Keskijännitekojeistosovellukset datakeskuksissa ja uusiutuvan energian projekteissa

Kaksi toimialaa, yksi yhteinen riippuvuus

Palvelinkeskuksilla ja uusiutuvan energian hankkeilla näyttää olevan vähän yhteistä. Yksi on ilmastoitu rakennus, joka on täynnä palvelintelineitä, joissa ensisijainen ulostulo on digitaalista tietoa. Toinen on säälle alttiina ulottuva ulkoasennus, jossa ensisijainen tuotos on siirtoverkkoon syötettyä sähköä.

Pinnan alla niillä on kuitenkin yhteinen kriittinen riippuvuus: keskijännitekojeistot, jotka toimivat moitteettomasti käyttöolosuhteissa, joita olisi pidetty epätavallisina vuosikymmen sitten. Molemmat toimialat ovat kasvaneet poikkeuksellisen nopeasti. Molemmilla on kova paine projektien aikatauluihin ja pääomakustannuksiin. Ja molemmat määrittelevät yhä enemmän SF₆-vapaita laitteita – tietokeskuksia, joita ohjaavat yritysten kestävän kehityksen sitoumukset, uusiutuvan energian hankkeita ajaa logiikka, jonka mukaan puhtaan tuotannon ei pitäisi olla riippuvainen korkean GWP:n infrastruktuurista.

Tässä artikkelissa tarkastellaan yksityiskohtaisesti näiden kahden sektorin keskijännitekojeistovaatimuksia. Painopiste on teknisissä vaatimuksissa, jotka ohjaavat laitevalintaa, tehokkaiksi osoittautuneisiin kokoonpanoihin sekä dokumentaatio- ja vaatimustenmukaisuusvaatimuksiin, joita molempien toimialojen hankintatiimit pitävät nyt pakollisina.

Osa yksi: Palvelinkeskukset

Nykyaikaisen datakeskuksen sähköarkkitehtuuri

Hyperscale-palvelinkeskus on pohjimmiltaan sähkömuunnoslaitos. Virta tulee korkealla tai keskijännitteellä sähköverkosta, siirtyy alaspäin useiden muunnosvaiheiden läpi ja saavuttaa lopulta palvelintelineet alhaisella jännitteellä, jolla on poikkeukselliset luotettavuusvaatimukset. Alan standardi käytettävyydelle – viisi yhdeksää eli 99,999 % käytettävyyttä – sallii hieman yli viisi minuuttia seisokkeja vuodessa, mukaan lukien kaikki suunnitellut huollot.

Keskijännitekojeistosijaitsee kriittisessä risteyksessä sähkönsyötön ja datakeskuksen sisäisen jakeluverkon välillä. Tyypillisessä arkkitehtuurissa 10 kV - 36 kV syöttöjohdot tulevat laitoksen paikan päällä olevalle sähköasemalle, jossa keskijännitekojeistot tarjoavat sisääntulon syöttösuojan, muuntajan ensiösuojauksen ja väyläosion kytkennän. Myöhemmin keskijännitekojeistot voivat palvella suuria jäähdytyslaitoksia, UPS-tulon kytkentätauluja ja generaattorin rinnakkaiskytkentälaitteita varavoimajärjestelmiin.

Tämän arkkitehtuurin kojeiston on täytettävä useita vaativia kriteerejä samanaikaisesti. Sen on oltava riittävän kompakti mahtumaan rakennuksen jalanjäljen sisään, mikä on kallista kiinteistöä. Sen on oltava riittävän luotettava, jotta kunnossapitotoimenpiteet mitataan tunneissa vuosikymmenessä eikä tunneissa vuodessa. Ja sen on kyettävä integroitumaan datakeskuksen kiinteistönhallintajärjestelmään ja tehonvalvontaalustaan ​​tarjoamalla reaaliaikaista tietoa kytkimien asennosta, suojaustapahtumista ja laitteiden kunnosta.

Miksi tyhjiökatkaisijat ovat vakiona

Tyhjiökatkaisijasta on tullut oletusvalinta keskijännitekytkentöihin konesaleissa teknisistä ja toiminnallisista syistä.

Teknisesti tyhjiökatkaisin sammuttaa kaaren suljetun keraamisen kirjekuoren sisällä, jossa ei ole mitään palavaa, mitään hajoavaa eikä mitään vuotavaa. Kaasun puuttuminen tarkoittaa kaasuun liittyvän huollon puuttumista. Palvelinkeskuksen ylläpitäjälle, jonka tilat voivat toimia viisitoista vuotta ilman suurta seisokkia, kaikki säännöllistä huomiota vaativat laitteet ovat vastuullisia. M2-luokan toimintamekanismilla varustettu tyhjökatkaisin, joka on mitoitettu 10 000 mekaaniseen toimintoon, voi toimia koko laitoksen käyttöiän ajan ilman, että itse katkaisijaan tarvitsee tehdä huoltotoimenpiteitä.

