認證的電能質量監(jiān)測和消防強化

序言

數(shù)字數(shù)據(jù)量持續(xù)快速穩(wěn)定增長。尤其是由加密貨幣引起的，如B特B(XBT)、以太幣(ETH)、萊特幣(LTC)等，或者，例如，由區(qū)塊鏈進程，一個工作在各種網絡服務器上的準類型數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)交換需求的增加也增加了對全球大規(guī)模規(guī)劃、建設和維護的數(shù)據(jù)中心的需求。 然而，電力領域的數(shù)據(jù)中心面臨著復雜的挑戰(zhàn)，可能影響(法律上的)安全運營。

基本要求

在規(guī)劃數(shù)據(jù)中心的能源供應時，必須考慮到許多要求：

-- 在能源供應和環(huán)境條件方面的安全位置

-- 高能效，以最小化運營成本

-- 通過使用冗余，例如，最大限度地提供(即時插入1-4級。 UPS，發(fā)電機

-- 高度安全（防火、出入、防御網絡攻擊）

-- 所用運行資源的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性

-- 可擴展性

問題描述

各種研究表明，電能質量問題每年要花費數(shù)十億美元。 早在2007年，“2007年泛歐LPQI電力質量調查”的研究表明，損失達1570億歐元/年。 在此過程中，對所有人的挑戰(zhàn)繼續(xù)增加。 尤其是數(shù)據(jù)中心。 原因如下：

（1）電源干擾電平

-- 非線性負載(LED照明、計算機、充電設備、變頻器等)的強勁增長。) 產生諧波

-- 增加分散的饋入(例如 風電，光伏系統(tǒng))，導致電壓維護不穩(wěn)定

插圖：Jan Meyer博士，TU Dresden，關于網格污染非線性消費者和分散饋電的網格質量監(jiān)測的必要性。

（2）干擾電平的影響：

-- 較新的設備（如服務器、控制器、電梯、火災報警系統(tǒng)等）對噪音水平更敏感，可能會發(fā)生故障。

-- 整個部件可以被銷毀

-- 生命周期減少

-- 業(yè)務中斷要花很多錢

-- 系統(tǒng)故障時的復雜性，因為原因通常無法識別

-- 使用的測量設備不能充分檢測故障

-- 沒有數(shù)據(jù)記錄，由于表計的供電和通信也受到干擾

-- 最終，根本原因分析需要昂貴且有經驗的專業(yè)人員。

解決辦法

正如開頭所描述的，電力質量問題可能會導致中斷和停電，這總是與努力和成本有關。 特別是在數(shù)據(jù)中心部分，在那里，通過許多投資密集的冗余實際上可以避免故障和可能的損害(例如 UPS，發(fā)電機，多饋電)，干擾水平是一個不可忽視的風險。

理想情況下，所有使用的設備都符合有關電源反饋和免受干擾的標準，因此無故障操作是可能的。 然而，在不利的條件下，例如由于許多相同類型的負載、不對稱的電源負載等，可能會發(fā)生顯著的水平超過。 為了能夠評估和限制風險，長久的電能質量監(jiān)測是必不可少的。 根據(jù)數(shù)據(jù)中心的結構和范圍，在能源供應的不同地點進行監(jiān)測是有意義的：

-- 在電網運營商的饋入點，所謂的耦合點(PCC)。

-- 在所有保護區(qū)內

-- 在應急電力系統(tǒng)的進給點

圖：記錄和評估電能質量測量數(shù)據(jù)的原理

-- 除了上述評價外，記錄的電能質量數(shù)據(jù)還允許在存在或出現(xiàn)的問題導致?lián)p害之前的早期階段發(fā)現(xiàn)它們。對于合格評定，記錄的統(tǒng)計數(shù)據(jù)與規(guī)范的極限值進行比較。數(shù)據(jù)中心包括:

-- EN50160(公共低壓、MV、高壓供電網絡的電壓特性)，通常作為與能源供應商簽訂合同的基礎。

-- IEC61000-2-4（工業(yè)裝置的兼容性水平)，特別是第1類(受保護用品）

上述標準為網絡在觀測點的正常運行提供了指導。這并不包括那些可能導致暫時限制能源供應的例外情況。雖然這些故障，如電壓下降或故障，必須記錄下來，但它們的數(shù)量并不限于達到標準的目的。 USV或網絡替換系統(tǒng)的任務是克服這種供應限制。但是，這種橋接僅限于重要的資源，因此其他組件可能會遇到功能限制。因此，必須根據(jù)IEC61000-4-30的規(guī)定，及時向業(yè)務人員通報事件的發(fā)生情況。 例如，這是通過向專家發(fā)送自動電子郵件的方式完成的。 對于電能質量數(shù)據(jù)的交換，使用標準化的格式是有意義的，例如根據(jù)IEEE1159.3的電能質量數(shù)據(jù)交換格式。 因此，電能質量數(shù)據(jù)分析軟件的選擇不限于專有制造商系統(tǒng)。

作為消防保護的RCM

為了避免不受控制的運行中斷，數(shù)據(jù)中心不使用帶有直接跳閘(RCD)的剩余電流監(jiān)測裝置。 相反，必須長久監(jiān)測剩余電流。 RCM（剩余電流監(jiān)測）用于這一目的，這不僅是基本的個人保護，而且也是設備和消防保護。 此外，故障電流的變化允許在早期階段檢測到絕緣惡化，并且可以及時啟動措施。 在TN-S系統(tǒng)中發(fā)生的錯誤(例如。 不允許或額外的PE-N連接)也可以早期檢測，從而糾正。

