G

Tóm tắt. Bộ lọc hài bậc cao chủ động cho các ứng dụng trung tâm dữ liệu phải đáp ứng tiêu chuẩn chấp nhận khác với thiết bị nhà máy: tải không bao giờ tắt, phổ hài thay đổi theo mức sử dụng CNTT và mọi thành phần phải được bảo trì mà không làm gián đoạn đường dẫn quan trọng. Hướng dẫn này giải thích cách bộ chỉnh lưu UPS, bộ nguồn máy chủ và ổ đĩa làm mát tương tác để tạo ra phổ đạt đỉnh ở tải một phần, cách THDi hoạt động trên phạm vi tải CNTT và cách định cỡ và cấu hình bộ lọc với triết lý N+1. Nó bao gồm gia nhiệt trung tính bốn dây, giám sát và ghi nhật ký theo đơn đặt hàng để báo cáo cho người thuê, các sắp xếp dự phòng và quy trình xác minh đáp ứng cả nhóm cơ sở và tiện ích.

Điều gì làm cho hành vi hài hòa của trung tâm dữ liệu khác biệt?

Một phòng dữ liệu trình bày một hỗn hợp tải khác với bất kỳ nhà máy công nghiệp nào. Bộ chỉnh lưu UPS hai chuyển đổi rút ra dòng điện bị biến dạng cao nhất về mặt phần trăm ở tải một phần, bộ nguồn chế độ chuyển mạch máy chủ đưa hài bậc ba vào dây trung tính trên các nhánh một pha và ổ đĩa nhà máy làm mát thêm một mẫu năm xung thay đổi chậm hơn. Phổ kết hợp thay đổi liên tục khi mức sử dụng CNTT di chuyển, vì vậy một bộ lọc được định cỡ đúng cho tải thiết kế có thể không phù hợp vào lúc ba giờ sáng.

Sự khác biệt thứ hai là hậu quả của sự gián đoạn. Trong một nhà máy, sự cố bộ lọc gây tốn kém sản xuất trong một giờ. Trong một phòng dữ liệu, nó có nguy cơ gây ra sự cố cho người thuê và phạt hợp đồng. Điều đó thúc đẩy ba yêu cầu thiết kế: bộ lọc phải được bảo trì khi phòng đang hoạt động, nó phải lỗi sang trạng thái an toàn thay vì kéo thanh cái xuống và công suất của nó phải được lập kế hoạch với dự phòng thay vì sử dụng 100 phần trăm.

Sự khác biệt thứ ba là đo lường. Các trung tâm dữ liệu được đo, ghi nhật ký và báo cáo. Người thuê và kiểm toán viên yêu cầu bằng chứng về chất lượng điện năng và ngày càng nhiều dữ liệu hài bậc theo đơn đặt hàng thay vì một con số THD duy nhất. Do đó, một bộ lọc có ghi nhật ký và giao tiếp không phải là một bổ sung: nó trở thành một phần của chuỗi bằng chứng tuân thủ, cùng với hồ sơ hiệu suất UPS và báo cáo PUE.

Cuối cùng, cấu trúc liên kết điện tập trung rủi ro. Các phòng mật độ cao sử dụng phân phối thanh cái với trở kháng tối thiểu giữa đầu ra UPS và tải CNTT, do đó dòng điện hài lan truyền nhanh chóng và dây dẫn trung tính mang tổng bậc ba từ nhiều tải một pha. Việc quá khổ dây trung tính và bù bốn dây là thực hành thiết kế thông thường, không phải là một cải tiến tùy chọn.

Sự thay đổi phổ trên phạm vi tải. Ở tải CNTT đầy đủ, bộ chỉnh lưu UPS chiếm ưu thế và phổ tương đối hoạt động tốt. Ở tải thấp, bộ chỉnh lưu có thể hoạt động ở chế độ dẫn khác trong khi bộ nguồn máy chủ tiếp tục rút ra các hài bậc lẻ đặc trưng của chúng, do đó bậc chiếm ưu thế có thể thay đổi từ bậc 5 và 7 sang bậc 3, 5 và 9. Một bộ lọc được cấu hình cho một điểm hoạt động có thể khiến điểm khác bị lộ, đó là lý do tại sao việc lựa chọn bậc có thể lập trình và xác minh ở nhiều mức tải đều được yêu cầu thay vì tùy chọn.

