W centrach przetwarzania danych urządzenia teleinformatyczne są najczęściej zasilane z centralnego zasilacza napięcia gwarantowanego UPS poprzez dedykowaną instalację elektryczną. Zawiera ona w sobie wiele różnych elementów takich jak: aparaty i przyrządy łączeniowe, przewody, urządzenia zabezpieczająco-ochronne i aparaty kontrolno- pomiarowe oraz sterujące. Prawidłowa praca tych urządzeń w znacznej mierze wpływa na dostępność systemu IT.

Parametry jakościowe energii elektrycznej

Niezawodne działanie systemów, szczególnie w wypadku infrastruktury informatycznej związanej z procesami produkcyjnymi, telekomunikacją lub centrami danych i e-biznesem, w dużym stopniu jest uwarunkowane jakością zasilania. Do głównych parametrów określających jakość energii elektrycznej zalicza się: wartość i częstotliwość napięcia, wahania i skoki napięcia, przerwy w zasilaniu, asymetrie napięcia zasilającego oraz wyższe harmoniczne napięć i prądu. Niedotrzymanie tych parametrów, spowodowane różnego rodzaju zakłóceniami, może powodować przestoje, a nawet uszkodzenie odbiorników. Parametry jakościowe energii elektrycznej zależą zarówno od prawidłowego zaprojektowania i wykonania instalacji elektrycznej jak i odpowiedniego funkcjonowania urządzeń odbiorczych. Przyczyną wielu rodzajów zakłóceń często jest zła jakość wykonania instalacji elektrycznej w budynkach i pomieszczeniach – wadliwe złącza, nieodpowiednie bezpieczniki, przewody niedostosowane do wartości przenoszonych prądów, itp. Na najczęściej występujące zakłócenia czyli wahania napięcia znaczący wpływ mają odbiorniki o dużych prądach rozruchowych takich jak np: napędy elektryczne (wykorzystywane do układów wentylacji, klimatyzacji, wind), oraz urządzenia o nieliniowym charakterze obciążenia. Na szczęście zdecydowana większość odbiorników nie jest jednak podatna na wahania napięcia o poziomie nie przekraczającym ok. 10 % wartości nominalnej.

Zobacz również:

• ECL wprowadza na rynek centra danych zasilane wodorem

Jednym z trwałych zaburzeń napięcia są wyższe harmoniczne, które powszechnie są charakteryzowane przez dwie wielkości, tj. wskaźnik odkształcenia napięcia (THD, Total Harmonic Distortion) oraz udziały względne poszczególnych harmonicznych napięcia w harmonicznej podstawowej. Współczynnik THD wyznacza się zgodnie z zależnością:

Uk - skuteczna wartość k-tej harmonicznej napięcia;

U1 - skuteczna wartość napięcia składowej podstawowej.

Zgodnie z obowiązującymi uregulowaniami, aby nie dopuścić do awarii lub niepoprawnej pracy urządzeń wartość współczynnika THD w instalacji elektrycznej powinna mieć wartość poniżej 8 %. Do powstawania tego rodzaju zakłóceń i deformacji kształtu napięcia w dużym stopniu przyczyniają się odbiorniki nieliniowe takie jak komputery, przetwornice napięcia, oświetlenie energooszczędne, UPS, falowniki do sterowania silników elektrycznych. W serwerowniach za wysokie wartości współczynnika THD odpowiedzialne są najczęściej wewnętrzne zasilacze Switching-Mode Power Supply – SMPS (będące elementem składowym urządzeń teleinformatycznych) i charakteryzujące się impulsowym charakterem pobieranego prądu.

Urządzenia teleinformatyczne – odbiorniki nieliniowe

W ostatnich latach coraz bardziej znaczącą przyczyną problemów z jakością energii jest stale rosnąca liczba odbiorników nieliniowych i tak na przykład w USA udział odbiorników nieliniowych w całkowitym obciążeniu wzrósł z szacownych w 1992 roku 15-20 % całego obciążenia do ponad połowy. Dlatego dotrzymanie odpowiednich parametrów napięcia zasilającego stanowi coraz większe wyzwanie dotyczące zarówno dostawców jak i odbiorców energii elektrycznej. Parametrem charakteryzującym poziom wartości prądu wymuszanego przez odbiorniki nieliniowe jest współczynnik szczytu wyznaczany zgodnie z zależnością:

Współczynnik szczytu dla prądu sinusoidalnego wynosi , a w wypadku zasilania przetwornic impulsowych jego wartość często znacznie przekracza 3. Prądy odkształcone są bardzo niebezpieczne, gdyż mogą spowodować np. niepożądane zadziałanie zabezpieczeń nadprądowych, oraz różnicowoprądowych.

Innym niekorzystnym zjawiskiem występującym w instalacjach zasilających rozległe sieci komputerowe, jest powstawanie prądu o znacznej wartości w przewodzie neutralnym sieci trójfazowej pomimo równomiernego podziału obciążenia faz. Jest to wyjątkowo niekorzystne zjawisko wynikające z niesinusoidalnego poboru prądu przez zasilacze SMPS, które wymaga podjęcia kroków zaradczych już w fazie projektowania. Stwarza ono bowiem zagrożenie pożarowe ze względu na powstawanie prądów wyrównawczych będące efektem różnicy potencjałów pomiędzy przewodem neutralnym N a ochronnym PE. Aby przeciwdziałać tej sytuacji można stosować większe przekroje przewodów neutralnych lub dzielić odbiory gwarantowane na sekcje zasilane z odrębnych zasilaczy UPS.

Udział odbiorników o charakterystykach nieliniowych przekraczający 25% wartości całego obciążenia obiektu może oddziaływać negatywnie na pracę innych urządzeń i w pewnych przypadkach staje się konieczne stosowanie specjalnych rozwiązań technicznych zapewniających spełnienie wymogów dotyczących jakości napięcia. Korygowanie niekorzystnych zjawisk wynikających ze stosowania odbiorników nieliniowych umożliwiają filtry aktywne, które obniżają zawartość wyższych harmonicznych w prądzie pobieranym z sieci zasilającej poprzez odbiorniki nieliniowe. W dużym uproszczeniu działanie filtru aktywnego polega na pobieraniu i oddawaniu w odpowiednim momencie do sieci zasilającej prądu kompensującego wyższe harmoniczne prądu odbiornika. Zastosowanie tego typu urządzeń umożliwia korygowanie przebiegu prądu do kształtu sinusoidy. Jest to korzystne gdyż powoduje zmniejszenie szczytowej wartości prądu pobieranego z sieci oraz skutecznej wartości prądu pobieranego z sieci. Obniża też wartość prądów rozruchowych, zawartość wyższych harmonicznych prądu pobieranego z sieci oraz przyczynia się do spadku ilości zakłóceń sieciowych zagrażających prawidłowej pracy odbiorników.

Dzięki ich zastosowaniu można zmniejszyć przekroje przewodów zasilających dając możliwość zminimalizowania początkowych nakładów inwestycyjnych. Ograniczenie zawartości wyższych harmonicznych wpływa również korzystnie na niezawodność funkcjonowania systemu zasilania gwarantowanego oraz zapewnia lepsze warunki do współpracy z agregatem prądotwórczym.