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电网质量对数据中心的影响

电网质量对数据中心的影响

2015/11/25 9:49:23

   

  数据中心离不开电,没有电能数据中心的任何设备都无法运转,而且数据中心对电能的需求是巨大的,一个中型数据中心运行一天就要消耗掉十几万度的电。很多人只关注数据中心的高能耗问题,想方设法减少数据中心电的使用量,但是都忽略了一个问题,就是电的质量。我国还是一个发展中国家,经济的大发展需要大量的电力供应,工业负荷也不断大量增加,如:大型电力电子应用装置、变频设备、电气化铁道、炼钢电弧炉、冶金化工设备、高速铁路、电梯、起重机等,这些工业负荷对整个城市的电网质量都带来大量的谐波干扰,随着这些非线性、冲击性负荷的大量使用,使得电能质量变得更加突出。这些年在城市里很少遇到大面积的停电,但是电压的波动就时有发生了,比如家里的灯泡突然变得忽明忽暗,尤其是到了夏天用电高峰期,总感觉家里的灯泡不是那么亮,实际上这时电网的电压运行在较低的水平,在输出电流不变的情况下,灯泡的功率就低了,看起来也就不会那么亮了。数据中心里有不少的精密仪器,对电网运行质量较敏感,设备长期在这种供电环境下运行,会大大缩短设备的使用寿命,增加数据中心设备故障率,有时供电的波动也会造成设备无法正常运行,造成业务中断。

  美国曾经做过这样的实验,得出一般低压配电线在14个月内在线发生超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数可达到800次,这样每个月差不多57次,其中超过1000V的浪涌就有300多次,在我国由于电网质量本身就差,出现高浪涌的频率就更高了。除了电网本身质量对数据中心供电造成了波动,数据中心供电波动也有相当一部分原因来自于雷电,我国也是一个雷电高发地区,数据中心设备的电力线路上很容易遭受到直击雷和感应雷的冲击,这样加剧了电网的波动。当雷击中高压电力线路后,经过变压器耦合到低压测,进而入侵到数据中心的供电设备上。按照标准要求,一切数据中心里运行的设备必须接地,并具有防雷装置,避免雷击。表1列举了造成电网波动的几大来源,这样的电压波动显然会对设备造成冲击,影响设备的正常运行。

  表1:造成电网波动的来源

  电网除了电压上的变化,还有不少其它的影响,这些都对数据中心设备电源的运行造成了干扰。归结起来主要有以下7种情况:

  1.跌落。一般是由重载接通、电网电压低下造成的,这时供电电压出现了突然的降低。数据中心对设备要求有承受跌落的能力。衡量的标准是电压跌落的幅度和时间,一般要求电压跌落至20%额定电压时,设备能保持正常运行0.625S。这个数据参考了UPS的切换时间,UPS的供电切换时间可以达到几百毫秒以内,当发生跌落时,可以在UPS将供电从一路切换到另一路的时间内,设备保持正常运行。

  2.失电。一般是由气候恶劣、变压器故障造成的。失电是指由于线路故障而引起的失电开关跳闸,又在很短的时间内迅速消除,这个过程往往在几个毫米内就完成。失电比跌落要严酷,相当于在短时间内设备完成没有供电,只是持续的时间要比跌落短。设备要做到不受失电的影响,就需要设计有一个大电容。在失电发生时,电容接管供电进行短时的放电,维持设备运行,当然具有这样功能的基本都是承载核心业务、关键业务的高端设备。

  3. 频率偏移。一般是由发电机不稳定,区域性电网故障导致。造成频率偏移主要是由于过负荷和发生谐振。频率质量是电能质量的一个重要指标,国家电力工业技术管理法规规定,大容量电力系统的频率偏差不得超过正负0.2Hz,而国外都要求不得超过正负0.1Hz。当频率降低时,无功功率负荷将增大,这将促使电压水平的下降。频率过低失,会造成大面积停电。当频率发生大幅度偏移时,将会影响数据中心设备的正常工作。

  4.电气噪声。一般是由雷达、无线电信号、工业设备生产的弧光、转换器和逆变器造成的。数据中心里都是清一色的用电设备,在运行时必然会产生一些非本意用途的无规则的微弱电流、电压或电磁场等。为了消除这些噪声对周围设备的影响,都会要求设备运行时漏电流、电压不能过大,对设备的漏电流大小也有明确要求。当我们用手触碰一些设备时,有时会被电到,要么是设备没有很好的接地,要么是设备的漏电流过大,不符合标准要求。

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