Tại sao giảm thiểu hài hòa là yêu cầu thương mại trong các phòng dữ liệu

1. Giải phóng dung lượng máy biến áp và máy phát điện. Dòng điện hài làm nóng cuộn dây máy biến áp và giảm dung lượng sử dụng được. Giảm biến dạng dòng điện cho phép cùng một máy biến áp mang tải thực nhiều hơn, trì hoãn chi phí vốn cho dung lượng bổ sung — thường là lập luận tài chính lớn nhất để lắp đặt bộ lọc.

2. Kiểm soát gia nhiệt dây trung tính và thanh cái. Hài bậc ba cộng lại trong dây trung tính, và trong các phòng mật độ cao, dây trung tính có thể mang nhiều dòng điện hơn dây pha. Một AHF trung tâm dữ liệu 100A với bù bốn dây giải quyết trực tiếp vấn đề này, trong khi thiết bị ba dây để lại rủi ro chưa được giải quyết.

3. Cải thiện hiệu suất UPS và tuổi thọ pin. Dòng điện đầu vào bị biến dạng làm tăng tổn thất trong bộ chỉnh lưu và tăng nhiệt độ bên trong. Dòng điện đầu vào sạch hơn làm giảm ứng suất nhiệt lên các tụ điện, là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hết tuổi thọ của UPS.

4. Tuân thủ quy định của tiện ích và lưới điện có thể kiểm toán được. Khi tiện ích đo phát xạ hài tại lối vào dịch vụ, việc ghi nhật ký theo bậc từ bộ lọc cung cấp bằng chứng cần thiết khi xem xét, mà không cần khảo sát bằng bộ phân tích tạm thời.

5. Đáp ứng báo cáo cho người thuê. Các hợp đồng đồng định vị ngày càng tham chiếu đến chất lượng điện năng. Một bộ lọc ghi lại THDi, PF và dòng điện trung tính theo thời gian biến nghĩa vụ hợp đồng thành báo cáo định kỳ.

6. Có thể đạt được dự phòng mà không cần tăng gấp đôi chi phí. Khung mô-đun cho phép N+1 ở cấp độ mô-đun: một giá đỡ gồm bốn mô-đun trong đó ba mô-đun mang tải có nghĩa là một mô-đun bị lỗi sẽ được thay thế trong một cửa sổ đã lên lịch mà không làm mất khả năng bù. Một APF mô-đun gắn trên giá đỡ là khối xây dựng thông thường cho sắp xếp này.

7. Phải xem xét hoạt động của máy phát điện và ATS. Các phòng dữ liệu chạy bằng máy phát điện trong thời gian mất điện tiện ích, và máy phát điện có trở kháng nguồn cao hơn nhiều so với nguồn cung cấp tiện ích. Dòng điện hài có thể chấp nhận được trên nguồn điện tiện ích có thể tạo ra biến dạng điện áp không thể chấp nhận được trên máy phát điện, gây ra sự bất ổn đầu vào của UPS. Độ lợi bộ lọc và lựa chọn bậc thường yêu cầu một bộ tham số riêng cho hoạt động của máy phát điện và logic chuyển đổi phải kích hoạt nó tự động.

Cách chỉ định và triển khai AHF trong phòng dữ liệu

Bước 1 — Khảo sát ở ba mức tải. Ghi lại phổ ở 30, 60 và 90 phần trăm tải CNTT. Phổ trung tâm dữ liệu thay đổi hình dạng theo mức sử dụng, và việc định cỡ dựa trên một ảnh chụp nhanh duy nhất sẽ sai lệch dòng điện ở các điểm hoạt động khác.

Bước 2 — Định cỡ theo nhu cầu tối đa có khoảng trống. Sử dụng phương pháp RMS tương tự như bất kỳ dự án công nghiệp nào, nhưng thêm khoản dự phòng một cách rõ ràng: nếu yêu cầu N+1, dung lượng lắp đặt phải đáp ứng mục tiêu với một mô-đun không hoạt động.

Bước 3 — Chọn khung lắp đặt sớm. Các mô-đun giá đỡ đi vào phòng UPS hoặc tủ chất lượng điện chuyên dụng; tủ sàn phù hợp với bảng điện LV chính. Xác nhận truy cập phía trước, lối vào cáp và luồng không khí trước khi phòng được xây dựng, vì việc lắp đặt hệ thống làm mát vào một phòng dữ liệu đã hoàn thành sẽ tốn kém hơn nhiều so với bản thân bộ lọc. Một tủ đứng sàn 75A phù hợp với việc lắp đặt trung tâm; các mô-đun giá đỡ phân phối tốt hơn trên các nguồn cấp thanh cái.

