В данном материале мы
рассмотрим TN и TT системы, как наиболее
часто встречающиеся на практике в нашей стране. Система IT, в которой нейтраль
источника питания изолирована от земли или заземлена  через приборы или устройства, имеющие большое
сопротивление, применяется, как правило, в электроустановках зданий и
сооружений специального назначения.

·        
система TN – система, в которой нейтраль источника питания глухо
заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухо
заземлённой нейтари источника посредством нулевых защитных проводников. Т.е.
все разновидности систем заземления с маркировкой TN подразумевают то, что на подстанции
нейтраль соединена с заземляющим устройством, тем самым в нейтрали (отходящей
от источника) соединены функции нулевого рабочего и нулевого защитного
проводника (обозначается как PEN).

Далее систему TN можно разделить по признаку того как
нулевой рабочий проводник (N) и нулевой защитный проводник (PE) доставляется потребителю на
подсистемы – TN-C, TN-S, TN-C-S;

·        
система TN—C – система TN, в которой нулевой защитный (РЕ) и
нулевой рабочий (N) совмещены в одном проводнике на всем её протяжении. Простым языком это
означает, что потребителю в случае 3-х фазного подключения приходит 4-х жильный
кабель (3 фазы и ноль) и 2-х жильный кабель в случае однофазного подключения (1
фаза и ноль). Основной  и опасный недостаток
системы в том, что при обрыве нуля возможно появление линейного напряжения на
корпусах электроустановок. До сих пор может встречаться в нашей стране;

·        
система TN—S (пришла на смену системе TN-C в 1930 гг.) – система TN, в которой нулевой защитный (РЕ) и
нулевой рабочий (N) проводники разделены на всем ее протяжении. Простым языком это
означает, что к потребителю от подстанции в случае трехфазного подключения
приходит 5-ти жильный кабель (3 фазы, ноль и «земля»), в случае однофазного
подключения 3-х жильный кабель ( фаза, ноль, «земля») – нулевой рабочий
проводник (N) и нулевой защитный проводник (PE) разделялись на подстанции, а заземление
на подстанции представляет сложную конструкцию из металлической арматуры. При
такой системе обрыв рабочего ноля не приводит к появлению линейного напряжения
на корпусах электроустановок;

·        
система TN—C—S (можно назвать ее частным случаем системы TN-S) – трансформаторная подстанция имеет
непосредственную связь  токопроводящих
частей с землёй и наглухо заземленную нейтраль , на линии (участок от
подстанции до потребителя) же в какой-то части нулевой рабочий (N) и защитный (PE) проводники объединены в проводнике PEN, а начиная с какой-то точки
происходит их разделение на N (нулевой рабочий проводник) и РЕ (защитный проводник).
Например: на участке  от подстанции до
ввода в здание потребителя  применяется
совмещенный нулевой рабочий (N) и защитный (PE) обозначаемый PEN, т.е применяется система TN-C, а при вводе в здание производится
разделение PEN на
рабочий нулевой проводник (N) и защитный (PE) далее по зданию до распределительного щита идут уже жила-
фаза, жила — «чистый» ноль и жила -«чистая» земля, т.е. система TN-S. Вероятно из-за такой трансформации
получилось TN-C-S. Есть случаи, когда разделение происходит в вводно распределительном
устройстве (ВРУ) внутри здания.

В случае организации TN-C-S для частного дома необходимо
производить разделение PEN на N и PE в
щите учета (перед вводом в дом, как правило, эти щиты  расположены на столбах,
если идет воздушная линия или стоят на земле около участка, в случае, если идет
линия в земле) до счетчика и вводного автомата, при чем разделение PEN должно происходить без разрыва этого
проводника с использованием прокалывающего зажима, либо
использовать Н-образную шину разделения PEN на N и PE c надежными болтовыми соединениями
проводников ( в этом случае будет разрыв PEN, но при таком соединении разрыв
допустим)

ПЭЭП!!!!

В соответствии с ПУЭ 7, система TN-C-S является основной и рекомендуемой
системой. При организации системы TN-C-S, ПУЭ требуют соблюдения ряда мер по
недопущению разрушения PEN, а также повторных заземлений PEN  воздушной линии по столбам через определенное
расстояние (от 40 до 200 метров в зависимости от количества грозовых часов в
году на определённой местности).

Достоинства: возможность обнаружения
КЗ фазы на корпус оборудования простыми автоматами и практически
пожаробезопасная .

Недостатки: при повреждении ноля на
линии до разделения возникает ситуация, когда под фазным напряжением оказываются
заземленные корпуса оборудования, что представляет опасность для человека и
никакая автоматика не сможет разорвать цепь, так как PE после разделения идет в обход всех
автоматических выключателей.  Внутри
помещения это решается системой уравнивания потенциалов (СУП) – все металлические
части объекта соединяются с главной шиной заземления (ГЗШ), на которую также
заведен проводник от местного заземляющего устройства. В результате если
произойдет обрыв ноля на линии и в доме все заземленные корпуса оборудования
будут под фазным напряжение, то под таким же напряжением окажутся и все
металлические части дома, следовательно разности потенциалов между ними не
будет и при одновременном касании человека металлических частей дома и
заземленных корпусов оборудования, приборов находящимся под напряжением(из-за
аварии на линии)  поражения электрическим
током не будет.

В случае когда нет возможности соблюсти условия организации системы TN-C-S обозначенные выше, ПУЭ рекомендуют
систему заземления TT.

·        
Система ТТ – система с трансформаторной
подстанцией, которая имеет непосредственную связь токоведущих частей с землей.
Все открытые проводящие части электроустановки потребителя имеют
непосредственную связь с землей через заземлитель, независимый от заземлителя
нейтрали трансформаторной подстанции. Т.е. к потребителю приходит, например,
система TN-C (нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) совмещены), а электроустановка
потребителя имеет свое независимое (не имеющее связи с PEN) заземление.

Достоинства:  разрушение нуля никак не
влияет на

PE, т.е. при разрушении нуля на линии линейного напряжения не будет на
заземленных корпусах оборудования;

Недостатки: основным недостатком системы ТТ является невозможность для обычного
автомата отследить КЗ фазы на корпус оборудования.

ПУЭ рекомендуют систему заземления ТТ
только как «дополнительную», только при условии того, что нет возможности
соблюсти условия организации системы TN-C-S.

Тем не менее в сельской местности довольно часто встречаются системы заземления
ТТ из-за низкого качества большинства воздушных линий. Если в частный дом с
столба приходят пара неизолированных проводов  – это именно такой случай и сделать
правильную, удовлетворяющую всем требованиям ПУЭ TN-C-S никак не удастся.

ВАЖНОЕ
ТРЕБОВАНИЕ К ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ TT – ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ УЗО. Как правило
устанавливают вводное УЗО с током утечки 300-100 мА, для отслеживания КЗ между
фазой и PE (это необходимо для предотвращения пожара в щите, а в
последствие в доме), а за ним для каждой конкретной цепи в доме с утечкой
30-10мА(для защиты людей от поражения электрическим током.

Заземление электроустановок и оборудования — правила и требования

Заземление – соединение корпуса электроустановки с заземляющим контуром, с целью предотвращения поражения током работающих и находящихся в непосредственной близости людей. Является обязательным элементом комплекса мер по обеспечению безопасности. Существуют различные виды электроустановок, и каждый требует особого подхода к организации заземления, поэтому важно уделить внимание технической стороне вопроса. 

Классификация заземляющих устройств

Система заземления электроустановок – комплекс, состоящий из заземляющего контура и проводников, соединяющих его с корпусами оборудования для обеспечения стекания в землю  избыточного тока, появившегося в результате попадания фазы на корпус. Действующая в России  классификация устройств заземления (далее УЗ) подразумевает градацию по следующим признакам:

• Виду нейтрали. По наличию соединения с заземляющим устройством:
  • заземленная;
  • изолированная.
• Способу прокладывания от понижающей подстанции до электроустановки.
• Способ подключения нагрузки к нейтрали.

Организация системы заземления регулируется правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Документ регламентирует порядок и признаки классификации заземляющих систем. Для обозначения маркировки используются буквы английского алфавита:

T – заземление;

N – нейтраль;

I – изолированное;

C – общая;

S – раздельная.

Такой вид маркировки позволяет определить используемый способ защиты генератора тока и предпочтительные схемы заземления электроустановок на стороне потребителя.

При монтаже линий электроснабжения общепринятыми для России считаются три системы заземления:

• TN-C – обозначает, что нулевой рабочий и защитный проводники объединены в общую шину на всем протяжении трассы.
• TN-S – нулевой рабочий и защитный проводники прокладываются раздельно.
• TN-C-S – нулевой рабочий и защитный проводники на части трассы объединены, а на остальной прокладываются раздельно.

Реже встречаются следующие системы:

• TT – нулевой рабочий и защитный проводники заземляются раздельно. Чаще всего этот способ используют в случае неудовлетворительного состояния питающей воздушной ЛЭП или для предотвращения поражения людей через токопроводящие поверхности временных сооружений.
• IT – в этой схеме нейтраль изолируется от земли или заземляется через специальное оборудование. Такой вариант чаще всего используют, если необходимо обеспечить высокий уровень защиты оборудования. Поскольку при таком варианте подключения риск искрообразования минимален.

Технические требования к организации заземления электроустановок

УЗ используют для защиты людей и оборудования от разрушительного действия электрического тока. Безопасность обеспечивается путем соединения защищаемых корпусов электроустановок с землей. Работы по организации заземляющих сетей регламентируются положениями ГОСТ 12.1.030-81, согласно которым  защитное заземление электроустановки следует выполнять при следующих параметрах:

• при значениях номинального напряжения 380 B и более переменного тока и более 440 B и более постоянного тока – при любых значениях;
• при значениях номинального напряжения 42-380 B переменного тока 110-440 B. Для работ связанных с повышенной опасностью.

Правильно организованная система заземления электроустановок способна нейтрализовать избыточный потенциал любой мощности и защитить людей, оборудование и здания от воздействия электрического тока будь то скачки, вызванные включением или отключением силового оборудования или грозовое воздействие.

Принцип работы основан на разнице сопротивлений человеческого тела и УЗ. Избыточный потенциал отводится в направлении меньшего показателя, т. е. в сторону защитного контура.

Выбор естественных заземлителей

Согласно правилам устройства электроустановок, их корпуса должны быть подключены к искусственным или естественным заземлителям. В качестве естественных используют следующие металлические объекты:

• каркасы подземных металлоконструкций, имеющие непосредственный контакт с грунтом;
• защитные кожухи кабелей, проложенных под землей;
• металлические трубы, за исключением газо- и нефтепроводов;
• железнодорожные рельсы.

Контакт объекта с естественным заземлителем должен осуществляться минимум в двух местах. Преимущества этого метода в простоте, эффективности и сокращении затрат на организацию системы электробезопасности.

Нельзя выбирать в качестве естественных заземлителей следующие объекты:

• трубопроводы горючих и взрывчатых газов и жидкостей;
• трубы, покрытые антикоррозийной изоляцией;
• канализационные трубопроводы;
• трубы централизованного отопления.

Сопротивление стеканию тока

Заземление работает по следующему принципу: ток, стекающий в землю через место замыкания, проходит вначале на корпус электроустановки и с него через УЗ в грунт. Очевидно, что при организации сетей заземления до 1000 Вольт, важно создать цепочку, обеспечивающую стекание избыточного заряда в землю.

Значения сопротивления заземления для сетей различного назначения:

Чтобы получить показатели сопротивления, установленные нормативами, следует придерживаться типовых процедур:

• Увеличить площадь соприкосновения деталей заземляющего устройства с грунтом.
• Обеспечить качественный контакт между элементами устройства и соединительными шинами.
• Усилить проводимости почвы увлажнением или повышением ее солености.

Для контроля за соответствием сопротивления предписанным нормам следует проверять его уровень не реже одного раза в шесть лет.

Работа УЗ при нарушении защитной изоляции электрооборудования

Нарушение целостности защитной изоляции нередко приводит к замыканию фазы на корпус. Дальнейшее развитие событий зависит от качества системы электробезопасности. Возможны следующие варианты:

1. Заземление отсутствует, устройство защитного отключения не установлено. Самая неблагоприятная ситуация. При прикосновении к корпусу ощущается сильный удар.
2. Корпус подключен к системе заземления, УЗО отсутствует. Если ток утечки будет велик, сработает автомат и отключит питающую линию или цепочку. Этот вариант может привести к накоплению избыточного потенциала на корпусе, если сопротивление переходов и номинал предохранителей будут велики. Такая ситуация опасна для людей.
3. Заземление отсутствует, устройство защитного отключения установлено. Ток утечки вызовет срабатывание УЗО и человек успеет ощутить только слабый удар током.
4. Корпус подключен к заземлению, УЗО установлено – наиболее надежный вариант, обеспечивающий защиту людей и техники благодаря тому, что защитные устройства дополняют и отчасти дублируют друг друга. При замыкании фазы на корпус, избыточный потенциал стекает через систему заземления. Одновременно устройство защитного отключения реагирует на утечку и отключает подачу тока, исключая возможность поражения током людей. Если ток утечки значительно превышает возможности УЗО, может сработать автомат и продублировать его функцию.

Заземление цехового оборудования

Согласно правилам устройства электроустановок до 1000 Вольт, их классифицируют по виду заземляемых устройств:

• Для типового станочного оборудования.
• Для электродвигателей и сварочных аппаратов.
• Для передвижных установок и эксплуатируемых электроприборов.

Заземление типового станочного оборудования

Для заземления цехового оборудования используют контур системы уравнивания потенциалов (далее СУП).

Система уравнивания потенциалов  – это элемент устройства заземления, представляющий из себя контур из проводящих элементов для подключения корпусов оборудования с целью достижения равенства потенциалов.

 Важно уделить внимание  следующим техническим вопросам: 

• Определить расположение контура СУП в рабочей зоне.
• Рассчитать толщину шины, используемой для соединения корпуса станка с УЗ.
• Определить место наложения стационарного заземления.
• Выяснить какие устройства используются для защиты опасных частей оборудования.