Toiminnallisesti tyhjökatkaisijat sopivat hyvin datakeskuksen kuormitusprofiiliin. Palvelinkeskuksen kuormitus on suhteellisen tasaista – palvelimet eivät pysähdy ja käynnisty kuten teollisuusmoottorit – mikä tarkoittaa, että katkaisijan sähkökestävyys testataan harvoin toistuvilla vikakatkouksilla. Ensisijainen toiminnallinen vaatimus on luotettava kytkentä laitos- ja generaattorilähteiden suunnitelluissa siirroissa, mikä on mekaanisesti vaativaa, mutta sähköisesti suoraviivaista. Hyvin suunniteltu varastoidun energian jousimekanismi voi suorittaa tämän toiminnon johdonmukaisesti vuosikymmeniä.

Metallipäällysteisissä kojeistoissa, kuten KYN28- tai KYN61-sarjassa, käytetty ulosvedettävä konfiguraatio tarjoaa toisen edun datakeskuksille: katkaisija voidaan ripustaa testi- tai eristettyyn asentoon tarkastusta varten ilman, että koko väylä kytketään jännitteettömäksi. Laitoksessa, jossa seisokkikustannukset voivat ylittää 100 000 dollaria minuutissa, tämä ylläpidettävyysominaisuus yksinään voi oikeuttaa kojeiston tekniset tiedot.

Siirtyminen SF₆-vapaaseen palvelinkeskussektoriin

Konesalioperaattoreista on tullut yksi vaikutusvaltaisimmista SF₆-vapaiden kytkinlaitteiden puolestapuhujista, eikä heidän motiivinsa ole ensisijaisesti säännösten noudattaminen. Monet suurimmista operaattoreista – mukaan lukien hyperscale-pilvipalveluntarjoajat – ovat tehneet julkisia sitoumuksia hiilineutraaliuden tai nollapäästöjen saavuttamisesta tämän vuosikymmenen aikana. SF₆, jonka ilmaston lämpenemispotentiaali on 24 300 kertaa hiilidioksidin lämmitysvaikutus, on suorassa ristiriidassa näiden sitoumusten kanssa, jos sitä on jokaisen uuden laitoksen sähköinfrastruktuurissa.

Yksittäinen keskijännite-RMU- tai GIS-paneeli, joka sisältää muutaman kilogramman SF₆:tä, ei sinänsä edusta suurta osaa datakeskuksen hiilijalanjäljestä. Mutta suuret operaattorit rakentavat kymmeniä tiloja vuodessa, joista jokaisessa on useita kojeistopaneeleja. Globaalin salkun kumulatiivinen SF₆-varasto voidaan mitata tonneissa. Vuotojen määrä on alhainen, mutta ei nolla, ja SF₆:n käyttöikä ilmakehässä tarkoittaa, että jokainen päästetty gramma pysyy ilmakehässä yli kolme tuhatta vuotta.

Tästä syystä palvelinkeskusten tarjouserittelyissä on nyt rutiininomaisesti "SF₆-vapaa" pakollisena vaatimuksenakeskijännitekojeisto. Vaatimus ei esiinny ainoastaan ​​Euroopan markkinoilla, joille EU:n F-kaasuasetus tarjoaa oikeudellisen kehyksen, vaan myös Pohjois-Amerikassa sekä Aasian ja Tyynenmeren alueella. Kytkinlaitteiden valmistajille konesalimarkkinoista on tullut voimakas kaupallinen SF₆-vapaan tuotekehityksen veturi – kenties tehokkain sähköalan ulkopuolella.

COTENELE toimittaa 24 kV SF₆-vapaita rengaspääyksiköitä ja tyhjiökatkaisijapaneeleja konesaliprojekteihin kuivailmaeristyksellä ja IEC 62271-200:n mukaisella tyyppitestillä. Kestävästi suljettu ruostumattomasta teräksestä valmistettu säiliö eliminoi kaasun valvonnan, uudelleentäytön ja talteenoton laitoksen käyttöiän päätyttyä. Palvelinkeskuksen ylläpitäjälle tämä tarkoittaa yhtä vähemmän seurattavaa järjestelmää, yhtä vähemmän hallittavaa ylläpitosopimusta ja yhtä vähemmän ESG-tarkastuksessa selitettävää kohdetta.