Bước 4 — Cấu hình lựa chọn bậc một cách thận trọng. Kích hoạt mọi bậc với độ lợi mạnh là một lỗi phổ biến khi vận hành trong các phòng có nhiều bộ chuyển đổi. Bắt đầu với các bậc chiếm ưu thế đã đo, xác minh sự ổn định so với vòng điều khiển UPS, sau đó mở rộng phạm vi nếu THDi còn lại biện minh cho nó.

Bước 5 — Tích hợp giám sát với BMS. Hiển thị dòng điện, nhiệt độ, trạng thái và cảnh báo trên mỗi mô-đun qua RS485 hoặc Ethernet, và xác nhận giao thức với nhà tích hợp BMS trước khi lắp đặt. Một bộ lọc chỉ báo cáo đèn xanh sẽ không mang lại giá trị hoạt động trong một cơ sở được giám sát.

Bước 6 — Xác minh dưới tải với báo cáo có tài liệu. Đo trước và sau ở cùng một tải CNTT, ghi lại giá trị pha và trung tính, và lưu trữ dấu vết cùng với tài liệu vận hành. Báo cáo này là những gì nhóm cơ sở trình bày khi người thuê hỏi liệu chất lượng điện năng có đáp ứng hợp đồng hay không.

Đối với các phòng cũng có phơi nhiễm công suất phản kháng, AHF có khả năng phản kháng có thể giữ hệ số công suất ở đầu vào mà không cần ngân hàng tụ điện riêng, loại bỏ một hạng mục bảo trì khỏi một phòng không có không gian cho nó. Khi phòng được cấp nguồn từ nhiều máy biến áp, hãy đặt bộ bù cho mỗi máy biến áp thay vì trung tâm, để sự cố máy biến áp không khiến bộ cấp liệu còn lại không được bù. Toàn bộ dải AHF bao gồm các định dạng treo tường, giá đỡ và tủ, và các phòng nhỏ có thể bắt đầu với một mô-đun 30A và mở rộng khi mật độ tăng lên.

Phân phối thanh cái và bù theo tầng. Trong các phòng mật độ cao, máy biến áp cấp nguồn cho một ống dẫn thanh cái với các hộp đấu nối cho mỗi tầng hoặc mỗi phòng. Bù tại ống dẫn xử lý toàn bộ tòa nhà như một tải; bù tại mỗi hộp đấu nối giữ cho dòng điện sạch nhất gần máy chủ nhất và giảm tổn thất thanh cái. Sự thỏa hiệp thực tế là một thiết bị trung tâm tại ống dẫn để giảm biến dạng cơ bản cộng với các mô-đun nhỏ tại các hộp đấu nối tải nặng, chấp nhận rằng mỗi điểm lắp đặt cần có bộ sắp xếp CT và địa chỉ riêng trên bus giám sát.

Những cạm bẫy phổ biến trong các dự án phòng dữ liệu. Bốn trường hợp xuất hiện lặp đi lặp lại: định cỡ từ một cuộc khảo sát vận hành được thực hiện ở tải 20 phần trăm; lắp đặt bộ lọc ba dây vì đầu ra UPS là ba dây trong khi phân phối CNTT là bốn dây; cài đặt độ lợi quá mạnh và làm mất ổn định đầu vào UPS; và bỏ sót bộ lọc khỏi danh sách tích hợp BMS, do đó nhóm vận hành không bao giờ thấy cảnh báo của nó. Mỗi lỗi đều rẻ để ngăn chặn ở giai đoạn thiết kế và tốn kém để sửa chữa trong một phòng đang hoạt động.

Đánh giá máy biến áp trước bộ lọc. Gia nhiệt hài làm giảm định mức máy biến áp theo một yếu tố phụ thuộc vào thành phần tổn thất dòng điện xoáy, không chỉ đơn giản là THDi. Hai phòng có bộ lọc giống hệt nhau và THDi giống hệt nhau có thể có nhiệt độ cuộn dây rất khác nhau nếu một máy biến áp được chỉ định có xếp hạng K và máy kia thì không. Khi máy biến áp hiện có không có xếp hạng hài, bộ lọc có thể cần bù sâu hơn mức mục tiêu tuân thủ biện minh, chỉ để giữ cho cuộn dây bên trong lớp cách điện của nó trong tải mùa hè cao điểm.

Lập kế hoạch cửa sổ vận hành trong giai đoạn thiết kế. Ngay cả các mô-đun nóng có thể thay thế cũng cần cấp điện ban đầu, và cấp điện yêu cầu một cửa sổ ngắn mà trong đó bộ cấp liệu được cách ly. Trên một phòng đang hoạt động, cửa sổ đó được đàm phán trước nhiều tháng. Tài liệu hóa nó như một phần của chương trình thiết kế tránh tình huống quen thuộc khi một bộ lọc đã hoàn thành nằm trong thùng của nó vì không có thời gian ngừng hoạt động nào được đảm bảo, trong khi thời hạn tuân thủ tiện ích đang đến gần.