Контроль этих вопросов – обязанность цехового электрика, владеющего информацией о структуре и расположении элементов системы заземления и порядке подсоединения к ней корпусов станков, в том числе предписанном конструкцией станка расположении точки подключения заземляющей шины.

Заземление электродвигателей

Согласно нормам, заземление электродвигателей также является обязательным, кроме случаев, когда оборудование устанавливается на металлический пьедестал, имеющий контакт с грунтом. В остальных случаях необходимо соединить корпус с системой заземления при помощи медной жилы. Правилами указывается, что контакт с заземлением должно быть прямым у каждого электродвигателя и последовательное подключение нескольких устройств через заземляющую цепочку недопустим, поскольку обрыв линии приводит к потере контакта сразу всех электродвигателей.

Для грамотного подключения заземления необходимо предусмотреть на подводящем силовом кабеле 380 Вольт дополнительную шину, одним концом подключенную клемме заземления в распредкоробке двигателя, а вторым – к корпусу силового шкафа. При этом важно соблюсти последовательность подключения и соединить с системой заземления вначале электрический щиток. Важно также обеспечить соответствие диаметра сечения проводников установленным нормам.

Заземление сварочных аппаратов

Правила устройства электроустановок регламентируют также порядок заземления сварочных аппаратов. Заземление корпусов оборудования в данном случае является обязательным. Кроме корпуса заземляться должна и трансформаторная вторичная обмотка через один из выводов. Другой используется для подключения держателя электродов.

Возле заземляемого вывода на корпусе расположен соответствующий знак и приспособление для фиксации шины, соединяющей его с защитным контуром. Переходное сопротивление защитного контура или устройства не должно быть выше 10 Ом.

Для повышения электропроводимости системы заземления следует увеличить контактную площадь соединений, в том числе площадь соприкосновения с землей. Подключение к ЗУ должно быть индивидуальным у каждого сварочного аппарата и не должно осуществляться через заземляющую цепочку, поскольку в случае обрыва контакт с УЗ будет потерян сразу всеми аппаратами.

Защита передвижных установок

Особое внимание стоит уделить заземлению передвижных установок. Для защиты передвижных установок используют заземлители для передвижных установок  ГОСТ 16556-02016. Поскольку особенности их эксплуатации затрудняют выполнение требований по обеспечению показателей переходного сопротивления, поэтому правилами устройства электроустановок допускается повышение показателя до 25Ом. Это относится только к установкам, снабженным автономным питанием и имеющим изолированную нейтраль.

Этот вид УЗ может применяется для установок с пониженным искрообразованием, не являющихся источниками питания для иного оборудования, а также для передвижных агрегатов, имеющих собственные заземлители, не задействованные в данный момент.

Передвижные установки, оснащенные автономным питанием, требуют регулярного освидетельствования на наличие повреждений защитной оболочки, поскольку имеют изолированную нейтраль и повышенный риск образования трущихся сочленений.

Защита электроприборов

При работе с электроприборами разных типов можно ориентироваться на стандартные правила обеспечения безопасности:

• Защитить открытые токоведущие части.
• Нарастить защитную изоляцию.
• Использовать специальные приспособления для ограничения доступа к корпусам оборудования.
• Если позволяет конструкция, можно как меру использовать понижение напряжения.

 Во избежание пробоев изоляции и попадания фазы на корпус электроприбора эффективными являются традиционные методы:

• Наличие системы заземления.
• Система уравнивания потенциалов.
• Усиление изоляции токоведущих частей.
• В некоторых случаях как меру безопасности при работе с электрооборудованием можно использовать ограничение доступа в помещения, представляющие потенциальную опасность за счет повышенной влажности, запыленности и т.п.

Важно учесть, если помимо заземления используются другие методы защиты людей – они не должны быть взаимоисключающими и снижать эффективность друг друга.

Задействовать естественные заземлители для обеспечения защиты возможно только при отсутствии вероятности повреждения подземных конструкций, в случае протекания по ним аварийного тока.

Защита с помощью заземления и зануления

Для обеспечения электробезопасности людей нередко используют комбинированный метод заземления и зануления электрооборудования. Зануление обеспечивается соединением защитных корпусов с нейтралью подводящей силовой линии. Это позволяет преобразовать сетевое напряжение, попавшее на корпус установки, в однофазное короткое замыкание. И заземление и зануление выполняют защитную функцию, но разными методами.

При заземлении для обеспечения снижения избыточного потенциала используется дополнительное устройство. Для работы системы зануления достаточно соединить корпус электроустановки с нейтралью питающей сети.

При работе в потенциально опасных помещениях использование одного из описанных методов является обязательным. Ответственные сотрудники должны четко понимать отличие одного способа защиты от другого и знать каким должен быть контур заземления у каждого вида оборудования.

Контроль состояния защитных устройств

Правила устройства электроустановок предписывают проводить периодическую проверку работоспособности системы заземления. Она позволяет установить соответствие параметров сопротивления стеканию тока заземляющих контуров нормативным. Проверка происходит с использованием специальных измерительных приборов, подключаемых к заземляющим устройствам по определенным схемам.

Правилами также регламентируется периодичность проведения проверки. Она зависит от класса обследования, конструкции заземляющих устройств, типа и мощности используемого оборудования. Визуальный осмотр состояния системы заземления должен проводиться каждые полгода. Проверки, сопровождаемые вскрытием грунта в местах, связанных с повышенным риском – раз в 12 лет или чаще.

Грамотный подход к организации системы заземления электроустановок, четкое понимание структуры и особенностей разных типов УЗ, а также своевременный контроль их состояния, в соответствии с действующими регламентами, обеспечит безопасность сотрудников предприятия, сохранность оборудования и зданий.

Минимальные размеры контура заземления. Цепь заземления: ПУЭ

В современном мире практически невозможно представить жизнь без техники, работающей с электричеством. Можно сказать, что он довольно прочно вошел в жизнь многих и без него трудно представить «нормальную» жизнь. Но бывает, что любимый человек и такое необходимое оборудование может внезапно превратиться в источник опасности для жизни. А именно во избежание подобных ситуаций нужно использовать контур заземления.(Рис.1)

Практически все современные дома оснащены всеми видами электроприборов, которые являются частью нашей повседневной жизни. Но в случае нарушения изоляции он может превратиться из незаменимого помощника в оборудование, представляющее реальную угрозу для жизни. Чтобы этого не произошло, в домах устраивают контур заземления.

Для чего нужен контур заземления?

Заземление — это устройство особой конструкции, которое подключается к земле (земле). В этом случае в такое соединение входят электрические устройства, которые в нормальном состоянии не находятся под напряжением.Но если условия эксплуатации нарушены или другие причины приведут к повреждению изоляции, это может произойти. Поэтому так важно соблюдать стандарты заземления контура заземления.

Все дело в следующем — ток всегда устремляется туда, где наименьшее сопротивление. Итак, при нарушении работы оборудования ток течет к корпусу изделия. Техника начинает работать с перебоями и постепенно портиться. Но гораздо страшнее другое — при прикосновении к такой поверхности у человека появляется такой разряд, что он просто умирает.

А вот при использовании — контур заземления будет происходить следующим образом. Напряжение будет распределено между существующим контуром и человеком. Вот только контур заземления в этом случае будет иметь меньшее сопротивление. А это значит, что человек хоть и будет чувствовать неудобства, но весь основной ток по цепи будет уходить в землю.

Важно!
При сооружении контура заземления важно будет помнить и соблюдать все необходимое для его устройства с минимальным сопротивлением.

Контур заземления — виды и его устройство

В основном для заземления используются металлические стержни, которые играют роль электродов. Они соединяются друг с другом и уходят глубоко в землю на достаточное расстояние. Эта конструкция связана с установленным в доме щитком. Для этого используется полоса металла. требуемая толщина … (рис.2)

Само расстояние, на которое погружается электрод, напрямую зависит от высоты грунтовых вод.Чем выше их встречаемость, тем выше система заземления. Но при этом его расстояние от искомого объекта составляет от одного метра до десяти метров. Это расстояние является важным условием и его необходимо строго соблюдать.

Расположение электродов часто имеет однородную геометрическую форму … Часто это треугольник, линия или квадрат. На форму влияет площадь, за которую нужно ухватиться, и простота установки.

Важно!
Система заземления обязательно располагается ниже уровня промерзания грунта, который существует в конкретном месте.

Основные типы контуров заземления

Итак, есть два основных типа технологических решений. Это заземляющие контуры — глубокие и традиционные.

Итак, при традиционном методе электроды располагаются следующим образом — одни расположены горизонтально, а остальные — вертикально. Первый электрод представляет собой стальную полосу, а второй — соответственно металлические стержни. Все они должны быть действительными по размеру.

Необходимо учитывать, что место для строительства питомника нужно выбирать так, чтобы в нем не было очень многолюдно.Лучше всего для этого подходит тенистая сторона с постоянным увлажнением почвы.

Но у этого контура заземления есть и недостатки:

• его достаточно сложное и физически сложное устройство;
• металлические изделия, составляющие цепь, подвержены коррозии, которая не только разрушает ее, но и сжигает, вызывая ухудшение проводимости;
• , поскольку он расположен в верхней части земли, он очень сильно зависит от параметров окружающей среды, которые могут изменить его токопроводящие характеристики.

Глубокий метод намного эффективнее традиционного. Его производят специализированные производства. И имеет ряд преимуществ:

• соответствует всем установленным стандартам;

Срок службы

• значительно увеличен;
• не зависит от окружающей среды, в связи с глубиной залегания;

Установка

• довольно проста.

Необходимо учитывать, что после устройства любого типа контура заземления необходимо проверить его соответствие всем требованиям и надежность.Для этого необходимо пригласить профильных специалистов. У них должна быть лицензия на ведение такой деятельности. После проверки выдается соответствующее заключение. На контур заземления необходимо положить паспорт, к нему приложить протокол испытаний и разрешение на использование. (Рис. 3)

Важно!
При строительстве контура заземления нельзя экономить на материалах (рис. 4). В противном случае его работа будет полностью аннулирована.

Внешний контур заземления

Эта система служит трансформаторной подстанцией и имеет замкнутый контур.Состоит из небольшого количества электродов. Они расположены вертикально. Заземлитель горизонтальный, изготавливается из стальных полос 4 * 40 мм.

Контур заземления должен иметь сопротивление не более 40 м, а заземление должно иметь максимальное сопротивление 1000 м / м. В настоящее время по правилам значения могут быть увеличены, но не более чем в десять раз для почвы. Из этого можно сделать вывод, что для достижения значения 40 м необходимо вертикально установить восемь электродов по пять метров каждый.Их необходимо сделать из круга диаметром 16 мм. Или вы можете использовать десять-три метра при использовании стального уголка 50 * 50 мм.

Внешний контур отступает от края здания более чем на метр. Элементы, расположенные горизонтально, закапывают в траншею на расстоянии 700 мм от уровня поверхности почвы. Полоса кладется краем.

Таким образом, понятно, что следует четко руководствоваться существующими нормами … Так контур заземления ПУЭ отражен в главе 1.7. Также необходимо отслеживать все изменения требований, которые могут происходить довольно часто.

Для того, чтобы контур заземления эффективно выполнял свои функции, необходимо использовать нормы, которые приведены в «Правилах устройства электроустановок». Они утверждены Минэнерго России приказом от 08.07.2002. Сейчас действует седьмое издание. Но перед реализацией конкретного проекта необходимо уточнить последние изменения.Поскольку далее в статье есть ссылки на этот документ, будут применяться следующие сокращения: «ПУЭ», или «Правила».

Типовые схемы заземления дома

Зачем выполнять требования

Может показаться, что строгое соблюдение Правил излишне, необходимо только для прохождения официальных проверок, сдачи объекта недвижимости в эксплуатацию. Конечно нет.

Стандарты основаны на научных знаниях и практическом опыте … ПУЭ содержит следующую информацию:

• Формулы для расчета отдельных параметров защитной системы.
• Таблицы коэффициентов, которые помогут вам учесть электрические характеристики различных проводников.
• Порядок проведения испытаний и проверок.
• Специализированные организационные структуры.

Практическое применение этих стандартов поможет предотвратить поражение людей и животных электрическим током. Создание контура должно быть безупречным, в строгом соответствии с Правилами.Это снизит вероятность возникновения пожаров при авариях, поможет исключить развитие негативных процессов, способных повредить имущество.

В статье рассматриваются вопросы защиты частного дома. Таким образом, будут изучены те разделы ПУЭ, которые касаются работы с напряжением до 1000 В.

Компоненты системы

Ключевым параметром этой системы является сопротивление заземления. Сопротивление заземления должно быть настолько низким, чтобы в аварийной ситуации по этому пути протекал ток.Это обеспечит защиту в случае случайного контакта человека с живой поверхностью.

Для получения желаемого результата шасси и корпус бытовых устройств дома подключаются к главной шине заземляющего устройства, создается внутренняя цепь. К нему также подключаются металлические элементы конструкции здания, водопроводные трубы. Состав такой системы выравнивания потенциалов подробно описан в ПУЭ (п. 1.7.82). Снаружи конструкции устанавливается другая часть защиты, внешний контур.Он также подключен к основной шине. Для обустройства частного дома можно использовать разные схемы. Но проще всего закопать металлические стержни в землю.

В следующем списке показаны отдельные компоненты системы и их требования:

• Провода, используемые для подключения утюгов стиральных машин и других конечных потребителей. Они находятся внутри сетевого кабеля, поэтому требуется только надлежащая линия заземления, подключенная к розетке. В некоторых ситуациях при установке варочных панелей, духовок и другого оборудования, встроенного в мебель, требуется соединить шкафы отдельным проводом.
• В качестве общей шины можно использовать не только специальный провод, но и «естественные» жилы, например металлические каркасы зданий. Исключения и точные правила будут рассмотрены ниже. Здесь следует отметить, что этот участок прохода для тока должен быть создан таким образом, чтобы исключить механическое повреждение при эксплуатации.
• Внешний контур частного дома создается из металлических элементов без утепления. Это увеличивает вероятность разрушения в процессе коррозии.Для уменьшения этого негативного воздействия используются цветные металлы. Места сварных соединений стальных деталей покрывают битумными смесями и другими составами аналогичного назначения.
• Фактическое сопротивление заземляющего устройства этого типа будет зависеть от характеристик почвы. Глина и сланец хорошо удерживают влагу, а песок — нет. В каменистых почвах сопротивление слишком велико, поэтому придется искать другое место для установки или еще глубже погрузить заземляющий электрод. В особо засушливые периоды рекомендуется регулярный полив почвы для поддержания работоспособности устройства.

