Вибір правильного трансформатора для центру обробки даних: потужність на одиницю площі та ефективність

Вибір правильного трансформатора для центру обробки даних: потужність на одиницю площі та ефективність

Робоче навантаження штучного інтелекту збільшило потужність на стійку з 10 кВт до 50 кВт і більше за менше ніж п’ять років. Коли одна стійка споживає більше струму, ніж невеликий багатоквартирний будинок, трансформатор для центру обробки даних який його живить, перестає бути звичайним елементом витрат — він стає ключовим рішенням у проектуванні електричної архітектури. Ми постачали трансформатори сухого типу для проектів центрів обробки даних у Північній Америці та Південно-Східній Азії, і запитання, які ми отримуємо, є однаковими: якою може бути максимальна щільність потужності, якою має бути ефективність і якого розміру трансформатор нам справді потрібен?

Цей посібник розглядає ці три запитання з використанням цифр, якими користуються наші інженери під час розрахунку вартості об’єкта: характеристики навантаження, компроміс між щільністю та ефективністю, математика визначення потужності, архітектура напруги та сертифікації, необхідні для проектів у США.

Що робить трансформатор для дата-центру відмінним

Навантаження дата-центру практично не має спільного з навантаженням комерційної будівлі. Імпульсні джерела живлення та системи безперебійного живлення (UPS) споживають струм короткими імпульсами замість гладких синусоїдальних хвиль, що призводить до значного зростання гармонійних спотворень порівняно з тим, на що розрахований стандартний розподільний трансформатор. Саме тому інженери вказують блоки з класифікацією K — K-13 або K-20, які створені для витримування додаткового нагріву від нелінійних навантажень.

Режим роботи — ще один чинник, що відрізняє ці об’єкти. Центри обробки даних працюють під високим навантаженням цілодобово, а не по 8 годин на добу, тому до теплового проектування та класу ізоляції пред’являються набагато жорсткіші вимоги, ніж до будь-якої іншої будівлі. Крім того, цільовий показник доступності 99,999 % означає, що трансформатор майже ніколи не може бути єдиною точкою відмови — тому застосовують резервування за схемою N+1, де кожна одиниця має потужність, достатню для забезпечення повного навантаження об’єкта у разі виходу з ладу її дубля.

Щільність потужності проти ефективності: справжній компроміс

Площа підлоги в центрі обробки даних коштує дорожче на квадратний метр, ніж у майже будь-якій іншій промисловій будівлі, тож проєкти спрямовані на досягнення вищої щільність потужності : більше кВА на квадратний фут, іноді з використанням литих смолистих трансформаторів у компактних внутрішніх відсіках. Проте щільність та ефективність перебувають у протилежних співвідношеннях — щільно намотана високощільна обмотка нагрівається сильніше, а гарячіша обмотка з часом втрачає ефективність.

Показники ефективності мають значення в масштабі. Розглянемо трансформатор потужністю 2500 кВА сухий трансформатор для центрів обробки даних ефективність: при ККД 98,5 % розсіюється 37,5 кВт тепла; при 99 % ця величина знижується до 25 кВт. За рік безперервної роботи (24/7) різниця становить приблизно 110 МВт·год — це тепло, яке також має видаляти система охолодження. Саме тому рівні ефективності DOE, у тому числі змінені стандарти, що зараз діють для розподільних трансформаторів, слід розглядати як мінімум, а не як цільовий показник. Запитайте у постачальника фактичні дані про втрати в режимі холостого ходу та під навантаженням, отримані під час звичайних випробувань, а не середні значення з каталогу.

Підбір трансформатора: від потужності стійок у кВт до кВА

The трансформатор для центру обробки даних розрахунок потужності починається з навантаження ІТ-обладнання, а не з номінального значення кВА. Рухайтеся у зворотному напрямку: кількість стійок × середня потужність однієї стійки = загальне ІТ-навантаження; застосуйте коефіцієнт попиту (для змішаного колокаційного навантаження типове значення — 0,8–0,9); потім поділіть результат на коефіцієнт потужності, щоб отримати кВА.