Osa kaksi: Uusiutuvan energian hankkeet

Tuulipuistojen keräilyverkot

Tuulipuisto edustaa sähköistä ympäristöä, joka poikkeaa täysin datakeskuksesta tai teollisuuslaitoksesta. Yksittäiset tuuliturbiinigeneraattorit, joiden teho on tyypillisesti 2-8 MW, sijaitsevat hajallaan maantieteellisellä alueella, joka voi kattaa kymmeniä neliökilometrejä. Jokainen turbiini tuottaa matalalla jännitteellä - tyypillisesti 690 V tai 1000 V - ja nostaa keskijännitteeseen tornin pohjassa olevan tyynyn muuntajan kautta. Keskijännitteiset kaapelit, yleensä 33 kV tai 36 kV, kulkevat kustakin turbiinista keskuskeräimen sähköasemalle, jossa teho kootaan ja nostetaan uudelleen siirtoa varten.

Keräimen sähköaseman kojeiston tulee hoitaa yhdistelmä tehtäviä, joita mikään muu sovellus ei aivan toista. Jokaista keräimen syöttölaitetta suojaavat katkaisijat kokevat usein kytkentätoimintoja, kun turbiinit käynnistyvät ja pysähtyvät tuulen vaikutuksesta. Invertteripohjaisten tuuliturbiinien aiheuttama vikavirta eroaa olennaisesti synkronisesta koneen vikavirrasta – suuruusluokkaa pienempi, nopeampi vaimeneminen ja joskus perinteisten suojareleiden on vaikea erottaa normaalista kuormitusvirrasta. Ja itse sähköasema on usein syrjäisessä paikassa, jossa huoltokäynnit ovat kalliita, säästä riippuvia ja joskus mahdottomia viikkoja talvikuukausina.

Tyhjiökatkaisijat sopivat hyvin tähän ympäristöön. Nykyaikaisen VCB:n korkea mekaaninen kestävyys mahdollistaa toistuvan kytkennän ilman kosketinten huonontumista. Tyhjiökatkaisija ei välitä sen vikavirran lähteestä, jonka sen on katkaistava – tulipa se synkronisesta generaattorista tai invertteripohjaisesta resurssista, kaaren sammutuksen fysiikka on sama. Ja nykyaikaisen VCB:n sinetöity elinikäinen rakenne tarkoittaa, että huoltoteknikon ei tarvitse tarkastaa katkaisijan sisällä mitään, vaikka he pääsisivät paikalle.

Aurinkosähkö- ja energiavarastojärjestelmät

Aurinkosähköasennuksilla on joitain yhteisiä ominaisuuksia tuulipuistojen kanssa – invertteripohjainen tuotanto, maantieteellinen hajaantuminen, toistuva vaihto säteilyvoimakkuuden muuttuessa – mutta ne lisäävät omaa monimutkaisuuttaan. Aurinkovoimalat toimivat tyypillisesti pienemmällä jännitteellä kuin tuulipuistot: keskijännitteen keräysjärjestelmä voi olla 12 kV tai 24 kV 33 kV tai 36 kV sijaan. Laitoksen DC-puoli moduuleista yhdyskoteloiden kautta invertterituloon toimii jännitteillä 1500 V DC asti ja vaatii täysin erilliset suoja- ja erotuslaitteet.

Akkuenergian varastointijärjestelmien lisääntyvä sijainti aurinkoenergian kanssa lisää uuden tason kojeistovaatimuksia. Akkuenergian varastointijärjestelmä voi latautua verkosta tai aurinkopaneelista ja purkaa takaisin verkkoon tarpeen mukaan, mikä tarkoittaa, että keskijännitekojeiston liitäntäkohdassa tulee käsitellä kaksisuuntaista tehovirtaa. Suojausasetusten on otettava huomioon akkuinvertterien aiheuttama vikavirta, joka voi olla merkittävää ja nopeasti kasvavaa. Ja katkaisijoiden kytkentätarve kasvaa entisestään, kun useat lataus-purkausjaksot päivässä lisäävät mekaanisten toimintojen määrää.

Vaatimustenmukaisuus ja dokumentointikerros

Uusiutuvan energian hankkeisiin, erityisesti kansainvälisten riippumattomien sähköntuottajien kehittämiin tai monenvälisten kehityspankkien rahoittamiin hankkeisiin, on nyt dokumentointivaatimuksia, jotka kilpailevat sähkön tarjouskilpailuissa. Keskijännitekojeistopaketti tuulipuistoon tai aurinkovoimalaan vaatii tyypillisesti IEC-tyyppitestitodistukset jokaiselle katkaisijalle ja RMU:lle, rutiinitestiraportit tehtaalta, vakuutus sovellettavien ympäristömääräysten mukaisuudesta ja viiteluettelo, joka osoittaa samankaltaisten laitteiden ennakkotoimituksen.