Грунты имеют разную проводимость

Заземляющие провода

Изолированные провода являются частью внутреннего контура. Их раковины окрашены (чередование зеленых и желтых продольных полос). Это решение снижает количество ошибочных действий при выполнении сборочных операций. Подробно требования изложены в разделе «Защитные провода» Правил, начиная с раздела 1.7.121.

В частности, существует методика простого расчета допустимой площади сечения изолированного проводника (без поверхностного слоя).Если фазный провод меньше или не превышает 16 мм 2, то выбираются равные диаметры. При увеличении размера используются другие пропорции.

Для точных расчетов используется формула из пункта 1.7.126 ПУЭ:

/
k , где:

• S — поперечное сечение заземляющего проводника в мм 2;
• I — ток, проходящий через него при коротком замыкании;
• t — время в секундах, на которое автомат разорвет силовую цепь;
• k — специальный комплексный коэффициент.

Сила тока должна быть достаточной для работы машины в течение времени, не превышающего пяти секунд. Для того, чтобы система рассчитывалась с определенной маржой, выбирается ближайший более крупный товар. Специальный коэффициент взят из таблиц 1.7.6., 1.7.7., 1.7.8. и 1.7.9. О правилах.

Если вы планируете использовать многожильный алюминиевый кабель, в котором один из проводов является защитным, то применяются следующие коэффициенты с учетом различных изоляционных оболочек.

Таблица коэффициентов с учетом типа изоляционных оболочек

В качестве следующих элементов внутреннего контура частного дома допустимо использование конструктивных элементов. Подойдет металлическая арматура, внутри которой располагается железобетонное изделие.

При использовании данного варианта обеспечивается непрерывность цепи, принимаются дополнительные меры по защите от механического воздействия … Учитываются особенности конкретной конструкции, структурные деформации, возникающие в процессе усадки.

Не допускается использование:

• Детали трубопроводных систем для газоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения.
• Трубы водоснабжения металлические, если они соединены с помощью прокладок из полимеров или других диэлектрических материалов.
• Стальные гирлянды, используемые для крепления светильников, гофрированных кожухов, других недостаточно прочных проводников или изделий под нагрузкой, относительно большой по их параметрам.

Если используется отдельный медный провод, который не входит в комплект поставки кабеля питания, или он не находится в общей изолирующей защитной оболочке с фазными проводниками, допустимая минимальная площадь поперечного сечения в мм 2:

• с дополнительной защитой от механических воздействий — 2.5;
• при отсутствии таких предохранительных устройств — 4.

Этот медный проводник не застрахован от случайных механических повреждений.

Алюминий менее прочен, чем медь. Следовательно, сечение жилы из такого металла (вариант — отдельная прокладка) должно быть не меньше следующей нормы: 16 мм 2.

Каким должно быть сечение внешнего контура жилы. заземление дома можно увидеть в таблице ниже.

Сечение жил внешнего контура заземления

Проходя через внешнюю толстую стену дома, легче просверлить тонкое отверстие.Его можно армировать изнутри трубкой подходящих размеров. Медную проволоку несложно согнуть под углом, чтобы прикрепить внешний контур к стальной шине.

Допустимое сопротивление заземляющего устройства определено п. 1.7.101 ПУЭ. Сводные нормы представлены в таблице ниже.

Нормы допустимого сопротивления заземляющего устройства

Указанные нормы действительны для случаев, когда сопротивление грунта (удельное) не превышает порогового значения R = 100 Ом на метр.В противном случае допустимо увеличить сопротивление, умножив исходное значение на R * 0,01. Конечное сопротивление заземляющего электрода не должно превышать исходное значение более чем в 10 раз.

За городом для подключения домов часто используются воздушные линии электропередачи. Поэтому уместно упомянуть правила ПУЭ, относящиеся к соответствующей ситуации. Если проводник одновременно выполняет функции защитной и нулевой (типа PEN), то на концах таких линий, в зонах присоединения потребителей, устанавливается устройство повторного заземления.Как правило, такие действия требует выполнения энергетической компанией, но собственник дома должен произвести соответствующую проверку. Металлические части опор, закопанные в землю, используются в качестве заземляющего электрода.

Заземление воздушной ЛЭП

При выборе составных элементов персональной внешней цепи, которая будет устанавливаться в земле, используются следующие стандарты ПУЭ.

Параметры составных элементов внешнего контура заземления по нормам ПУЭ

Если повышен риск повреждения горизонтальных участков окислительными процессами, используются следующие решения:

• Площадь сечения жил увеличивается сверх нормы, указанной в ПУЭ.
• Изделия с гальваническим поверхностным слоем или из меди.

Траншеи с горизонтальными заземляющими электродами засыпаны грунтом с однородной структурой, без мусора. Чрезмерный дренаж почвы способен повысить сопротивление, поэтому в летние периоды, когда длительное время нет дождя, соответствующие участки специально поливают.

При прокладке контура заземления избегайте близости трубопроводов, искусственно повышающих температуру почвы.

Каким должно быть сопротивление

Прочность металлических проводников, их электрическое сопротивление определить несложно. Если по ПУЭ должно быть определенное сопротивление, то соблюдение правил не составит особого труда. Так, например, для заземления опор ВЛ устанавливается ПДК 10 Ом, если эквивалентное сопротивление грунта не превышает 100 Ом * м (таблица 2.5.19.). Целостность сварных швов обеспечивается дополнительной защитой антикоррозийным слоем.При риске разрыва в процессе смещения грунта или деформации конструкции соответствующий участок изготавливается из гибкого кабеля.

Но гораздо больше проблем с землей. В этой неоднородной среде, подверженной самым разным внешним воздействиям, одно и то же значение проводимости в течение длительного времени невозможно. Именно поэтому в ПУЭ отдельный раздел посвящен заземляющим устройствам, которые устанавливаются в грунтах с высоким удельным сопротивлением (нормы по п.1.7.105. — 1.7.108.).

• Использованные металлические элементы (заземление вертикального типа) увеличенной длины. В частности, допустимо подключение к трубам, установленным в артезианских скважинах.
• Заземлители переносятся на большое расстояние от дома (не более 2000 м), где сопротивление грунта (Ом) меньше.
• В скальных и других «сложных» породах закладывают траншеи, в которые глина или другой подходящий грунт … Там, в свою очередь, устанавливаются элементы системы заземления горизонтального типа.

Горизонтальные заземлители в системе заземления

Если удельное сопротивление грунта превышает 500 Ом на м, а создание заземляющего электрода связано с чрезмерными затратами, допускается превышение нормы заземляющих устройств не более чем на 10 раз. Для расчета используется следующая формула. Точное значение должно быть: R * 0,002. Здесь значение R представляет собой удельное эквивалентное сопротивление грунта в Ом на м.

Внутренний и внешний контур

Обычно главная шина внутри здания устанавливается внутри устройства ввода.Делать его допустимо только из стали или меди. В этом случае использование алюминия не допускается. Примите меры, чтобы не допустить беспрепятственного доступа к нему посторонних … Автобус размещается в шкафчике или в отдельном помещении.

К нему подключаются:

• металлические элементы конструкции здания;
• провод внешнего контура заземления;
• жилы типа PE и PEN;
• трубопроводы металлические и токопроводящие части систем водоснабжения, кондиционирования и вентиляции.

Внешний контур дома создается с учетом вышеперечисленных правил ПУЭ по системам отдельных частей. Это обеспечит необходимое минимальное сопротивление системы заземления (Ом), которого достаточно для надежной защиты. Для повторного заземления рекомендуется использовать заземлители естественного типа.

Сопротивление (Ом) заземляющего устройства четко не определено положениями ПУЭ.

Ниже приведены некоторые важные характеристики штатного заземлителя частного дома:

• Основная часть, вертикальные элементы, устанавливаются на небольшом удалении от дома с учетом параметров грунта.
• К ним укладывается траншея глубиной до 0,8 м и шириной не менее 0,4 м, в которой устанавливаются горизонтальные участки цепи. Точной нормы нет, но габариты траншеи должны быть достаточными для беспрепятственного монтажа элементов.
• Вертикальные заземлители длиной до 3 м устанавливаются в углах равностороннего (по 3 м) треугольника. Эти размеры приведены в качестве примера. Точных стандартов длины нет. Есть стандарты только на максимально допустимое сопротивление защитной системы.
• Чтобы их было легче забивать в землю, концы заточены.
• Полосы крепятся к выступающим частям сварным швом.
• Траншеи засыпаны грунтом однородной структуры, не содержащим гравия.

Монтаж внешнего контура заземления частного дома

При использовании в цепи заземления болтовых соединений принимаются меры против их раскручивания. Как правило, соответствующие узлы привариваются.

Видео. Заземление своими руками

Нормы проведения испытаний изложены в главе 1.8 ПУЭ, а также в «Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭЭП, пр. 3.1), действующих с 1.07.2003 г. на основании решения Минэнерго России (приказ от 13.01.2003г.). Осуществляется визуальный осмотр, проверяется целостность соединений. По специальной методике определяется сопротивление контура системы заземления.Измеренное значение не должно быть выше нормы (Ом). Если это условие не выполняется, используйте более длинный заземляющий электрод или другие технологии, описанные в этой статье.

(сопротивление распространению электрического тока) — величина «противодействия» распространению электрического тока, поступающего в землю через заземляющий электрод.

Количество измерений сопротивления заземления — Ом и оно должно быть как можно меньшим. Идеальным случаем считается, если значение равно нулю, а это значит, что при пропускании «вредных» электрических токов нет сопротивления, что гарантирует их ПОЛНОЕ поглощение землей.Поскольку достичь идеала практически невозможно, вся электроника и электрооборудование создается на основе некоторых стандартизованных значений сопротивление заземления равно 60, 30, 15, 10, 8, 4, 2, 1 и 0,5 Ом.

Чтобы рассчитать сопротивление проводника, вы можете использовать Калькулятор сопротивления проводника.

При подключении к электросетям 220/380 Вольт заземление должно быть обеспечено для частных домов с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом.

Согласно ПУЭ 1.7.101, не должно превышать 4 Ом при подключении местного заземления к нейтрали трансформатора / генератора в системе TN, общее сопротивление заземления (местное + все повторное + заземление трансформатора / генератора) . Без каких-либо дополнительных действий при заданных условиях, с надлежащим заземлением источника питания (генератора или трансформатора).

При подключении газопровода к дому должно соблюдаться нормативное требование по заземлению дома, но местное заземление с сопротивлением не более 10 Ом, в связи с применением опасного типа оборудования (для всех повторных заземлений ПУЭ 1 .7.103).

Для заземления, которое используется при соединении молниеотводов, должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п. 8).

Согласно ПУЭ 1.7.101 для источника тока (генератора или трансформатора) требуется сопротивление заземления не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях трехфазного источника тока: 660, 380 и 220 В. или однофазный источник тока: 380, 220 и 127 В.

В устройствах защиты воздушных линий связи (например, радиочастотный кабель или локальная сеть на основе медного кабеля) сопротивление заземления, к которому подключаются газовые разрядники, должно быть не более 2 Ом, это необходимо для их уверенной работы.Также существуют экземпляры, требующие значения 4 Ом.

Заземление при подключении телекоммуникационного оборудования должно иметь сопротивление не более 2 или 4 Ом.

Сопротивление токам утечки для подстанции не должно превышать 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90).

Но указанные нормы действуют сопротивления заземления только для нормальных грунтов с удельным электрическим сопротивлением не более 100 Ом * м (глина или суглинок).

Однако, если грунт имеет более высокое электрическое сопротивление, то очень часто (но не всегда) минимальное значение сопротивления заземления на величину, равную 0.01 удельного сопротивления почвы.

Например, при удельном сопротивлении 500 Ом * м минимальное местное сопротивление заземления дома с системой TN-C-S в песчаных грунтах увеличивается в 5 раз, вместо 30 Ом становится 150 Ом.

Для производства расчета сопротивления заземления разработаны специальные методики и формулы, описывающие зависимости от указанных выше факторов.

Основным показателем качества системы заземляющих электродов является сопротивление заземления и напрямую зависит от следующих факторов:

1.Удельное сопротивление грунта

2. Конфигурация заземляющего электрода, в частности из области электрического контакта электродов заземляющего электрода с землей

Удельное сопротивление грунта.

Уровень «электропроводности» земли как проводника определяет удельное сопротивление почвы, равное тому, насколько хорошо электрический ток, исходящий от заземляющего электрода, будет распространяться в такой среде. чем меньше будет значение, тем меньше будет это значение.

Удельное электрическое сопротивление почвы (Ом * м) — это измеренная величина, которая зависит от состава почвы, плотности и размера сцепления ее частиц друг с другом, а также от температуры, влажности почвы и концентрации растворимых в нем химических веществ (щелочных и кислотных остатков, солей).

Поскольку точное измерение этого параметра возможно только при проведении специальных геологоразведочных работ, обычно используется таблица примерных значений — «удельное сопротивление грунта».

Конфигурация заземлителя.

Сопротивление заземления напрямую зависит от площади электрического контакта электродов системы заземляющих электродов с землей, которая должна быть как можно больше, поскольку чем больше площадь поверхности системы электродов заземления, тем меньше сопротивление заземления.

В роли заземляющего электрода чаще всего из-за простоты монтажа используется вертикальный электрод, имеющий вид стержня, уголка или трубы.

Для увеличения площади контакта системы заземляющих электродов с землей необходимо принять следующие меры:

• Увеличьте длину (глубину) электрода.
• Используйте несколько коротких электродов, соединенных вместе и размещенных на небольшом расстоянии друг от друга (контур заземления).

Затем просто складываются площади отдельных электродов.