Приклад розрахунку, яким користуються наші інженери: 500 стійок потужністю по 20 кВт кожна дають загальне навантаження ІТ-обладнання 10 МВт. За коефіцієнтом одночасності 0,85 це становить 8,5 МВт, а за коефіцієнтом потужності 0,9 — приблизно 9,4 МВА. Зазвичай ми конфігуруємо таку потужність як дві одиниці по 5 МВА у схемі N+1, а не одну одиницю на 10 МВА. Найпоширенішою помилкою є надмірне збільшення потужності трансформатора: надмірно потужний трансформатор працює з низьким коефіцієнтом завантаження, де його ефективність різко падає, а втрати холостого ходу споживають кошти щогодини, щодня.

Вибір архітектури напруги

Більшість об’єктів мають два ступені зниження напруги: середньої напруги до 480 В на трансформаторі, а потім 480 В до 208 В на рівні блоку розподілу живлення (PDU) для живлення стійок. Трансформатор, який ви обираєте, є живильним кабелем на 480 В — це сухий трансформатор для центрів обробки даних проекти є типовими для Північної Америки, оскільки вимоги до внутрішньої установки та протипожежні норми забороняють розміщення маслонаповнених трансформаторів у межах будівлі.

Напруга середнього рівня на вході залежить від території електромережі: у США поширені значення 12,47 кВ та 13,8 кВ, для більших кампусів — 34,5 кВ, у деяких регіонах Південно-Східної Азії — 22 кВ. Розподіл постійного струму високої напруги (HVDC) набуває поширення у центрах обробки даних, оптимізованих за допомогою ШІ, але рівень змінного струму 480 В — разом із трансформатором, що стоїть за ним — залишається практичним вибором для більшості проектів колокації сьогодні.

Сертифікація та відповідність вимогам для центрів обробки даних у США

Для проектів у США трансформатор повинен мати маркування Трансформатора, сертифікованого за стандартом UL згідно з UL 1561 , яке охоплює сухі розподільні трансформатори, а також корпус та випробування виконуються відповідно до правил проектування IEEE C57.12.00 . Для канадських об’єктів додається стандарт CSA C22.2; сертифікат cULus дійсний для обох ринків і може бути отриманий з одного виробничого потоку.

Відповідність вимогам Міністерства енергетики США (DOE) потребує окремої перевірки: DOE оновила стандарти для розподільних трансформаторів , встановивши обов’язкові межі втрат для одиниць, що продаються в США; під час перевірки взаємодії з електромережею буде запрошено документацію щодо ефективності. Зберігайте випробувальний звіт разом із табличкою технічних даних — це економить тиждень зворотного зв’язку під час введення в експлуатацію.

Чому Ryan Electric для проектів центрів обробки даних

Ryan Electric виготовляє як трансформатори сухого типу з литою смолою, так і з пропиткою вакуумно-пропресованим ізоляційним лаком (VPI) на одному й тому самому виробничому майданчику, що означає: розробник центру обробки даних отримує одну інженерну команду й одну розмову щодо гарантії — незалежно від того, яку технологію передбачено у проекті. Як партнер Eaton у спільному підприємстві з 2023 року, ми працюємо в межах сертифікованого ланцюга постачання компонентів, а наші сертифікаційні файли UL, CSA та IEC 60076 охоплюють лінійки продуктів, необхідних для проєктів у США.

На недавньому проєкті в Південно-Східній Азії оператор колокації потребував дванадцять одиниць VPI потужністю 2500 кВА з гармонійним класом K-13 та первинною напругою 22 кВ, які мали бути поставлені одним вантажем. Уся партія пройшла рутинні випробування при повному навантаженні — за коефіцієнтом трансформації, імпедансом, втратами холостого ходу та корисного навантаження, діелектричними характеристиками — й надійшла в обумовлені строки. Кожна трансформатор для центру обробки даних одиниця, яку ми поставляємо, супроводжується повним звітом про випробування, оскільки саме ці документи перевірятимуть ваш інженер з введення в експлуатацію та ваш аудитор.

Правильна трансформатор для центру обробки даних для вашого проекту забезпечує баланс щільності, ефективності та сертифікації відповідно до реального профілю навантаження — а не того, що вказано в рекламному листку. Надішліть нам кількість стійок, середню потужність на стійку та напругу електромережі, і наші інженери надішлють вам рекомендації щодо підбору обладнання та безкоштовну технічну пропозицію протягом 48 годин.