Tài liệu hóa đường cơ sở. Giữ khảo sát trước khi lắp đặt làm tài liệu được kiểm soát với lớp thiết bị, ngày hiệu chuẩn, điểm đo và phần trăm tải CNTT. Khi tiện ích hoặc người thuê thách thức kết quả mười tám tháng sau, tài liệu đó cộng với báo cáo vận hành là toàn bộ chuỗi bằng chứng. Nếu không có nó, nhật ký của bộ lọc cho thấy sự cải thiện nhưng không thể chứng minh điều kiện ban đầu, và cuộc tranh luận trở thành vấn đề uy tín thay vì đo lường.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao THDi cao hơn khi phòng dữ liệu tải nhẹ?

THDi là tỷ lệ dòng điện hài so với dòng điện cơ bản. Ở tải CNTT nhẹ, dòng điện cơ bản giảm nhanh hơn nội dung hài từ UPS và bộ nguồn, do đó phần trăm tăng lên ngay cả khi dòng điện hài tuyệt đối thấp hơn. Định cỡ theo dòng điện, không phải theo phần trăm.

Tôi có cần bộ lọc bốn dây trong phòng dữ liệu ba pha không?

Thường là có, vì các giá đỡ máy chủ được cấp nguồn từ các nhánh một pha và các hài bậc ba cộng lại trong dây trung tính. Đo dòng điện trung tính ở mức đỉnh trước khi quyết định; nếu nó gần hoặc vượt quá dòng điện pha, cần phải bù bốn dây.

Bộ lọc có thể được bảo trì mà không cần tắt phòng không?

Với thiết kế mô-đun nóng có thể thay thế và dung lượng N+1, có. Thay thế một mô-đun mất vài phút và không làm gián đoạn tải CNTT. Các thiết bị nguyên khối yêu cầu thời gian ngừng hoạt động, điều này thường không thể chấp nhận được trong một phòng dữ liệu đang hoạt động.

CT nên được lắp đặt ở đâu?

Ở phía tải của bộ lọc, đo dòng điện mà phòng thực sự rút ra. Vị trí hạ nguồn của bộ lọc khiến bộ điều khiển điều chỉnh đầu ra của chính nó, điều này tạo ra dao động và hiệu suất kém rõ ràng.

AHF có can thiệp vào hoạt động của UPS không?

Không với việc vận hành thận trọng. Bộ lọc phản ứng với dòng tải trong khi UPS điều chỉnh điện áp, do đó hai vòng lặp tác động lên các đại lượng khác nhau. Cài đặt độ lợi mạnh có thể tạo ra sự tương tác, đó là lý do tại sao lựa chọn bậc và độ lợi được đặt dựa trên dữ liệu đo được.

Bộ lọc hỗ trợ báo cáo PUE hoặc hiệu suất như thế nào?

Bằng cách giảm tổn thất hài hòa trong máy biến áp, cáp và bộ chỉnh lưu UPS, và bằng cách cung cấp dữ liệu chất lượng điện năng được ghi nhật ký. Khoản tiết kiệm thể hiện dưới dạng tổn thất phân phối thấp hơn và nhật ký hỗ trợ yêu cầu báo cáo thay vì thay thế nó.

Kết luận

Việc giảm thiểu hài hòa trung tâm dữ liệu là một vấn đề dự phòng và bằng chứng cũng như vấn đề điện. Khảo sát ở ba mức tải, định cỡ theo dòng điện với khoản dự phòng N+1, chọn nền tảng mô-đun bốn dây có truy cập phía trước, vận hành một cách thận trọng so với vòng lặp UPS và ghi lại các giá trị trước và sau. Thực hiện theo cách này, bộ lọc giải phóng dung lượng máy biến áp, bảo vệ dây trung tính và cung cấp cho nhóm cơ sở một báo cáo mà họ có thể giao cho người thuê hoặc kiểm toán viên.

Lập kế hoạch chất lượng điện năng cho một phòng mới hoặc nâng cấp? Gửi cho chúng tôi sơ đồ một đường, xếp hạng UPS và hồ sơ tải CNTT, và chúng tôi sẽ đề xuất một bố cục khung với dự phòng, các điểm giám sát và mẫu báo cáo vận hành. Liên hệ với nhóm trung tâm dữ liệu của chúng tôi để nhận báo giá.