Отсутствие заземления электрооборудования или его неправильная работа может привести к производственным травмам, выходу из строя устройств автоматики или их некорректной работе, неточностям показаний измерительной техники… Это происходит в результате пробоя изоляции между токоведущими частями и корпусом оборудования. В результате на корпусе появляется напряжение и протекает электрический ток, который может травмировать человека и привести к неисправности электрических устройств. Чтобы избежать этого, часть установки, которая в нормальном состоянии не находится под напряжением, подключается к заземляющему устройству. Этот процесс называется заземлением.

Заземляющее устройство — система, состоящая из контура заземления и проводников, обеспечивающих безопасное прохождение тока через землю.Исходя из Правил устройства электроустановок, естественные заземлители могут быть:

1. Каркасы зданий (железобетонные или металлические), заземленные.
2. Защитная металлическая оплетка для кабелей, проложенных в земле (кроме алюминия)
3. Трубы колодцев, водопроводов, проложенных в земле (кроме трубопроводов с легковоспламеняющимися жидкостями, газами, смесями)
4. Опоры высоковольтных линий электропередачи
5. Железные дороги неэлектрифицированные (при сварке рельсов)

Для искусственного заземления по правилам использовать неокрашенные стальные стержни (диаметром более 10 мм), уголок (при толщине полки более 4 мм), листы (толщиной более 4 мм). и сечением более 48 мм2).Для создания системы с искусственным заземлением возле конструкции их вкапывают или вбивают в грунт металлическими прутьями, уголками или листами указанной выше толщины и сечения, но длиной не менее 2,5 м. Затем их соединяют сваркой при помощи прутка или листовой стали. Эта конструкция должна располагаться на расстоянии более 0,5 м от поверхности земли. Согласно требованиям, контур заземления здания должен иметь как минимум два подключения к заземляющему электроду.
В зависимости от назначения заземление оборудования делится на два типа: защитное и рабочее.Защитное заземление служит для безопасности персонала и предотвращает возможность поражения человека электрическим током из-за случайного контакта с корпусом электроустановки. Защитному заземлению подлежат корпуса электроустановок и электрических машин, не закрепленные на «заземленных» опорах, электрические шкафы, металлические коробки распределительных щитов, металлические шланги и трубы с силовыми кабелями, металлические оплетки силовых кабелей.
Рабочее заземление применяется, когда для производственных нужд при повреждении изоляции и пробое корпуса требуется продолжить работу оборудования в аварийном режиме.Таким образом, например, заземляются нейтрали трансформаторов и генераторов. Также в рабочее заземление входит подключение к общей заземляющей сети молниеотводов, защищающих электроустановки от прямых ударов молнии.

Согласно Правилам устройства электроустановок электрические сети с номинальным напряжением более 42 В при переменном токе и более 110 В при постоянном токе должны быть заземлены.

Классификация систем заземления

Различают следующие системы заземления:

• Система TN (которая, в свою очередь, делится на подтипы TN-C, TN-S, TN-C-S)
• Система ТТ
• IT-система

Буквы в названиях систем взяты из латинского алфавита и расшифровываются следующим образом:
T — (от terre) земля
N — (от среднего) нейтральный
C — (от комбайн)
S — ( от отдельной) к отдельной
I — (от изолированной) изолированной
По буквам в названиях систем заземления можно узнать, как устроен и заземлен источник питания, а также принцип заземления потребителей.

Система TN

Это самая известная и востребованная система заземления. Основное его отличие — наличие «глухозаземленной» нейтрали источника питания. Те. нейтральный провод питающей подстанции напрямую заземлен.
TN-C — это подвид системы заземления, который характеризуется комбинированным заземлением и нейтральным нейтральным проводником. Те. они идут одним проводом от питающего трансформатора к потребителю. Отсутствие в этой системе отдельного заземляющего провода (защитной нейтрали) является недостатком.Система TN-C широко применялась в советских постройках и не подходит для современных новостроек, так как в ванной отсутствует выравнивание потенциалов.
TN-S — это система, в которой защитный проводник системы уравнивания потенциалов и рабочие нейтральные проводники проходят как отдельные провода от источника питания к электрической установке. Эта система получает широкое распространение только при подключении зданий к электросети. Это самый безопасный. К недостаткам можно отнести его дороговизну, т.к.требуется установка дополнительного проводника.
TN-C-S — это система, в которой нейтральный защитный проводник и нейтральный рабочий соединены комбинированным проводом и разделены на входе в распределительный щит. Для этой системы требуется дополнительное заземление, как того требует Правила установки электрооборудования.

Система ТТ

Это система, в которой питающая подстанция и электроустановка потребителя имеют разные независимые заземляющие провода.Область применения системы ТТ — мобильные объекты с электроустановками потребителей. К ним относятся передвижные контейнеры, ларьки, вагоны и т. Д. В большинстве случаев для потребителя в системе ТТ используется модульное штыревое заземление.

IT-система

Система, в которой источник питания отделен от земли через воздушное пространство или подключен через большое сопротивление, т. Е. Изолирован. Нейтраль в этой системе соединена с землей через большое сопротивление. IT-система используется в лабораториях и медицинских учреждениях, в которых работает высокоточное и чувствительное оборудование.

Требования к заземлению двигателя

В соответствии с требованиями и правилами установленный электродвигатель перед запуском необходимо заземлить. Исключение составляют те случаи, когда корпус электродвигателей установлен на металлической опоре, соединенной с землей через металлическую конструкцию здания или через заземляющий провод. В остальных случаях корпус двигателя необходимо соединить проводом с контуром заземления здания из металлической ленты с помощью сварки.

Это рабочая площадка. В противном случае при нарушении изоляции между обмоткой двигателя или проводом и корпусом двигателя защитное устройство не сработает и не отключит питание. И двигатель продолжит работать.
Каждая электрическая машина должна иметь индивидуальное подключение к заземляющему проводу. Последовательное подключение электродвигателей к контуру заземления запрещено, так как при разрыве одного из соединений с заземляющим проводом вся цепь будет изолирована от земли.Для установки защитного заземления необходимо иметь в силовом кабеле дополнительный заземляющий провод, один конец которого подключается к клеммной коробке электродвигателя, а другой — к корпусу электрического шкафа управления электродвигателем. Электрический шкаф сначала необходимо заземлить. В случае пробоя между токоподводом и этим заземляющим проводом возникает ток короткого замыкания, который размыкает защитное или переключающее устройство (тепловое или токовое реле, автоматический выключатель).
Сечение заземляющего проводника, соответствующее требованиям Правил электромонтажа, приведено в таблице 1:

.

Таблица 1

Сечение фазных проводов рассчитывается согласно токовой нагрузке потребителя.

Требования к заземлению сварочных аппаратов

Как и для любого технологического оборудования, потребляющего электрический ток, для сварочных аппаратов существуют правила подключения заземления. Помимо необходимости заземления корпуса сварочной электроустановки с помощью контура заземления здания, заземляется один вывод вторичной обмотки аппарата, а ко второму подключается электрододержатель соответственно. В этом случае выход вторичной обмотки, требующий заземления, должен иметь графическую маркировку и иметь стационарное выдвинутое крепление для удобного подключения к заземляющему электроду.Переходное сопротивление контура заземления не должно превышать 10 Ом. Если необходимо увеличить электропроводность контура заземления, площадь контакта соединения увеличивают.

Последовательное подключение сварочных аппаратов с заземляющим электродом также запрещено. Каждое устройство должно иметь отдельное подключение к заземленной электросети здания.
Заземление электроустановок потребителей — не формальность, а необходимая техническая мера безопасности, которая позволит не только стабилизировать работу оборудования, но и спасти жизнь обслуживающему и контактирующему с ним персоналу.

При строительстве нового жилого дома собственники стараются обеспечить его защиту различными способами, в том числе от ударов молнии. Для этого обязательно сделать правильный контур заземления по всем нормам, так как в противном случае он не гарантирует надежной защиты … В связи с этим возникает необходимость досконального изучения правил и норм ПУЭ.

Нормы ПУЭ — это совокупность специально разработанных Минэнерго СССР специальных нормативных правовых актов — правил устройства электростанций.Эти правила электромонтажа содержат описание того, как правильно создавать электропроводку в жилых домах, заводских помещениях и других сооружениях, в них есть описание различных устройств, а также принцип их устройства. ПУЭ включают условия прокладки коммуникаций электроустановок, узлов, требования к отдельным системам и их отдельным элементам.

Очень часто стандарты ПУЭ применяются при установке электрического освещения в зданиях, различных помещениях, а также улицах, селах, территориях определенных учреждений или предприятий.В них содержится содержание условий для установки ультрафиолета в медицинских сооружениях, реклама с осветительными приборами и прочее. При прокладке электропроводки в зданиях руководствуйтесь отдельным разделом ПУЭ.

В отдельных разделах можно найти рекомендации, как сделать контур заземления, как установить защитные устройства электрических сетей, а также другие правила эксплуатации различного электрооборудования. Более подробно и точно об условиях использования такого оборудования см. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭУ).

На сегодняшний день при соблюдении всех правил ПУЭ по монтажу и электромонтажу разного типа, прокладке контура заземления и заземления или других технических решений стоимость таких работ будет очень высокой. По этой причине этими нормами руководствуются поверхностно, соблюдая только самые важные инструкции, а для других они пытаются найти альтернативное решение. Несмотря на дороговизну, эти правила позволяют обеспечить эффективную защиту построек любого типа от различных негативных факторов.

Видео «Изготовление контура и разметка. Часть 1 «

Стандарты контура заземления

Настоятельно рекомендуется установка контура заземления в соответствии со стандартами EIC. Такой подход позволит произвести все необходимые подключения и правильно подключить схему с соблюдением всех норм. Это обеспечит надежную работу системы защиты в здании, предотвратив негативные последствия природных или техногенных факторов.Чтобы сделать контур заземления своими руками, необходимо обладать некоторыми знаниями в области электротехники. Перед работой рекомендуется ознакомиться с необходимой литературой, а также с разделами ПУЭ, в которых говорится о монтаже контура заземления.

В соответствии с действующими Правилами электромонтажных работ, повторная петля должна быть размещена в точках выхода из любого типа здания. В местах повторного заземляющего контура следует установить естественные заземлители.В правилах указаны некоторые обрезки металлических конструкций, подходящие к заземляющему контуру. Среди них можно найти железобетонные конструкции, металлические массивные детали, которые должны с болью соприкасаться с землей частью своей поверхности. Если схема подключается в агрессивной среде, то такие конструкции обязательно должны иметь специальное защитное покрытие. Также для заземляющего элемента подойдет металлическая водопроводная труба, закапываемая глубоко в землю, или длинные рельсы от неэлектрифицированных железных дорог.

Обязательно обратите внимание на пункт PUE, в котором указаны элементы, которые нельзя использовать в качестве контура заземления. К ним относятся железобетонные конструкции с металлическими элементами, находящимися под напряжением, а также трубопроводы с легковоспламеняющимися веществами, отопительные и канализационные трубы … Если схема должна быть сделана с использованием естественного заземляющего электрода (грунт, фундамент под зданием), то теоретически Сначала необходимо произвести расчеты и схему подключения.

Обычно при строительстве нового здания контур заземления делают искусственно, закапывая опоры под землю.Этот метод считается более универсальным и на практике применяется гораздо чаще. Это продиктовано тем, что не во всех местах есть подходящие условия для естественного заземления.

Очень важным фактором, влияющим на контур, является сопротивление почвы. Так что в местах с повышенной влажностью почвы сопротивление будет низким. Существенные проблемы с установкой возникают на сухой почве. Например, для такой работы совершенно не подходят песчаные почвы, каменистые или каменные образования. В нормативных документах
В указано точное значение сопротивления, определяющее уровень растекания тока, а также какое сопротивление должна иметь цепь.

В бытовых электроустановках используется два типа заземления.

Традиционный контур заземления. В этом случае основной заземляющий элемент должен состоять из нескольких вертикальных опор и одной горизонтальной. Они должны иметь круглое сечение и быть ровными. Для этого можно использовать стальные прутья, трубы или толстую арматуру. Для обычных частных домов целесообразно использовать опоры больших размеров … Если используется стальная арматура, то можно взять 3 таких элемента размерами от 2 метров.Их устанавливают так, чтобы образовался равносторонний треугольник, если местом установки арматуры являются вершины условной фигуры. Перед тем как приступить к установке опор, нужно измерить расстояние между ними. Чем больше между ними места, тем лучше. Желательно, чтобы габариты расстояния между элементами заземления были не менее 1,5 метра. Убедившись в правильности измерений, можно приступать к монтажу схемы.

Когда элементы вбиваются в землю, между ними должно быть надежное соединение.Вы можете прикрепить его отдельными застежками на той же высоте. Соединение всех опор выполняется горизонтальными заземляющими электродами ближе к верху электродов. По нормам ПУЭ стыки должны быть стальными или медными. Каждый элемент может быть соединен с поперечным электродом сваркой. Этот способ более надежен, чем подвижный крепеж (гайки, болты). Что касается размеров этих электродов, то они имеют минимальные нормированные значения … При установке следует отдавать предпочтение более длинным опорам.Их толщина регулируется правилами для электроустановок в таблице 1.7.4.

Например, если схема сделана из медного проводника, то его сечение должно быть не менее 1,2 сантиметра. Если он изготовлен из листа черной стали, то его толщина должна быть более 4 сантиметров, а длина секции — более 10.

Если рассматривать контур заземления для жилых домов, то он должен располагаться в месте, куда люди редко ходят.Желательно выбирать северную сторону. Поскольку эта часть освещается реже, земля задерживает больше влаги.
Расстояние до стен здания должно быть более 1 метра.

Глубокий контур заземления. Этот тип устраняет большинство недостатков, присущих традиционному методу. Этот метод предполагает модульную систему штифтов. Данная конструкция изготавливается на специализированных заводах и имеет сертификат. Модульная система штифтов имеет ряд преимуществ. Прежде всего, это соблюдение всех технических норм и стандартов.Имеет длительный срок службы, более 30 лет. Эта конструкция всегда имеет стабильное сопротивление распространению электрического заряда при любых погодных условиях. Опоры вбиваются в землю на глубину 25-30 метров, что обеспечивает надежное заземление больших построек.

Такую систему не нужно постоянно проверять, так как она достаточно проста и надежна. Схема и расчет заземляющих электродов модульной штыревой системы проще, чем система безопасности своими руками.

