Zabezpieczenie zasilania na przykładzie Data Center ISBN 978-83-269-3931-0 Rozwiązania dla obiektów i urządzeń o zwiększonych wymaganiach w zakresie ciągłości dostaw energii elektrycznej UON08 Cena: 89 zł UON08 grzbiet 5mm.indd 1 2015-04-27 08:21:47
Zabezpieczenie zasilania na przykładzie Data Center Rozwiązania dla obiektów i urządzeń o zwiększonych wymaganiach w zakresie ciągłości dostaw energii elektrycznej
Wydawca Monika Kijok Redaktor prowadzący Wiesła Waliszewski Autor: mgr inż. Wiktor Suliga AbsolwentElektrotechniki na Wydziale Elektrycznym Politechniki Śląskiej, studiów podyplomowych Facility Management zarządzanie budynkiem na AGH w Krakowie oraz Zarządzanie projektami w przedsiębiorstwie na Politechnice Śląskiej. Autor tekstów dotyczących zabezpieczenia zasilania w energię elektryczną. Opracowanie graficzne okładki Piotr Fedorczyk Koordynator produkcji Mariusz Jezierski Korekta Zespół ISBN 978-83-269-3931-0 Copyright by Wydawnictwo Wiedza i Praktyka sp. z o.o. Warszawa 2015 Wydawnictwo Wiedza i Praktyka sp. z o.o. ul. Łotewska 9a, 03-918 Warszawa, tel. 22 518 29 29, faks 22 617 60 10 Skład i łamanie: Raster studio Druk: MDruk Publikacja Zabezpieczenie zasilania na przykładzie Data Center chroniona jest prawem autorskim. Przedruk materiałów opublikowanych w niej bez zgody wydawcy jest zabroniony. Zakaz nie dotyczy cytowania publikacji z powołaniem się na źródło. Niniejsza publikacja została przygotowana z zachowaniem najwyższej staranności i wykorzystaniem wysokich kwalifikacji, wiedzy oraz doświadczenia jej twórców. Zaproponowane w niej wskazówki, porady i interpretacje dotyczą sytuacji typowych. Ich zastosowanie w konkretnym przypadku może wymagać dodatkowych, pogłębionych konsultacji. Opublikowane rozwiązania nie mogą być traktowane jako oficjalne stanowisko organów i urzędów państwowych. W związku z powyższym redakcja nie może ponosić odpowiedzialności prawnej za zastosowanie zawartych w publikacji Zabezpieczenie zasilania na przykładzie Data Center wskazówek, przykładów, informacji itp. do konkretnych przypadków. Informujemy, że Państwa dane osobowe będą przetwarzane przez Wydawnictwo Wiedza i Praktyka sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Łotewska 9a, w celu realizacji niniejszego zamówienia oraz do celów marketingowych przesyłania materiałów promocyjnych dotyczących innych produktów i usług. Mają Państwo prawo do wglądu oraz poprawiania swoich danych, a także do wyrażenia sprzeciwu wobec ich przetwarzania do celów promocyjnych. Podanie danych jest dobrowolne. Zapewniamy, że Państwa dane nie będą przekazywane bez Państwa wiedzy i zgody innym podmiotom.
Spis treści Od autora... 5 1. Wstęp... 7 2. Zasilanie w energię elektryczną obiektów typu Data Center... 9 2.1. Data Center... 9 2.2. Zasilanie w energię elektryczną... 9 2.3. Zasilanie podstawowe i rezerwowe... 16 2.4. Zasilanie awaryjne... 19 2.5. Zasilanie gwarantowane... 25 3. Zasilanie w energię elektryczną wskazówki projektowe... 48 3.1. Zespół prądotwórczy dobór mocy... 48 3.2. Zespół prądotwórczy instalacje potrzeb własnych... 51 3.3. Zasilacz bezprzerwowy dobór mocy... 53 3.4. Zasilacz bezprzerwowy instalacje potrzeb własnych... 60 3.5. Zasilanie w energię elektryczną selektywność zabezpieczeń... 63 4. Zasilanie w energię elektryczną układy zasilania... 70 4.1. Układ zasilania typu N... 70 4.2. Układ zasilania typu N + 1... 71 4.3. Układ zasilania typu N + 1 równocześnie serwisowalny... 72 www.elektryczneinstalacje.eu 3
Zabezpieczenie zasilania na przykładzie Data Center 4.4. Układ zasilania typu 2N... 74 4.5. Układ zasilania typu IP BUS... 76 5. Zasilanie w energię elektryczną ekologia... 85 5.1. Green Data Center... 85 5.2. Ekologia w kontekście zasilania w energię elektryczną... 88 6. Zasilanie w energię elektryczną modułowość... 95 6.1. Modułowość... 95 6.2. Modułowość w kontekście zasilania w energię elektryczną... 96 7. Podsumowanie... 101 8. Bibliografia... 102 9. Spis rysunków... 108 10. Spis tabel... 108 4 Wiedza i Praktyka
