо выбрать правильную номинальную мощность для вашего приложения. Номинальная мощность в режиме ожидания подходит для аварийного резервирования с ограниченным количеством часов работы в год. Номинальная мощность в основном режиме обеспечивает непрерывную работу с неограниченным количеством часов при переменной нагрузке. Для обеспечения критически важной надежности центрам обработки данных обычно требуется оборудование с номинальной мощностью в основном режиме.

Укажите переключатели нагрузки и параллельное оборудование.

Конфигурация переключателя нагрузки определяет плавность переключения питания во время отключения электроэнергии. Разомкнутый переключатель создает кратковременное прерывание, которое ИБП должен преодолеть. Замкнутый переключатель обеспечивает нулевое воспринимаемое прерывание для чувствительных ИТ-нагрузок. Для критически важных приложений в центрах обработки данных следует использовать переключатели с замкнутым переключателем.

Параллельное подключение генераторов позволяет нескольким генераторам распределять нагрузку. Такая конфигурация обеспечивает резервирование на случай отказа одного из агрегатов или необходимости его обслуживания. Ваша система управления должна предотвращать переключение нагрузки до тех пор, пока все параллельно подключенные генераторы не достигнут стабильного напряжения и частоты.

Решения LEHUI Generator для резервного копирования критически важных данных

ЛЕХУИ Компания LEHUI предлагает надежные решения для электропитания, разработанные специально для центров обработки данных. Генераторы LEHUI оснащены электронными регуляторами скорости для быстрой стабилизации напряжения. В линейку продукции LEHUI входят генераторы с постоянными магнитами и автоматическими платами регулирования напряжения, обеспечивающими колебания напряжения менее 0,5%. LEHUI поддерживает параллельную работу с автоматической синхронизацией и распределением нагрузки. Вы получаете доступ к местным сервисным сетям и договорам на техническое обслуживание, включающим замену фильтров, масла и тестирование под нагрузкой.

Выполните проверку по контрольному списку.

Прежде чем принять решение о покупке дизельного генератора для центра обработки данных, проверьте следующие параметры:

• Номинальная мощность соответствует расчетной нагрузке с запасом по мощности.

• Системы запуска включают в себя резервные батареи или двойные стартеры.

• Блоки управления обнаруживают сбои в сети и интегрируются с системами управления зданием.

• Система хранения топлива обеспечивает необходимый вам класс времени работы.

• Сертификаты оборудования соответствуют стандартам ISO 8528 и NFPA 110.

Перед окончательной установкой проведите испытания с помощью нагрузочного стенда. Применяйте нагрузку с шагом 25%, 50%, 75% и 100%. На каждом уровне отслеживайте стабильность напряжения, частотную характеристику и эффективность охлаждения.

Теперь у вас есть понятная формула расчета мощности. Сложите общую критическую мощность в кВт, резервирование и запас мощности для дальнейшего рас