Если был оборудован частный дом или отдельное помещение, то перед его подключением следует измерить фактические показания всей системы. Если после замеров показатели соответствуют нормативным данным, значит, монтаж и подключение схемы произведены правильно. Подобные измерения, а также проверка подключения и схемы установки проверяются специальной сертифицированной электротехнической лабораторией. После проверки выдает экспертное техническое заключение с отдельным номером, после чего вносится в реестр.Произведя замеры в основных точках подключения, а также сопротивления, заполняют технический паспорт контуров заземления, составляют протокол испытаний и подписывают акт приемки на соответствующую систему.

В помещениях необходимо устанавливать специальные розетки, предназначенные для подключения проводов с заземлением. Для подключения нужно заранее проложить трехжильный силовой кабель с заземляющим проводом. Помимо фазы и «нуля» к розетке подключается еще провод с «массой».Его необходимо подключить к клемме, расположенной между гнездами розетки.

Перед началом работы необходимо составить схему контура заземления, а также необходимо провести соответствующие замеры. Есть правила расчетов для каждой комнаты или всего дома. Планировка конкретного здания выполняется отдельно. Например, рассмотрим небольшой загородный дом. Для расчета контура заземления необходимы исходные данные:

• грунтовка. Глиняный грунт сопротивлением 60 Ом * м.
• элементов заземления. Металлический уголок с размерами: толщина — 50 мм, длина — 2,5 м, ширина — 5 см.
• расстояние между опорами — 2,5 м.
• глубина траншеи под сооружение 0,7 м.
• нужен индикатор сопротивления заземления в размере 10 Ом.

Для расчетов все данные необходимо перевести в одну единицу измерения (для длины в метрах). Из таблиц ПУЭ коэффициенты определяются для конкретных климатических условий и длины вертикальных опор.Фактическое значение сопротивления почвы будет отличаться от теоретического значения, поскольку на расчеты влияет погода в регионе. Мы используем 2-ю климатическую зону с данными измерений.

Используя эти измерения и данные, при вычислении основной формулы получаем значение R = 27,58 Ом. После определения значения сопротивления одиночной заземляющей опоры по нему рассчитывается количество необходимых заземляющих элементов в конструкции.В этом случае их должно быть 3. После того, как будут получены результаты расчетов, нужно составить условную схему … Это упрощает понимание структуры и записывает значения всех ее элементов по отдельности. Желательно сохранить схему после установки на случай, если потребуется доработка контура заземления. Поскольку самостоятельно провести расчеты и построить диаграмму сложно, можно использовать приведенные значения. Но нужно учитывать почву, на которой расположен дом.

Измерение энергоэффективности центров обработки данных с помощью PUE

В то время как количество данных, собираемых датчиками и устройствами IoT , увеличивается, а также вычислительная мощность, необходимая для приложений AI и машинного обучения , энергопотребление центров обработки данных становится все более и более горячей темой.

Горячо, поскольку на самом деле количество отработанного тепла, производимого серверами и ИТ-оборудованием при их работе, так что системы охлаждения в центрах обработки данных являются решающим активом для обеспечения эффективности и надежности центра обработки данных.Существует несколько методов расчета энергоэффективности в центрах обработки данных, наиболее популярным из которых является показатель PUE — Эффективность использования энергии , как описано Маттео Меццанотте в этой очень интересной статье блога Submer. PUE был введен Green Grid , некоммерческим консорциумом ИТ-профессионалов, целью которого является повышение энергоэффективности и снижение воздействия центров обработки данных на окружающую среду.

PUE получается как отношение общего количества энергии, используемой объектом центра обработки данных, включая коммунальные услуги, такие как охлаждение, освещение и потери энергии ИБП, к энергии , фактически доставленной на вычислительное оборудование .Green Grid также представила свое взаимное измерение, DCIE — Эффективность инфраструктуры центра обработки данных , определяемая как отношение общего количества энергии, потребляемой ИТ-оборудованием, к общему энергопотреблению центра обработки данных.

Идеальный PUE равен 1,0, при этом вся мощность потребляется ИТ-устройствами. Согласно Green Grid, среднее значение PUE центров обработки данных по всему миру составляет 1,8, что означает, что около 45% всей энергии, потребляемой центром обработки данных , используется для не вычислительных целей .

Submer также создал SmartPUE , полезный инструмент для оценки эффективности центра обработки данных путем расчета его фактического PUE. Мы также повторно запускаем предложение, сделанное Submer to the Green Grid, чтобы включить положительный эффект рекуперации и повторного использования отработанного тепла в уравнения PUE и DCIE, а также сосредоточить внимание на преимуществах внедрения погружения системы охлаждения в дата-центрах . Охлаждение серверов путем помещения их в диэлектрические ванны, вид приложения, которое мы также разрабатываем в Tempco с системами иммерсионного охлаждения TCOIL , действительно позволяет достичь нескольких преимуществ, в первую очередь важного снижения энергопотребления на по сравнению с решениями для воздушного охлаждения, более стабильная и постоянная тепловая среда и, наконец, что не менее важно, экономия физического пространства, которая позволяет увеличить ИТ-оборудование и вычислительную плотность , достигая лучших значений PUE.

Иммерсионное охлаждение серверов также дает гораздо больше преимуществ, как объясняется в другой очень интересной статье в блоге о погружении. Мы также хотели бы добавить, что иммерсионное охлаждение позволяет использовать жидкости с менее низкой температурой по сравнению с решениями для воздушного охлаждения в центрах обработки данных. Это очень интересная тема, и в ближайшее время мы с радостью рассмотрим ее более подробно.

Консультации — Инженер по подбору | Удовлетворение требований к электрической инфраструктуре в центрах обработки данных

Кристофер М.Джонстон, ЧП, Syska Hennessy Group, Атланта

16 мая, 2013

Цели обучения

• Узнайте о современных требованиях центров обработки данных и о том, как их удовлетворить.
• Знать требования к основному оборудованию и его установке.
• Узнайте, как правильно подобрать проводку для различных напряжений.

Чтобы описать центр обработки данных с помощью аналогии, центр обработки данных — это матка без вида — для компьютеров. Центр обработки данных, спроектированный так, чтобы сделать сложное оборудование комфортным, требует прочной и высоконадежной электрической инфраструктуры, которая намного превосходит аналогичные объекты коммерческих и промышленных предприятий.

Эти различия в инфраструктуре высокой надежности достигаются за счет обеспечения уникальной эффективности эксплуатации, правильного выбора и установки электрического оборудования, а также определения правильной проводки и методов проектирования с соответствующими напряжениями при соблюдении требований ремонтопригодности для планового обслуживания.

Первым шагом в этом процессе является определение основных требований к электрической системе / целей центра обработки данных. Типичные для высоконадежной установки:

1.Избыточные компоненты и системы равносильны тому, что человек выходит из дома утром в слишком больших штанах, поэтому он берет ремень и пару подтяжек. Если ремень порвется, подтяжки будут удерживать брюки, и наоборот. В любом случае, он прикрыт.

2. Возможность одновременного обслуживания означает обеспечение того, чтобы каждый компонент и система (как питание, так и охлаждение), снабжающие компьютеры, могли быть выведены из эксплуатации для замены, ремонта или обслуживания без выключения компьютеров.

3. Отказоустойчивость, отличная от одновременного обслуживания, означает, что когда какой-либо компонент или система выходит из строя или выходит из строя, системы автоматически перенастраиваются, чтобы компьютеры не выключались. Отказоустойчивость — это автоматический процесс; одновременная ремонтопригодность — это ручной процесс. Частью отказоустойчивости является разделение на отсеки, чтобы пожар или взрыв в одной области не приводили к полной потере питания, охлаждения или того и другого для компьютеров.

4. Полное резервное питание в режиме ожидания достигается с помощью генераторной установки, которая настроена на обеспечение энергией, когда энергокомпания недоступна.

5. Селективная координация по максимальному току автоматических выключателей и / или предохранителей достигается таким образом, что во время повреждения отключается только минимальное количество системы. В идеале система отключает только автоматические выключатели, питающие отдельную часть вышедшего из строя оборудования, и ничего больше перед ней.

6. Модульная масштабируемая конструкция позволяет центру обработки данных расширяться в будущем без чрезмерного увеличения мощности в первый же день. Это имеет решающее значение по двум причинам: во-первых, все следят за своими кошельками, поэтому, если в конечном итоге потребуется 10 МВт компьютеров, но в первый день потребуется только 5 МВт, общая стоимость владения (TCO) может быть минимизирована путем создания модульной системы. , масштабируемая оболочка на 10 МВт, но только 5 МВт внутренней инфраструктуры на первый день.Во-вторых, модульный масштабируемый центр обработки данных проще в обслуживании. Центры обработки данных с избытком неиспользуемых мощностей — головная боль при обслуживании. Тщательное рассмотрение окончательной конфигурации объекта и этапов расширения необходимо, чтобы минимизировать риск и исключить необходимость отключения компьютерного оборудования во время расширения.

7. Подземные цепи используются в центрах обработки данных по двум причинам: подрядчики считают, что их установка менее затратна, и они обеспечивают физическую безопасность и разделение системы проводки центра обработки данных.Однако важно отметить, что они требуют специальных расчетов на этапе проектирования. Расчеты Neher-McGrath, содержащиеся в Национальных электротехнических правилах (NEC) 310.15.C и ПРИЛОЖЕНИИ B, должны использоваться для проектирования всех подземных цепей. Эти расчеты часто приводят к тому, что количество и размер проводов, проложенных под землей, значительно больше, чем требовалось бы над землей. Таким образом, ожидаемая экономия по сравнению с воздушными цепями часто оказывается ложной надеждой.

8. Акцент на операционной эффективности (снижение эксплуатационных расходов или OPEX) и минимизация совокупной стоимости владения могут быть достигнуты за счет снижения эффективности использования энергии (PUE).

Каждое из этих требований / целей имеет решающее значение, потому что, в отличие от типичного коммерческого или промышленного объекта, нагрузка на центр обработки данных является постоянной, с повышенными температурами окружающей среды во многих областях. Например, задние секции шкафов данных могут иметь температуру от 104 до 113 F, где установлена ​​разветвленная разводка цепи, в то время как горячие коридоры могут достигать тех же 104-113 F, где разветвленная разводка цепи проходит перед шкафами. Эти повышенные температуры являются результатом более высокой температуры приточного воздуха к компьютерному оборудованию как стратегии снижения PUE.Помещения с электрооборудованием (кроме помещений с аккумуляторными батареями) могут работать при температуре до 104 F для снижения PUE. Экстремальные температуры центра обработки данных делают его конструкцию для высоких рабочих температур в дополнение к требованиям кодов, которые гораздо более важны, чем проект типичного коммерческого или промышленного объекта.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Помимо уникальных требований к базовой конструкции, опытные проектировщики центров обработки данных также должны учитывать обслуживание оборудования во время проектирования, поскольку простота обслуживания будет иметь решающее значение для обеспечения непрерывной и надежной работы центра обработки данных.Поскольку для поддержания критической среды требуется большой объем технического обслуживания, одновременное обслуживание, маркировка вспышки дуги и сокращение среднего времени ремонта (MTTR) — все это играет роль в поддержании электрических операций центра обработки данных.

Проектирование электрических систем центра обработки данных для обеспечения одновременной ремонтопригодности означает создание схемы, в которой любой элемент оборудования или системы, которые питают компьютеры, может быть отключен для целей обслуживания, пока нагрузка продолжает работать.

Иногда проводится техническое обслуживание части оборудования, находящегося под напряжением (горячие работы). Хотя высоконадежный центр обработки данных рассчитан на одновременное обслуживание, некоторые операторы выбирают горячие работы, чтобы сократить время обслуживания. Несмотря на то, что для этого типа обслуживания существует множество процедур безопасности, лучший способ понять риски, связанные с каждым элементом оборудования центра обработки данных, — это понять его маркировку дугового разряда. На этой этикетке отражена опасность возникновения дуги, рассчитанная для каждой единицы оборудования, и указаны уровень использования средств индивидуальной защиты (СИЗ) и расстояния, необходимые для безопасного обслуживания.Важно понимать, что некоторое техническое обслуживание мелких деталей в ограниченных местах невозможно с СИЗ 3 и 4 уровня NFPA 70E.

Сведение к минимуму времени, необходимого для ремонта части критически важного электрического оборудования центра обработки данных и его повторного использования для удовлетворения потребностей нагрузки (MTTR), также важно при предварительном расчете технического обслуживания центра обработки данных и при выборе оборудования. Правильная спецификация может снизить MTTR. Например, выкатной автоматический выключатель низкого напряжения на 4000 А может быть извлечен и заменен со склада за 15 минут, в то время как замена аналогичного стационарного автоматического выключателя может занять час или больше.

Подбор электрооборудования

Теперь, когда требования к базовому проектированию и техническому обслуживанию выполнены, выбор электрического оборудования центра обработки данных будет в центре внимания. Автоматические выключатели используются исключительно в центрах обработки данных (за исключением периодического использования предохранителей среднего напряжения с распределительным устройством электросети снаружи здания) из-за их способности сокращать время восстановления после сбоя и облегчения одновременного обслуживания, а также относительной простоты достижения избирательной координации сверхтоков.

Автоматические выключатели

могут быть установлены одним из двух способов: стационарным, когда выключатель прикреплен к шине болтами, или выкатным, когда он подключен к шине с помощью пальцевого механизма, который позволяет легко повернуть кривошип или рычаг и вынуть автоматический выключатель. Выкатной автоматический выключатель может фактически снизить время наработки на отказ и способствовать одновременной ремонтопригодности, в то время как все распределительные устройства с плавкими предохранителями устанавливаются стационарно и, следовательно, требуют больше времени для замены, чем выкатной автоматический выключатель.

Распределительное устройство

UL 1558 часто указывается вместо распределительных устройств UL 891 в центрах обработки данных. Коммутатор рассчитан на ток короткого замыкания не более трех циклов, что эквивалентно 0,05 с или немногим более 50 мс. Распределительное устройство, с другой стороны, рассчитано на ток короткого замыкания в течение 30 циклов или 0,5 с. Несмотря на то, что распределительное устройство прочнее и надежнее, оно также имеет более высокую цену и часто требует больше места. Выбор распределительных щитов или распределительного устройства становится критическим при выполнении выборочной координации максимального тока.