Od Autora Od autora Niniejsze opracowanie w sposób niezwykle przejrzysty przybliża obszerną tematykę, jaką jest zabezpieczenie zasilania w energię elektryczną nie tylko obiektów typu Data Center, ale także wszelkiego rodzaju zaawansowanych technologicznie urządzeń. Oprócz uporządkowanych definicji zawiera przydatne uwagi i wskazówki projektowe, opisy najpopularniejszych układów zasilania w tym najprawdopodobniej po raz pierwszy w literaturze polskojęzycznej, krok po kroku, wyjaśnia zalety architektury typu IP BUS, a także porusza kwestie szeroko rozumianej ekologii i modułowości. Niniejsza publikacja skierowana jest do osób zainteresowanych tematyką zabezpieczenia zasilania w energię elektryczną inwestorów, wykonawców, projektantów, elektryków i energetyków, osób opracowujących programy funkcjonalno-użytkowe, informatyków, a także studentów kierunków technicznych. Zapraszam do lektury Wiktor Suliga www.elektryczneinstalacje.eu 5
KONTROLA PRZEPISY OCHRONA INSTALACJE NORMY Oferta specjalna z kodem rabatowym dla Klientów Instalacji elektrycznych w praktyce Oświetlenie awaryjne jako element ochrony przeciwpożarowej Książka przedstawia wymagania stawiane instalacjom oświetlenia awaryjnego zawarte m.in. w rozporządzeniach o ochronie przeciwpożarowej budynków oraz w sprawie warunków, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Publikacja jest pomocna w projektowaniu tego oświetlenia, wskazując m.in., w jakich obiektach musi być zakładane, w jakich miejscach należy instalować oprawy oświetlenia ewakuacyjnego oraz znaki kierunkowe. Opisuje, jak je zasilać. Omawia także zasady eksploatacji instalacji i jej testowania. Modernizacja oświetlenia w istniejących budynkach W książce znajdą Państwo porady, jak zmodernizować oświetlenie, by było ono efektywne ekonomicznie i zgodne z nowymi przepisami. Przedstawione zostały charakterystyki nowoczesnych źródeł światła ze wskazaniem, gdzie warto je stosować. Zestawiając tradycyjne żarówki ze świetlówkami i LED, autor radzi, w jaki sposób wybierać zamienniki dla starych źródeł światła. Przedstawione w książce rady dotyczące nowych źródeł światła są przydatne nie tylko przy modernizacji oświetlenia, ale również przy projektowaniu nowych instalacji oświetleniowych. ON67 kod rabatowy uprawniający do 15% rabatu do wykorzystania w sklepie internetowym www.fabrykawiedzy.com www.fabrykawiedzy.com Centrum Obsługi Klienta: tel. 22 518 29 29
Wstęp 1. Wstęp Prawidłowe funkcjonowanie obiektów o znaczeniu krytycznym to sprawa kluczowa. Tymczasem ryzyko wystąpienia awarii zasilania jest obecnie relatywnie duże. W związku z tym, koniecznym staje się stosowanie różnego rodzaju rozwiązań zwiększających pewność dostaw energii elektrycznej. Zakłócenia występujące w sieci elektroenergetycznej mogą być krótkotrwałe (przepięcia, wahania, spadki napięcia), jak również długotrwałe (zaniki, odchylenia napięcia). Niekorzystne zmiany parametrów zasilania to efekt zjawisk powstających w sieci elektroenergetycznej, jak też w samej instalacji odbiorczej. Zjawiska te to wyładowania atmosferyczne, przełączenia, zwarcia, uszkodzenia w systemie elektroenergetycznym, rozruch i wybieg silników elektrycznych, a także praca spawarek, prostowników czy też kondensatorów w układach kompensacji mocy biernej w środowisku wyższych harmonicznych. Według rozporządzenia ministra gospodarki z 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz.U. z 2007 r. nr 93, poz. 623 ze zm.) w zależności od czasu trwania przerwy w dostawie energii elektrycznej dzielimy na: przemijające (mikroprzerwy), trwające krócej niż 1 sekundę; krótkie, trwające nie krócej niż 1 sekundę i nie dłużej niż 3 minuty; długie, trwające nie krócej niż 3 minuty i nie dłużej niż 12 godzin; bardzo długie, trwające nie krócej niż 12 godzin i nie dłużej niż 24 godziny; katastrofalne, trwające dłużej niż 24 godziny. www.elektryczneinstalacje.eu 7