Syy on selvä: hankerahoitus. Uusiutuvan energian hankkeisiin pääomaa rahoittavat lainanantajat ja sijoittajat suorittavat teknisen due diligence -tarkastuksen jokaisessa suuressa laitepaketissa. Jos kojeiston toimittaja ei pysty toimittamaan täydellisiä asiakirjoja, hankkeen taloudellisen päätökseen pääseminen saattaa viivästyä. Tämä on riski, jonka kehittäjät ottavat erittäin vakavasti.

COTENELE toimittaa keskijännitekojeistot uusiutuvan energian projekteihin täydellisen dokumentaatiopaketin mukana vakiona. Tyyppitestitodistukset, rutiinitestiraportit ja vaatimustenmukaisuusvakuutukset toimitetaan tarjousvaiheessa, ei tilauksen jälkeen. Euroopassa toteutettavien hankkeiden osalta tämä sisältää asiakirjat, jotka osoittavat, että ne ovat EU:n F-kaasuasetuksen mukaisia. Muiden alueiden hankkeissa paketti on räätälöity paikallisten tarpeiden mukaan.

Teknologian päällekkäisyys: mitä molemmat alat tarvitsevat

Eroistaan ​​​​huolimatta datakeskukset ja uusiutuvan energian hankkeet kohtaavat yhteisiä kojeistovaatimuksia. Tämän päällekkäisyyden tunnistaminen auttaa selittämään, miksi tietyistä teknologioista ja kokoonpanoista on tullut hallitsevia molemmilla markkinoilla.

Kompakti jalanjälki. Palvelinkeskukset arvostavat jokaista valkoista neliömetriä. Uusiutuvan energian keräilyasemat sijaitsevat usein maalla, jossa on rajoitetusti käytettävissä olevaa aluetta. Molemmat sektorit määrittävät kytkinlaitteet, jotka minimoivat fyysisen jalanjäljen tinkimättä huoltomahdollisuuksista. Tämä on yksi syy, miksi metallipäällysteiset irrotettavat kojeistot ja SF₆-vapaat RMU:t ovat kasvattaneet osuuttaan – ne pakkaavat huomattavan toiminnallisuuden kompaktiin kuoreen.

Luotettavuus ilman säännöllistä huoltoa. Palvelinkeskuksilla ei ole varaa seisokkeihin. Tuulipuistoilla ei ole varaa lähettää teknikkoa etäsähköasemalle joka kuukausi. Tyhjiökytkimet, joissa on sinetöity elinikäinen katkaisija, ja RMU:t suljetuilla kaasusäiliöillä vastaavat suoraan tähän vaatimukseen.

SF₆-vapaa lähtökohtana. Datakeskusten moottorina ovat yritysten kestävän kehityksen sitoumukset. Uusiutuvan energian hankkeissa taustalla on epäjohdonmukaisuus käyttää korkean GWP:n kaasua infrastruktuurissa, joka on olemassa puhtaan energian tuottamiseksi. Molemmat saavuttavat samat erittelyvaatimukset.

Digitaalinen integraatio. Palvelinkeskukset otettiin varhaisessa vaiheessa käyttöön älykkäiden kytkinlaitteiden IEC 61850 -tiedonsiirrolla, mikä johtui tarpeesta integroida sähköinen valvonta rakennuksen hallintajärjestelmään. Uusiutuvan energian hankkeet seuraavat nopeasti perässä miehittämättömien kohteiden etävalvonnan tarpeen vuoksi. Molemmissa tapauksissa kytkinlaitteet, jotka voivat raportoida omasta tilastaan, kirjata kytkentätoiminnot ja varoittaa varhaisessa vaiheessa kehittyvistä ongelmista, vähentävät käyttökustannuksia ja riskejä.

Täydellinen dokumentaatio. Molempia sektoreita hallitsevat kehittyneet ostajat – suuren mittakaavan palvelinkeskusoperaattorit, kansainväliset uusiutuvan energian kehittäjät, infrastruktuurirahastot – jotka pitävät dokumentaatiota portinvartijavaatimuksena. Jos paperityöt eivät ole täydellisiä, laitteita ei oteta huomioon. Tämä suosii valmistajia, jotka ovat investoineet kolmannen osapuolen tyyppitestaukseen ja ylläpitävät organisoituja dokumentointijärjestelmiä.