Используется два метода: зональная селективная блокировка и разделение кратковременных срабатываний выключателя. Независимо от техники выключатель распределительного устройства или распределительного щита, устраняющий неисправность, может быть запрограммирован на ожидание до 0,4 с перед отключением; это называется кратковременной задержкой. Общие настройки: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 и 0,5 секунды; Распределительное устройство UL 1558 следует указывать вместо распределительных устройств UL 891, если автоматический выключатель на входе имеет кратковременное отключение, но не имеет мгновенного отключения

Мощность автоматических выключателей может быть снижена, если расчетное значение X / R при неисправности необычно велико.(Это еще один способ заявить, что расчетный коэффициент мощности при КЗ необычно низок.) Автоматические выключатели в литом корпусе рассчитаны на различные максимальные значения X / R, в зависимости от их отключающей способности (IR): 1,73 X / R для 10 тысяч ампер. отключающая способность (KAIC) IR, 3,18 X / R для 10–20 KAIC и 4,9 X / R для более чем 20 KAIC. Автоматические выключатели с изолированным корпусом рассчитаны на 6.59 X / R. Силовые автоматические выключатели рассчитаны на 6.59 X / R, если они не предохранены, но только на 4.9 X / R, если они предохранены. Снижение номинальных характеристик может быть значительным — если применяется силовой выключатель с предохранителями номиналом 200 KAIC, где X / R равно 19.9, рейтинг прерывания 200 KAIC должен быть понижен на 17% до 166 KAIC.

Такие ситуации с высоким X / R обычно возникают в центрах обработки данных, когда резервная электростанция подключена параллельно к электросети для переключения нагрузки при закрытом переходе. Это ситуация, когда доступный ток короткого замыкания и X / R максимальны; Для резервного генератора нет ничего необычного в X / R, равном 32. В идеале инженер-проектировщик должен провести анализ электрической системы, чтобы определить, какой максимальный ток короткого замыкания и X / R доступны на каждом выключателе, чтобы гарантировать, что выключатель может безопасно отключить нагрузку в соответствии с конструкцией.Этот анализ также должен включать рассмотрение ожидаемых настроек расцепителя автоматического выключателя. Если автоматический выключатель является частью схемы селективной координации максимального тока, как и должны быть центры обработки данных, выключатель без мгновенного отключения должен иметь возможность проводить доступный ток повреждения до тех пор, пока его кратковременное отключение не истечет, и он не устранит повреждение. В этой ситуации автоматический выключатель следует применять с номинальной стойкостью, которая обычно ниже, чем номинальная мощность отключения. После того, как этот анализ будет завершен, номинал X / R — и, следовательно, отключающие и выдерживающие характеристики — автоматического выключателя, необходимого в этом месте, может быть должным образом определен.

Поскольку нагрузка центра обработки данных является одновременно критической и постоянной, все автоматические выключатели, питающие критическую нагрузку, должны иметь 100% номинальные характеристики, поскольку использование автоматических выключателей с номинальной мощностью 80% излишне увеличивает затраты на прокладку кабелей. Например, если в центре обработки данных имеется постоянная нагрузка 400 А, то автоматического выключателя на 500 А, установленного на 80% мощности, будет достаточно; однако после автоматического выключателя должна быть подведена проводка на 500 А, что на 25% дороже, чем то, что действительно необходимо для выключателя со 100% номинальным током.Будучи более дорогостоящим, автоматический выключатель на 100% снижает совокупную стоимость владения и затраты на чрезмерное проектирование.

Концы шин распределительного устройства и выключателя

обычно проектируются таким образом, чтобы проводники могли работать при температуре 90 ° C во время технического обслуживания и в аварийных условиях. В то время как кусок провода для коммерческого использования может быть рассчитан на работу при пиковых условиях 75 ° C, центры обработки данных требуют более высоких значений силы тока и температуры проводника для обеспечения большей мощности, когда это необходимо. Часто эти потребности возникают во время аварийной ситуации или технического обслуживания.

Рекомендуется, чтобы все автоматические выключатели, несущие критическую нагрузку (ИТ, сеть и оборудование непрерывного охлаждения), проходили испытания в соответствии со стандартом ANSI / NETA для требований к приемочным испытаниям для электроэнергетического оборудования и систем во время ввода в эксплуатацию. Многие автоматические выключатели не сработают или не сработают, если они не должны сработать, если они не будут проверены, а вместо этого будут сразу введены в эксплуатацию. Редко можно найти возможность отключить автоматический выключатель для проверки работоспособности, особенно на критическом объекте с постоянной нагрузкой, даже если электрические системы обслуживаются одновременно.Инженеры нередко наблюдают равномерную частоту отказов малых выключателей на уровне от 6% до 15%. Итак, само собой разумеется, что этот шаг имеет решающее значение.

Виды проводки, способы

Базовый проект электрической инфраструктуры и выбор оборудования подкреплены соответствующей спецификацией проводки центра обработки данных. От типа выбранной проводки до методов ее установки, напряжения и поддержки — проводка — это буквально вены тела центра обработки данных.

Медь является предпочтительным материалом для проводников из-за простоты использования, исторически низкого риска и способности работать в тесноте.При этом алюминиевые проводники могут использоваться для больших фидеров, когда необходимо снижение первоначальных затрат, даже несмотря на то, что алюминиевые провода сложнее подключать к автоматическим выключателям или шине, поскольку алюминий расширяется и сжимается больше, чем медь, при изменении нагрузки. Для более крупных алюминиевых проводников часто требуется больше места в распределительных устройствах, распределительных щитах и ​​щитах. Алюминиевые соединения также требуют дополнительных испытаний и обслуживания. Лучшая практика с алюминиевыми проводниками — это ежегодно термосканирование стыков и заделок в условиях пиковых нагрузок.Затяжка нестандартных соединений и соединений обычно выполняется в то время, когда риск выхода из строя критической нагрузки сведен к минимуму.

В центрах обработки данных используются различные способы подключения. Центры обработки данных в основном заполнены воздушными и подземными проводниками в каналах и каналах, а также используются шинные каналы, кабельные лотки и кабельные шины.

Электротехнические подрядчики предпочитают подземные проводники, потому что они считают, что затраты на установку будут снижены за счет автоматической экономии 5 футов пробега на обоих концах и устранения затрат на подвешивание.Они предполагают, что под землей проложено такое же количество и размер проводов, что и над землей. Правильный дизайн с использованием расчетов Neher-McGrath часто требует большего количества и размеров проводов, которые должны быть проложены под землей, чем надземные, что снижает или устраняет это воспринимаемое преимущество. Подземные проводники должны быть большего размера, чтобы противостоять дополнительной изоляции, естественным образом обеспечиваемой землей. Однако с помощью воздушных проводов легче избавиться от естественного тепла.

Кроме того, масштабируемая модульная конструкция центра обработки данных может затруднить надлежащую установку подземных каналов для будущего оборудования, поскольку нет 100% точного способа узнать, где должны выходить каналы для будущего строительства.

Необходимо соблюдать осторожность при выборе размеров проводов, соответствующих повышенным температурам окружающей среды в стойках с компьютерным оборудованием, в горячих коридорах информационных залов и в помещениях с электрооборудованием. Таблица 310.15 (B) (16) NEC предполагает, что температура окружающей среды составляет 86 F. Однако, если температура окружающей среды выше 86 F, проводник не будет постоянно пропускать ток нагрузки, для которого он рассчитан на 86 F, и должен быть сниженными для фактической температуры окружающей среды.

Хотя шинные каналы иногда используются в электрической инфраструктуре центра обработки данных, они сталкиваются с проблемами как надежности, так и ремонтопригодности из-за наличия в шинных каналах множества соединений.Соединения шинопровода обычно находятся через каждые 10 футов в прямых участках, поэтому на каждые 100 футов прямого участка может быть до 11 соединений (помните, что фитинги, колена и т. Д. Добавляют дополнительные соединения). Это может сделать шинопроводы более уязвимыми к сбоям и затруднить обслуживание. Кроме того, шинопроводы — это изделия, собранные на заводе с учетом полевых измерений. Если какие-либо измерения ошибочны или кусок шинопровода не подходит, его нельзя изменить на месте. Новое изделие необходимо заказывать на заводе, часто с длительным ожиданием.

Кабельные лотки, обычно используемые надземные, напоминают лестницу, свисающую с потолка, и используются в электрических схемах центра обработки данных для их надежной, гибкой и недорогой установки. Одножильные и многожильные кабели могут быть проложены в кабельном лотке, а бронированные кабели часто используются для обеспечения повышенной отказоустойчивости. Кабельный лоток можно легко модифицировать в полевых условиях в соответствии с условиями, поэтому точное измерение не так важно, как для шинопровода. Важно понимать, что каждый кабель в кабельном лотке может быть потерян, если только один из них выйдет из строя и сгорит, если все кабели не армированы.Еще одним важным моментом является то, что штабелирование кабельных лотков друг над другом может привести к каскадным сбоям. Если кабель неисправен в нижнем лотке, это может вызвать пожар, в результате которого сгорят все кабели в этом лотке, а также в перечисленных выше.

Кабельная шина — альтернатива шинному каналу, имеющая множество преимуществ. Собранный как кабельный лоток, внутри которого проложены большие одножильные силовые кабели, включая дистанционные блоки между кабелями, он может быть легко модифицирован в полевых условиях для соответствия полевым условиям. В отличие от шинных каналов, кабельные шины обычно имеют только два вывода (по одному на каждом конце, с твердым кабелем между ними) и без стыков, что делает их более надежными.Уменьшение количества заделок и соединений также снижает необходимость в обслуживании.

Напряжение и установка

В современных центрах обработки данных используются как низкие, так и средние напряжения. Правильный выбор напряжения выходит за рамки данной статьи. Выбор подходящих типов изоляции важен для обеспечения желаемой надежности. Низковольтная (600 В или ниже) изоляция на проводниках обычно рассчитана на 94 F с изоляцией проводов с термопластичным высокотемпературным нейлоновым покрытием (THHN) типа NEC, используемой над головой в сухих помещениях, и высокотемпературной водонепроницаемой резиной типа NEC (RHHW-2) или XLP-2 (сшитый полиэтилен) во влажных, влажных или подземных помещениях.Кабели среднего напряжения (1000 В или более) обычно экранированы, с изоляцией из этиленпропиленового каучука (EPR) или XLP с номиналом 194 F или 221 F и с выбранными уровнями изоляции 100%, 133% или 173% в зависимости от системы. нейтральное заземление.

Если нейтраль системы надежно заземлена, то обычно указывается 100% уровень изоляции. Если нейтраль системы заземлена по сопротивлению и может работать до часа с заземленной фазой, то обычно указывается уровень изоляции 133%.Если нейтраль системы заземлена по сопротивлению и может работать более одного часа с заземленной фазой, то обычно указывается уровень изоляции 173%. (Высокое напряжение составляет 69 000 В или выше, что обычно не используется в центрах обработки данных и обычно предназначено для установки на открытом воздухе для коммунальных служб.)

Центрам обработки данных

требуется высокоразвитая и надежная электрическая инфраструктура, которая намного превосходит инфраструктуру коммерческих и промышленных объектов. Кроме того, повышенные температуры встречаются во многих областях, поскольку операторы пытаются повысить PUE и операционную эффективность.Обеспечение этой эксплуатационной эффективности требует надлежащей спецификации оборудования и проводки, а также реализации методов проектирования с соответствующими напряжениями и системами. Необходимы скоординированные усилия, чтобы обеспечить долговечность электрической инфраструктуры центра обработки данных.

Кристофер М. Джонстон — старший вице-президент и главный инженер группы критических объектов Syska Hennessy Group. Джонстон специализируется на планировании, проектировании, строительстве, тестировании и вводе в эксплуатацию критически важных объектов 7 × 24, а также руководит коллективными исследованиями и разработками для решения текущих и надвигающихся технических проблем на критических и сверхкритических объектах.Обладая более чем 40-летним инженерным опытом, он работал инспектором по контролю качества и инженером-надзирателем во многих проектах.

Новая система борется с проблемами PQ центра обработки данных

Использование соответствующих технологий и методов для разработки оптимизированной системы для решения проблем PQ центра обработки данных
Автор: Куочуан Чу

В течение многих лет инженеры и операторы центров обработки данных применяли различные стратегии для улучшения качества электроэнергии на критически важных объектах.Однако мы обнаружили, что для хорошего качества электроэнергии требуется надежная система заземления. За счет эффективного использования важнейшего компонента распределения мощности центра обработки данных — трансформатора и правильного применения методов фазового сдвига можно решить проблемы гармонических искажений, значительно повысив общую энергоэффективность компьютерного зала. Для нашей системы заземления мы использовали структурированную систему управления цветовыми кодами, чтобы можно было полностью интегрировать системы качества электроэнергии и заземления, улучшая общую производительность и надежность инфраструктуры центра обработки данных.

Хорошее качество электроэнергии необходимо для надежной работы центра обработки данных. Как только проблемы, связанные с питанием, влияют на общую инфраструктуру центра обработки данных, объект может выйти из строя, что приведет к финансовым потерям или прервёт годы исследований.

В последние годы наша компания спроектировала, спроектировала и ввела в эксплуатацию несколько центров обработки данных, а также поддержала несколько исследований и разработок. Мы также сотрудничали с производителями в разработке продуктов для улучшения общих характеристик энергосистемы и улучшения управления инфраструктурой.

Соответствующее исследование
Рекомендуемая практика IEEE для питания и заземления электронного оборудования (Изумрудная книга) отмечает, что гармонические токи могут вызвать перегрев двигателей и трансформаторов переменного тока. В нем также описывается использование пассивных или активных фильтров и техники фазового сдвига трансформатора для смещения междуфазного гармонического тока. Поэтому, когда мы разрабатывали архитектуру нашей системы, мы объединили структуру распределения питания IEEE и метод фазового сдвига трансформатора с зигзагообразной обмоткой, чтобы добиться снижения гармоник.Мы использовали различные комбинации зигзагообразной намотки для получения различных результатов моделирования. ^1-5

При разработке этой статьи мы сослались на несколько технических статей, в которых обсуждается использование трансформатора и фазового сдвига для устранения гармонических искажений. Сочетание общих методов подключения трансформатора и различных комбинаций сдвига фазы позволило нам разработать оптимальную конфигурацию обмотки трансформатора. ⁶ (См. Рисунок 1.)