圖：具有警告和報警閾值的長久剩余電流監(jiān)測

通過計量溯源正確計量數(shù)據(jù)

一句老鎖匠的話說：“Centimetre is a watchmaker’s measure”。 換句話說，“If you measure, you measure crap?！边@樣，技術人員和經濟學家就知道這個眾所周知但卻是真實的短語，并注意相應的測量方法。 雖然對電能質量裝置的要求在測量方法(IEC61000-4-30)、設備特性(IEC62586-1)和符合標準的測試(IEC62586-2)方面得到了精確的定義，但制造商之間仍然存在差異。 特別是，提供者經常不能證明為什么他們的分析儀器符合規(guī)范，即正確地度量。 只有通過一個獨立的認證機構才能證明一個真正正確的測量，好的情況是由一個計量學院。 未經認證的測試機構，甚至制造商的自我申報，都不能取代計量證書，因此也應加以批判性看待。 特別是涉及到敏感領域，例如數(shù)據(jù)中心，這些領域的成本和風險都很高。

計量認證電能質量監(jiān)測的好處

專業(yè)和在線電能質量監(jiān)測的主要好處是增加了數(shù)據(jù)中心的可用性。 在這方面，電能質量本身被定義為供電質量的一個基本組成部分，自然也適用于數(shù)據(jù)中心以外的許多其他敏感領域(例如 在醫(yī)院、敏感的工業(yè)工廠、運輸基礎設施，如機場、公共建筑綜合體，如購物中心等)。 其好處在于通過觀察變化和發(fā)現(xiàn)相關性來分析記錄的長期信息。 在這方面發(fā)揮作用的不僅僅是遵守合同饋入準則。 還可以從以下過程中獲得額外的和相關的知識：

-- 正常運行與UPS或應急電源運行的比較

-- 諧波及其對設備的影響評價

-- 較長時間內電能質量變化的評估

-- 安裝變更后電能質量發(fā)生變化

-- 開關設備后電能質量的變化

-- 根據(jù)持續(xù)時間和剩余電壓(ITIC曲線)評估電壓事件及其對設備使用壽命的影響

另一個具體的好處是基于一個長久的區(qū)域協(xié)調機制。 如果對剩余電流進行正確執(zhí)行和長久監(jiān)測，則可以省略對絕緣強度的定期重復測試和手動測試。 這意味著在測試期間沒有必要關閉系統(tǒng)（增加可用性）。 巨大的測試工作與相關的時間和人員成本被消除。

結論

包括RCM在內的電能質量計量認證監(jiān)測的正確見解，可以帶來可持續(xù)的投資保護、運營成本降低、數(shù)據(jù)可用性最大化，并最終滿足所有相關利益方的重要需求。這包括客戶、員工、能源供應商、運營商、投資者、服務人員、政客、協(xié)會等。最后，它還有助于減少二氧化碳排放，使數(shù)據(jù)中心能夠更高效、更安全地運作。

將互聯(lián)網脫碳作為一種前景

如果你看看全球數(shù)據(jù)量的發(fā)展，你會發(fā)現(xiàn)對規(guī)劃者和運營商的挑戰(zhàn)將變得更大。 僅在中國，現(xiàn)有超過50萬個數(shù)據(jù)中心將在2023年擴大到100萬個（每年增加21%）。除了電能質量問題外，還將更具體地提出如何根據(jù)電源使用效率(PUE)調節(jié)日益增長的能源需求的問題，因為能源基礎設施以及所需的建筑空間是有限的。 據(jù)美國科學家Jonathan Koo-mey說，數(shù)據(jù)中心已經占全球用電量的1.1-1.5%。 僅在法蘭克福市，數(shù)據(jù)中心就已占總用電量的20%以上

“服務器性能與電力”-在這里可以對PUE做出什么具體貢獻？

為此，建議監(jiān)測每個數(shù)據(jù)量所使用的能量，并根據(jù)系統(tǒng)的操作點進行調整，并將其直接轉移到供應和數(shù)據(jù)交換客戶端的計費模型中。使用每個數(shù)據(jù)單位的實際能源需求的準真實數(shù)據(jù)賬單。通過這種方式，一個真正的“數(shù)據(jù)消費模型”將定義能源價格，并可能提高數(shù)據(jù)供應商和用戶的意識。由于實際產生的能源成本，數(shù)據(jù)可以更節(jié)約地使用。

從技術上講，綜合能源監(jiān)測可用于這一目的，其基礎是一個可理解的參考模型（計量標準的定義），該模型反過來監(jiān)測單個服務器、機架或類似的數(shù)據(jù)設備，并測量操作點每個數(shù)據(jù)量使用的實際能量，從而提供有效的計費。 此外，應當考慮的是，對數(shù)據(jù)中心或其他敏感地區(qū)的電力供應的網絡犯罪攻擊是否不能通過對電力質量進行合格和長期的監(jiān)測加以防止。 這實際上是對現(xiàn)有監(jiān)測設施的一種冗余，這些設施今天已經通過軟件解決方案建立，但受到巨大的影響。 其目的是查明電能質量的變化是否可以與對服務器和數(shù)據(jù)中心基礎設施的網絡攻擊聯(lián)系起來，從而在早期防止攻擊。 在這兩種情況下，服務器功率與電能(PUE)以及通過電能質量分析防止網絡攻擊的附加保護，參考文獻（測量標準的定義）將是決定性的。