Zabezpieczenie zasilania na przykładzie Data Center Według różnych źródeł niemal 97% wszystkich przerw w zasilaniu stanowią przerwy krótkie o czasie trwania poniżej 3 sekund. Wciąż wzrastająca liczba odbiorników powoduje coraz większe problemy zarówno z jakością, jak i ciągłością dostaw energii elektrycznej. Parametry napięcia zasilającego oraz dopuszczalne przedziały jego odchyleń w miejscu dostarczania energii elektrycznej do użytkowników systemu elektroenergetycznego, zasilanych z publicznych sieci niskiego napięcia (nn) do 1 kv, średniego napięcia (SN) od 1 kv do 36 kv oraz wysokiego napięcia (WN) od 36 kv do 150 kv, w normalnych warunkach eksploatacyjnych (z pominięciem stanów zwarcia, zasilania tymczasowego, złych warunków atmosferycznych i klęsk żywiołowych oraz innych zakłóceń i sytuacji niezależnych od dostawcy energii elektrycznej) definiuje norma PN-EN 50160 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych. Wymagania odnośnie do zabezpieczenia zasilania w energię elektryczną zależą od specyfiki obiektów i urządzeń wewnątrz nich zainstalowanych. Są one często określane w różnego rodzaju normach i standardach (dla obiektów typu Data Center to między innymi: ANIS/TIA-942 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers). W wielu przypadkach są to jednak jedynie wytyczne, zalecane sposoby postępowania. Urządzenia elektroniczne, w tym sprzęt IT (ang. Information Technology), są bardzo podatne na zakłócenia występujące w sieci elektroenergetycznej, praktycznie każda przerwa, a nawet mikroprzerwa w zasilaniu dłuższa niż 10 ms może spowodować ich uszkodzenie. W związku z tym obiekty typu Data Center bezsprzecznie należą do tych, które wymagają zwiększonej pewności zasilania. Bibliografia: [1] [2] [3] [4] [5] 8 Wiedza i Praktyka
2. Zasilanie w energię elektryczną obiektów typu Data Center 2.1. Data Center Zgodnie z definicją zawartą w normie ANIS/TIA-942 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers Centrum Przetwarzania Danych (CPD, Data Center) to budynek lub jego część, w którym zlokalizowane są funkcjonalnie wydzielone pomieszczenia przeznaczone dla urządzeń IT oraz wspierającej ich pracę infrastruktury technicznej. Data Center to obiekt, w którym świadczone są usługi przetwarzania danych w sposób ciągły i niezawodny. Do jego podstawowych zadań należy zapewnienie właściwych optymalnych warunków pracy zainstalowanego wewnątrz sprzętu oraz zabezpieczenie znajdujących się tam informacji przed ich zniszczeniem bądź kradzieżą. Klasyczny obiekt typu Data Center można podzielić na trzy podstawowe części: administracyjno-biurową, w której zlokalizowane są pomieszczenia przeznaczone dla zatrudnionego personelu, informatyczną (pomieszczenia urządzeń IT) oraz techniczną (pomieszczenia ruchu elektrycznego). By obiekt typu Data Center funkcjonował właściwie, niezbędne jest zasilanie w energię elektryczną. [5] [6] [7] [8] [9] 2.2. Zasilanie w energię elektryczną Podstawowym dokumentem odnoszącym się do zasilania w energię elektryczną jest rozporządzenie ministra infrastruktury www.elektryczneinstalacje.eu 9
Zabezpieczenie zasilania na przykładzie Data Center z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2003 r. nr 75, poz. 690; nr 33, poz. 270 oraz z 2004 r. nr 109, poz. 1156). Zgodnie ze wspomnianym rozporządzeniem budynek, w którym zanik napięcia elektrycznej sieci zasilającej może spowodować zagrożenie życia lub zdrowia ludzi, a także znaczne straty materialne, należy zasilać co najmniej z dwóch niezależnych źródeł energii elektrycznej, a w budynkach wysokościowych, o wysokości powyżej 55 m n.p.t, jedno ze źródeł zasilania powinno stanowić urządzenie nazywane potocznie agregatem prądotwórczym, a poprawnie zespołem spalinowo- -elektrycznym lub w skrócie zespołem prądotwórczym (czyli silnik spalinowy + prądnica synchroniczna). W obecnych czasach, nawet krótkotrwały brak dostępu do danych i aplikacji przechowywanych i przetwarzanych w obiektach typu Data Center może wiązać się z ogromnymi stratami materialnymi. Parametry oceny jakości energii elektrycznej zostały określone we wspomnianej już normie PN-EN 50160 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych, do których nawiązuje także rozporządzenie ministra gospodarki z 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz.U. z 2007 r. nr 93, poz. 623 ze zm.). Zgodnie ze wspomnianymi dokumentami: a) wartość średnia częstotliwości mierzonej przez 10 sekund powinna być zawarta w przedziale: 50 Hz +/ 1%, tj. (49,5 50,5 Hz) przez 95% tygodnia oraz 50 Hz +4%/ 6%, tj. (47 52 Hz) przez 100% tygodnia; b) średnia wartość skuteczna napięcia mierzona w czasie 10 minut w normalnych warunkach pracy powinna być 10 Wiedza i Praktyka