Рис. 2. Сравнительная таблица КПД трансформаторов

Высокий уровень гармонических искажений может повлиять на многие жизненно важные компоненты энергосистемы, включая трансформаторы, и может вызвать значительное повышение температуры сердечников двигателя.Использование сердечников с меньшими потерями в стали — единственный способ обеспечить высокую стойкость к гармоническим искажениям, а также выполнить требования по выбросам углекислого газа. ^{5, 7-9} (См. Рисунок 2.)

Рисунок 3. Сравнение температуры ядра

Гармонические токи, вызванные искажениями напряжения источника, обычно вызывают значительный нагрев в двигателях переменного тока, трансформаторах и любых магнитных электрических устройствах, в тракте потока которых используется черный металл (см. Рисунок 3). При увеличении частоты тока обмотки статора, цепи ротора, а также слои статора и ротора имеют тенденцию рассеивать дополнительное тепло, главным образом из-за вихревых токов (экспоненциальные потери), гистерезиса (линейные потери) и, в меньшей степени, скин-эффекта (линейные потери). .По словам Арриллага и др., Поля утечки (например, паразитные), создаваемые гармоническими токами в обмотках статора и торца ротора, также вызывают дополнительное тепло в любом окружающем или близлежащем металле. [B3]) раздел 4.5.3.2.3.

Определение проблемы
Операции центра обработки данных отличаются от операций электроники. В центрах обработки данных предприятия добавляют ИТ-оборудование для удовлетворения потребностей бизнеса, а спецификации оборудования, установленного арендаторами, могут быть неизвестны операторам. Таким образом, если ИТ-оборудование будет выбрано и установлено без учета использования пассивных / активных фильтров гармоник для устранения гармонических искажений, это может привести к огромным финансовым потерям или другим убыткам.(См. Рисунки 4 и 5.)

Рис. 4. Часто встречающиеся гармоники (напряжение) системы питания центра обработки данных (K-фактор 38,81)

Рис. 5. Типичные гармоники энергосистемы центра обработки данных (ток) (K-фактор 39,26)

Также, когда ИТ-оборудование модифицируется, добавляется или удаляется, пропускная способность фильтра должна быть отрегулирована в соответствии с пропускной способностью новой системы и уровнями гармонических искажений. Владелец объекта может возражать против этой договоренности, а также против дополнительных расходов. Инженеры-электрики должны разработать стратегии обеспечения качества электроэнергии, которые могут удовлетворить эти возражения.

Метод: изоляция и устранение (IE)
Сосредоточившись на архитектуре энергосистемы и проблемах гармоник, обсуждавшихся ранее, наша команда использовала программное обеспечение Matlab Simulink для моделирования проблем качества электроэнергии, тестирования решений и определения оптимального решения для разработки новых продуктов для тестирования. эксперимент.

Рисунок 6. Общая стратегия качества электроэнергии для защиты окружающей среды и энергосбережения

Во-первых, мы разработали архитектуру энергосистемы, которая изолировала ИТ-оборудование от силового оборудования, а также использовала новые низкотемпературные базовые продукты, чтобы помочь удовлетворить требования по защите окружающей среды, энергосбережению и сокращению выбросов углерода, а также снизить необходимое потребление энергии ОВК.Аморфный сухой низкотемпературный трансформатор с зигзагообразной обмоткой K типа Dz0 / 2 с функцией изоляции был основным компонентом этой системы. См. Рисунки 6-12; На рисунках 11 и 12 показаны рабочие характеристики до и после.

В прошлом концепции проектного заземления не были четко определены, и инженеры не были знакомы с фактическими условиями на площадке, что приводило к путанице в соединениях системы заземления. IEEE 1100 является строгим, когда речь идет о заземлении ИТ-оборудования; поэтому достижение чистого заземления во всех системах может быть серьезной проблемой.Важно установить общее управление цветовым кодом системы заземления, чтобы избежать несоответствия проводки, которое приводит к простоям системы.

Наружная проводка и кабелепровод должны соединяться с основной системой заземления здания, чтобы гарантировать концепцию «все заземление и соединение завершаются в единой точке заземления». Общая система заземления включает ответвления каждой функциональной системы заземления от основной системы заземления. Соединения между системами не должны быть неправильно перепутаны для обеспечения функции изолированного заземления.Цветовое кодирование различает системы (см. Рисунок 13).

Заземление корпуса наружного оборудования должно быть привязано к конкретному месту, а не быть частью общей системы заземления. Например, шасси распределительной панели на крыше следует соединить с соседним наружным оборудованием, чтобы обеспечить эквипотенциальное заземление и соединение (см. Рисунок 14).

Кроме того, риск молнии следует оценивать в соответствии со стандартами защиты 62305-2 Международной электротехнической комиссии (МЭК), и результаты следует использовать для создания молниезащиты, эквивалентной заземлению.Цветовая кодировка системы заземления может свести к минимуму проблемы в будущем. Рисунок 15 — рекомендуемая система.

Анализ затрат и выгод
В настоящее время архитектура энергосистемы является только однослойной. Начиная со второй половины следующего года, будет несколько новых проектов центров обработки данных, которые будут применять метод IE в двухуровневых архитектурах энергосистем, в которых ИТ-оборудование будет использовать аморфный класс K-20 с трансформаторами с зигзагообразной обмоткой Dy и Dz. , а в силовом оборудовании будут использоваться марки К-4 с трансформаторами с зигзагообразной обмоткой Dy и Dz.Мы получим данные испытаний при вводе проекта в эксплуатацию, чтобы проверить рентабельность.

IE может применяться с различными нагрузочными характеристиками посредством традиционных обмоток силового трансформатора для повышения качества электроэнергии. Мы можем не только увеличить функциональность трансформатора, который уже находится в списке необходимого оборудования, но и добиться снижения гармоник.

Ссылки
1. Конструкция трансформатора «треугольник — первичный — зигзагообразный вторичный преобразователь» (DTz) для минимизации гармонических токов в трехфазной системе распределения электроэнергии .Чауул Гагарин Ирианто, Руды

2. Конфигурации обмоток трехфазного трансформатора и компенсация дифференциального реле . Лоухед, Ларри; Гамильтон, Рэнди; и Хорак, Джон. Компания Basler Electric.

3. Рекомендуемая практика IEEE для питания и заземления электронного оборудования (стандарт IEEE 1100-2005)

4. Вероятностный анализ характеристик подавления гармоник преобразователя Скотта . Мазин, Хуман Эрфанян и Галлант, Джоуи.Кафедра электротехники и вычислительной техники, Университет Альберты, Эдмонтон, Канада.

5. Трансформаторные решения проблем качества электроэнергии . де Леон, Франсиско и Гладстон, Брайан, Plitron Manufacturing Inc, и ван дер Вин, Menno, Ir. буро Вандервен.

6. Гармонические эффекты энергосистемы на распределительные трансформаторы и новые соображения при проектировании трансформаторов с коэффициентом К . Jayasinghe, N.R; Лукас, Дж. Р.; и Перера Сетиабуди, K.B.I.M; и Худая, Чаирул.

7. Обзор и будущее трансформаторов из аморфных металлов в Азии, 2011 г., издание , Азиатская энергетическая платформа, 2011 г.

8. Характеристики сердечника из кремния и аморфной стали, распределительных трансформаторов при температуре окружающей среды и криогенных температурах . Боджер, Пэт; Харпер, Дэвид; Газзард, Мэтью; О’Нил, Мэтью и Энрайт, Уэйд.

9. Широкотемпературные потери в сердечнике, характерные для аморфных лент с поперечным магнитным отжигом для высокочастотных аэрокосмических магнитных лент .Ниедра, Янис Н. и Шварце, Джин Э.

Рисунок 7. (Вверху, в центре, внизу) Архитектура подсистем

Рисунок 8. (Слева) Вторичная обмотка трансформатора. Рисунок 9. (Справа) Первичная сторона трансформатора.

Рисунок 10. Суммарное влияние высоковольтной стороны

Рисунок 11. AMVDT_1000 кВА Dz0 Зигзагообразный высоковольтный трансформатор сухого типа / K-20 AMVDT 30 ВА Dz0 / 2LVTransformer

Рисунок 12а. Система до улучшения

Рисунок 12b.Система после улучшения

Рисунок 13. Заземление здания

Рисунок 14. Заземление вне помещения

Рисунок 14. Заземление вне помещения

Куо-Чуан Чу (Kuo-Chuan Chu) — лицензированный ЧП, который основал Sunrise Professional Engineering Company в 1994 году. Он был президентом Тайваньской ассоциации профессиональных электротехников с 2005 по 2007 год, получил APEC и международную квалификацию инженера в 2008 году, а также был председателем совета директоров. Тайваньское международное управление проектами

Ассоциация с 2009 по 2010 гг.

Г-н Чу обладает широким спектром профессиональных лицензий и сертификатов, включая аккредитованного Tier Designer (ATD) Uptime Institute. Он был первым разработчиком центров обработки данных ATD в Азии.

Некоторые репрезентативные проекты включают проект Taiwan Mobile Cloud IDC (первое построенное предприятие Uptime Institute уровня III в Северной Азии, Национальный центр высокопроизводительных вычислений NCHC, больница Китайского медицинского университета, христианская больница Чанхуа и филиал в Юань-лин, LEED-NC / HC.

Конструкция и характеристики электропитания центра обработки данных

Типовая инфраструктура электроснабжения центра обработки данных

Большинство центров обработки данных получают первичную электроэнергию из более широкой муниципальной электросети. В этом случае на объекте будет либо один, либо несколько трансформаторов для приема энергии, а также обеспечение поступающей мощности с правильным напряжением и правильным типом тока (обычно преобразованным из переменного в постоянный).

Некоторые центры обработки данных дополняют свою энергию из более широкой сети или полностью устраняют потребность в ней благодаря оборудованию для выработки электроэнергии на месте — либо в виде автономных генераторов, либо с альтернативными источниками энергии, такими как солнечные фотоэлектрические панели и ветряные электростанции. приводные турбины.

Затем мощность передается на главные распределительные щиты (MDB). По словам инженера Ханса Фреебурга, это «панели или корпуса, в которых размещаются предохранители, автоматические выключатели и блоки защиты от утечки на землю, которые принимают низковольтную электроэнергию и распределяют ее по ряду конечных точек, таких как системы бесперебойного питания (ИБП) . или загрузите банки ».

ИБП не только помогает «очистить» импульсное электричество, гарантируя, что такие проблемы, как скачки напряжения, не влияют на оборудование, но и каждый из них отвечает за подачу питания на несколько выключателей.В стандартной среде центра обработки данных к отдельному выключателю подключено не более семи или восьми серверов, но это количество будет зависеть как от мощности выключателя, так и от эффективности сервера.

Системы ИБП

также служат в качестве первоначальной резервной копии на случай отключения электроэнергии или аналогичной проблемы. Типичный ИБП может обеспечивать питание серверов и выключателей до пяти минут; Таким образом, у вас будет достаточно времени, чтобы сразу же запустить резервный генератор после отключения электроэнергии или аналогичной проблемы с более широкой электрической сетью.

Резервное питание в центрах обработки данных

Для обеспечения непрерывной работоспособности и минимизации простоев в большинстве центров обработки данных имеется резервный источник питания на месте или поблизости. Чаще всего резервное питание поступает от топливного генератора, который работает на бензине или дизельном топливе.

Сколько энергии потребляет центр обработки данных?

Чтобы центры обработки данных работали непрерывно и без перебоев, менеджеры должны потреблять много электроэнергии. Согласно одному отчету, вся отрасль центров обработки данных ежегодно потребляет более 90 миллиардов киловатт-часов электроэнергии.Это эквивалентно примерно 34 угольным электростанциям.

В глобальном масштабе 3 процента всей электроэнергии, потребляемой в мире, идет в центры обработки данных. Эти 416 тераватт — это намного больше, чем вся электроэнергия, используемая всем Соединенным Королевством.

Существует несколько причин, по которым потребление энергии в средах центров обработки данных настолько велико и продолжает расти. Много энергии для работы требуется не только серверам и другому критически важному ИТ-оборудованию, но и всему вспомогательному оборудованию.Для освещения, систем охлаждения, мониторов, увлажнителей и т. Д. Требуется электричество, что иногда может привести к увеличению счетов за электроэнергию.

Эффективность использования энергии (PUE)

Чтобы определить, сколько электроэнергии в центре обработки данных идет на серверы по сравнению с оборудованием, не связанным с ИТ, объекты измеряют потребление энергии и эффективность использования с помощью показателя эффективности использования энергии (PUE). Оценка 1 означает, что каждая йота энергии в центре обработки данных идет на серверы и ни на что другое, а оценка 2 означает, что вспомогательное оборудование потребляет столько же электроэнергии, как серверы и другие компоненты ИТ.

Согласно последнему исследованию Uptime Institute, средний PUE центра обработки данных составляет 1,58. Этот показатель неуклонно снижается с 2007 года (когда он составлял 2,5) и 2013 года (когда он составлял 1,65). Средний PUE для центра обработки данных Google составляет 1,12, но его предприятие в Оклахоме за последние три месяца 2018 года набрало всего 1,08 балла.

Сколько энергии потребляет серверная стойка?

На уровне стойки, последнее исследование Uptime Institute показало, что примерно каждый пятый имеет плотность 30 киловатт (кВт) или выше, что указывает на растущее присутствие вычислений высокой плотности.Половина сообщила, что их текущая плотность стоек составляет от 10 до 29 кВт. На уровне отдельного сервера большинство из них рассчитано на максимальную мощность 600 Вт.

Повышение энергоэффективности вашего центра обработки данных, по одной PUE за раз — Enterprise Systems

Повышение энергоэффективности вашего центра обработки данных, одно PUE за раз

В конце концов, если ваша компания не знает, какие компоненты центра обработки данных тратят энергию, как вы можете это изменить?

Лекс Коорс, вице-президент группы технологий и проектирования центров обработки данных, Interxion

Статистика говорит сама за себя: выбросы парниковых газов в центрах обработки данных в ближайшие 5–10 лет вырастут в четыре раза к 2020 году, а энергоемкость центров обработки данных может быть более чем в 40 раз выше, чем у обычных офисных зданий.

Как вы понимаете, большинство компаний, реализующих проекты центров обработки данных, думают о том, как сократить расходы, а не о том, как помочь окружающей среде, но они могут захотеть изменить свой фокус. Агентство по охране окружающей среды (EPA) подсчитало, что повышение энергоэффективности американских центров обработки данных всего на 10 процентов позволит ежегодно экономить более 6 миллиардов киловатт-часов, на общую сумму более 450 миллионов долларов в год.

Большие, централизованные и эффективные центры обработки данных всегда считались потребителями энергии, но в последние годы проблема обострилась.На центры обработки данных приходится около 1,5% от общего потребления энергии в США, что в настоящее время обходится в 4,5 млрд долларов в год — сумма, которая, как ожидается, почти удвоится в течение следующих пяти лет, согласно EPA. Такие проекты центров обработки данных, как курятник Yahoo и система без охладителя Google, являются одними из самых последних революционных разработок в области эффективного проектирования центров обработки данных для конкретных целей.

К сожалению, проект не соответствует всем центрам обработки данных с точки зрения доступности, и поскольку большинство компаний не имеют возможности применять ресурсы НИОКР, им нужно будет сосредоточиться на экологизации своих существующих центров обработки данных, а не на строительстве с нуля.

Понимание PUE — первый шаг к экологичности

Создание экологичного центра обработки данных в конечном итоге сводится к проектированию, выбору оборудования и эксплуатации, причем все измерения являются важной частью. Первым шагом в этом процессе является повышение коэффициента эффективности использования энергии (PUE) центра обработки данных — фактического показателя энергоэффективности центра обработки данных. PUE, разработанный компанией Green Grid, предназначен для демонстрации того, сколько энергии используется для управления ИТ-компонентами и вычислительными компонентами, такими как серверы и коммутаторы, по сравнению с вторичными компонентами, такими как охлаждение и освещение.Фактическое соотношение определяется соотношением между «Общим потреблением энергии объектами» (TFE) и «потреблением энергии ИТ-оборудованием» (IEE). Несмотря на то, что руководящие принципы обеспечивают убедительную основу для достижения низкого показателя PUE, компаниям также необходимо иметь в виду достижимое соотношение, чтобы ставить своей конечной целью обеспечение устойчивости центра обработки данных.

База морской пехоты

Мирамар и NREL: союзники в области энергоэффективности, системной интеграции и устойчивости | Новости

За последнюю миссию Мирамара по управлению энергией, наземные чемпионы и энергию
Эксперты объединились для создания нового эффективного, отказоустойчивого и экономичного центра обработки данных

A U.S. Корпус морской пехоты F-35C Lightning II приземляется на авиабазе морской пехоты Мирамар.
Фото Sgt. Доминик Ромеро, Корпус морской пехоты США

Был жаркий и душный день — август в Тампе — но авиабаза морской пехоты (MCAS) Мирамар
Менеджер по энергетике Мик Васко сосредоточил внимание на свежих идеях по проектированию центров обработки данных. Wasco
был на энергетической бирже Федеральной программы энергетического менеджмента (FEMP) Министерства энергетики США в 2017 году, главном недельном мероприятии по профессиональному развитию для
федеральное сообщество по управлению водными и энергетическими ресурсами.Отто Ван Гит, главный инженер лабораторий и центров обработки данных Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии
(NREL) рассказывал о последних исследованиях и передовых методах повышения эффективности центров обработки данных.

Wasco был вдохновлен и взволнован. «Я отправлял слайды [менеджеру проекта Армандо
Ромо] сказал: «Мы должны реализовать это в нашем новом проекте центра обработки данных», — сказал он.
Это стало началом новой главы в долгом и позитивном партнерстве NREL и MCAS Miramar.

Давние союзники

Еще до последнего проекта центра обработки данных MCAS Miramar обеспечивала энергетическую и водную безопасность.
лидер в Министерстве обороны. NREL был партнером более десяти лет в повышении отказоустойчивости, энергоэффективности и интеграции возобновляемых источников энергии,
помощь в разработке и внедрении микросети MCAS Miramar для всей установки, включая
солнечные батареи, будущая система хранения аккумуляторов и электростанция, работающая на свалочном газе
включая генераторы ископаемого топлива.При необходимости MCAS Miramar может поддерживать более 100
критически важные объекты, отключенные от сети на несколько недель, и
имеет возможность беспрепятственно тестировать систему в различных сценариях обучения.

NREL и Raytheon провели тестирование на уровне системы для MCAS Miramar на смоделированной микросети
в Центре интеграции энергетических систем NREL в 2014 году. Фото Денниса Шредера, NREL

MCAS Miramar был удостоен нескольких наград Секретаря Военно-морского флота США за выдающиеся достижения в области энергетики и получил
признание организаций, включая FEMP, Агентство по охране окружающей среды США,
и Управление водного хозяйства округа Сан-Диего за его усилия по эффективности, охране окружающей среды и устойчивости.

Новая миссия

После серии успешных энергетических проектов MCAS Miramar нацелился на центр обработки данных
энергоэффективность и дизайн — большие возможности для федеральных объектов, поскольку эффективное охлаждение большого количества компьютерных систем может предложить огромные возможности.
экономия энергии и воды.Кроме того, энергоэффективность — один из трех столпов.
Рамочной программы энергетической безопасности Министерства военно-морского флота США для поддержки миссии
готовность.

Предпочтительный в отрасли показатель для измерения эффективности инфраструктуры центров обработки данных
— эффективность использования энергии (PUE) — отношение общей мощности, потребляемой объектом, к
мощность, используемая его вычислительным оборудованием. «Идеальный» центр обработки данных должен иметь PUE
1.0. В целом по центрам обработки данных средний PUE составляет около 1,8. Центры обработки данных в центре внимания
по эффективности обычно стремятся достичь значения PUE 1,2 или ниже.

NREL был полностью готов помочь MCAS Miramar в его новом начинании. Кроме того
команде специалистов мирового класса Van Geet в области энергетики центров обработки данных: NREL имеет опыт
проектирование, строительство и эксплуатация собственного высокопроизводительного центра обработки данных, призванного стать одним из самых энергоэффективных центров обработки данных в мире, который работает с годовым PUE менее 1.04.

Прочное партнерство: MCAS Miramar начал работу над своей микросетью в 2017 году после
работа с NREL над проектированием и тестированием системы. Изображение сержанта Британи Мусик, Корпус морской пехоты США

Взлет амбициозных идей

Ван Гит и инженер по исследованию коммерческих зданий Шанти Плесс приняли главного подрядчика MCAS Miramar в кампусе NREL в Голдене, Колорадо, чтобы поделиться
идеи и обзор первых проектов центров обработки данных.Визит начался с дежурства — э-э,
данные — в центре обработки данных высокопроизводительных вычислений NREL.

Визит убедил команду разработчиков MCAS Miramar в том, что они могут быть более амбициозными с энергией.
целевые показатели эффективности с использованием передового опыта центров обработки данных. К ним относятся размещение серверов
и стойки в схеме с горячим и холодным коридорами, где серверные стойки чередуются
ряды так, чтобы воздухозаборники холодного и выходящего горячего воздуха были обращены в противоположные стороны.Охлажденный
воздух направляется в переднюю часть стойки, где расположены воздухозаборники, и нагревается
воздух направляется из задней части оборудования в горячий коридор. Другие примеры
передовой опыт, включающий использование окружающего воздуха для максимального естественного охлаждения и проектирование
эффективная система охлаждения. Еще одним заметным новаторским дизайнерским решением было использование переработанного
вода для системы водяного охлаждения, так как питьевая вода является важным ресурсом в
Район Сан-Диего.

Серверные стойки

MCAS Miramar выстраиваются в чередующиеся ряды, так что приток холодного воздуха и
выход горячего воздуха направлен в противоположные стороны. Фото Р.А. Burch Construction

«В начале разговоров команда Мирамар сопротивлялась, думая, что они
PUE равнялся 1,8 », — сказал Ван Гит.»Работая с Миком и, в конечном итоге, с
проектной группы, мы определили, что PUE 1,2 должен быть достижимым, и
договорные документы. Это может обеспечить значительную экономию эксплуатационных расходов в течение всего срока службы.
объекта «.

Член команды дизайнеров Роб Боденхамер из Vasquez Marshall Architects соглашается на встречи
помогли определить проект: «Наш визит в NREL вдохновил нашу команду дизайнеров и разработчиков на творческий подход.
интегрировать варианты энергоэффективного дизайна, подтвердив наше направление проектирования для достижения
оптимальная эффективность PUE, что в конечном итоге привело к достижению поставленной цели
из 1.2 ПУЭ «.

«Наш визит в NREL вдохновил нашу команду разработчиков и разработчиков на творческую интеграцию энергоэффективных
варианты дизайна, подтвердившие наше направление проектирования для достижения оптимальной эффективности PUE,
и в конечном итоге мы достигли указанной цели — 1,2 PUE ».
— Роб Боденхамер, Vasquez Marshall Architects

Снижение затрат на электроэнергию от этой более амбициозной цели по повышению эффективности может быть использовано
Министерство военно-морского флота и MCAS Miramar для финансирования других усилий по обеспечению устойчивости к внешним воздействиям.
в соответствии с федеральным законодательством, таким как 10 U.S. Кодекс § 2912-Доступность и
использование экономии затрат энергии.

Инженеры-электрики

NREL сделали еще одно предложение, которое изменило форму проекта — использовать
резервный дизельный генератор мощностью 2 мегаватта (МВт), который ранее планировалось обслуживать
просто центр обработки данных, как актив для всей установки, интегрируя его с
микросеть установки. Таким образом, генератор можно было бы лучше использовать во время
операции на случай непредвиденных обстоятельств, одновременно повышая отказоустойчивость и поддерживая другие объекты на
MCAS Miramar.

Дизайн, основанный на производительности: интеграция энергетических целей в Zero Dark Thirty

Ван Гит и Плесс предположили, что проект центра обработки данных может стать хорошей возможностью для
используйте основанную на характеристиках конструкцию — стратегию интеграции требований к энергоэффективности на ранних этапах проектирования здания.
Этот процесс основан на идее, что глубокая и рентабельная экономия энергии
возможно — даже с обычными бюджетами на строительство — когда эти цели ставятся во главу угла
и сосредоточиться на концептуальном дизайне, запросах предложений, бюджетах и ​​планировании.

NREL применяет комплексный подход к проектированию и строительству для всех своих новых зданий.
с 2010 года, когда она впервые начала практиковать в разработке федерального центра поддержки исследований на территории своего кампуса в Голдене, штат Колорадо.

Ван Гит является давним сторонником этого подхода, поскольку он приводит к более интегрированному
дизайн.

«Вы оставляете команду разработчиков работать с командой разработчиков, чтобы выяснить, как
соответствовать поставленным целям, размеру и миссии в области энергетики и устойчивого развития без
прописывая детали «, — сказал Ван Гит.»Команда разработчиков и разработчиков работает вместе, чтобы
выяснить, как сделать это лучше всего, без дополнительных затрат и быстрее, с меньшим количеством заказов на изменение.
Это упрощает весь процесс «.

MCAS Miramar идея понравилась. Они разработали контракт на проектирование и строительство, основанный на производительности.
который включал требования к измеренному PUE центра обработки данных, равному 1,2, и к показателям здания
резервный дизельный генератор, чтобы также иметь возможность обеспечивать питание микросети базы во время
перебои в работе в дополнение к резервному питанию центра обработки данных.

Центр обработки данных MCAS Miramar оснащен резервным дизельным генератором, подключенным к микросети.
и использует для охлаждения как окружающий воздух, так и оборотную воду. Фото Р.А. Burch Construction

Решающая победа

Дата-центр был сдан в эксплуатацию и передан MCAS Miramar летом 2009 г.
2020.Тестирование системы расширенной инфраструктуры измерений указывает целевой PUE
1.2 было достигнуто.

Генератор центра обработки данных, подключенный к микросети, также обеспечивает дополнительные 1,5
МВт мощности для всей установки, когда она изолирована от электросети. В соответствии с
инженер проекта Курт Уиттман из MacDonald Engineers, Inc., «От концепции до внедрения.
и тестирование, генератор дизельного двигателя центра обработки данных и интерфейс закрытого перехода
с микросетью установки в островном режиме было довольно сложно, но в заключение
с полным успехом.»

«NREL помогал нам на каждом этапе пути, и я думаю, что по многим другим причинам вместе взятым
это один из лучших проектов военного строительства, которые мы реализовали с точки зрения инноваций ».
— Мик Васко, Управление коммунальных предприятий и энергетики, MCAS Miramar

MCAS Miramar Мик Васко очень доволен результатами продолжающегося сотрудничества.
с NREL.»Без каких-либо колебаний или вопросов NREL помогал нам на каждом этапе
Кстати, и по многим другим причинам вместе взятым, я считаю, что это один из лучших военных
строительные проекты, которые мы реализовали с точки зрения инноваций ».

Рэйчел Шеперд, руководитель программы повышения эффективности центров обработки данных FEMP, приветствовала
полученные результаты. «Приятно видеть, что Мирамар лидирует в федеральном правительстве.
для требований к дизайну и производительности нового центра обработки данных.»

Достижение вашей миссии по повышению энергоэффективности

Исследование

NREL поддерживает проектирование, основанное на производительности, для эффективных объектов и данных
центры, огромные возможности для экономии энергии и затрат в федеральном секторе.

NREL также поддерживает энергоэффективность, отказоустойчивость и жизненный цикл микросетей.
разработка проекта, включая технико-экономическое обоснование, финансовый анализ, концептуальные
дизайн, надзор за проектом, сопровождение ввода в эксплуатацию и демонстрация.NREL предоставил
технический опыт для поддержки Министерства обороны США и многих других партнеров
с усилиями по обеспечению отказоустойчивости микросетей. Узнайте больше о партнерстве с NREL.

—Кейтлин Дорси

.