Kytkinlaitteiden valitseminen näihin sovelluksiin: Käytännön huomioita

Kummallakin alalla työskentelevien projektiinsinöörien ja hankintatiimien osalta kytkinlaitteiden valintaa ohjaavat useat käytännön näkökohdat.

Aloita jännitteestä ja vikatasosta, mutta älä lopeta siihen. Nimellisjännite ja oikosulkukatkaisukyky ovat vähimmäisvaatimukset. Niiden lisäksi arvioi mekaaninen kestävyys, ylläpitovaatimukset projektin elinkaaren aikana ja paikallisen huoltotuen saatavuus.

Tarkista tietyn kokoonpanon tyyppitestaus. Valmistaja on saattanut olla tyyppitestannut vakiomoduulin, mutta ei yksiriviselle kaaviolle vaadittavaa moduuliyhdistelmää. Varmista, että tarkka kokoonpano on testattu tai että valmistaja voi toimittaa tekniset perusteet tyyppitestin kattavuuden laajentamiselle.

Kysy asiakirjoista ennen tilauksen tekemistä. Jos toimittaja ei pysty toimittamaan tyyppitestaustodistuksia, rutiinitestiraporttimalleja ja vaatimustenmukaisuusvakuutusta tarjousvaiheessa, se ei todennäköisesti pysty toimittamaan niitä heti tilauksen jälkeen. Dokumentointiviiveet voivat viivästyttää projektin rahoitusta ja käyttöönottoa, ja niiden havaitseminen on ennen sopimuksen tekemistä.

Harkitse elinkaarikustannuksia, älä vain ostohintaa. Datakeskuksessa, jonka suunniteltu käyttöikä on 15 vuotta, yksittäisen suunnittelemattoman katkon hinta pienentää kytkinlaitteiden ostohinnan eroa. Tuulipuistossa, jossa on 50 turbiinia eri puolilla vuoristoa, kustannukset, jotka aiheutuvat teknikon lähettämisestä tarkastamaan katkaisijaa, pienentävät säästöjä, jotka aiheutuvat heikomman tuotteen valinnasta. Kojeistot ovat pieni murto-osa projektin kokonaispääomakustannuksista, mutta suuri osa laitteista voi aiheuttaa katastrofaalisen vian. Tämä ei ole oikea paikka optimoida alhaisimpaan alkuhintaan.

Johtopäätös

Palvelinkeskukset ja uusiutuvan energian projektit edustavat kahta nopeimmin kasvavaa segmenttiä globaaleilla keskijännitekojeistomarkkinoilla. Ne ovat myös segmenttejä, joilla siirtyminen kestäviin, digitaalisesti integroituihin, SF₆-vapaisiin laitteisiin etenee nopeimmin.

Näitä markkinoita hyvin palvelevat kojeistotekniikat – alipainekatkos, kuiva ilma ja kiinteä eristys, ulosvedettävät kokoonpanot, joilla on korkea mekaaninen kestävyys, integroitu kunnonvalvonta IEC 61850 -tiedonsiirrolla – ovat samat tekniikat, jotka määrittävät laajemman kytkinlaiteteollisuuden seuraavan vuosikymmenen aikana. Konesali- ja uusiutuvan energian sovelluksista saadut opetukset muokkaavat tuotekehitystä kaikilla markkinasegmenteillä.

COTENELElle näiden sektoreiden palveleminen tarkoittaa 24 kV SF₆-vapaiden RMU-yksiköiden ja tyhjiökatkaisijapaneelien toimittamista, jotka ovat tyyppitestattuja, dokumentoituja ja sarjatuotannossa. Se tarkoittaa sen ymmärtämistä, että konesalin hankintatiimi ja tuulipuiston kehittäjä puhuvat eri teknisiä kieliä, mutta niillä on sama perusvaatimus: laitteet, jotka toimivat luotettavasti vuosikymmeniä, vähäisin väliintuloin ja ilman ympäristövastuuta. Tuotevalikoimamme ja dokumentointijärjestelmämme on rakennettu sen mukaisesti.

Etsitkö keskijännitekojeistoa seuraavaan projektiisi?

COTENELE toimittaa 12 kV - 40,5 kV tyhjiökatkaisijoita, SF₆-vapaita rengaspääyksiköitä ja täydellisiä metallipäällysteisiä kojeistoja datakeskusten, uusiutuvan energian, sähkön ja teollisuuden sovelluksiin. Kaikki tuotteet on tyyppitestattu sovellettavien IEC-standardien mukaisesti, ja kaikki asiakirjat toimitetaan tarjousvaiheessa.

Tietoja COTENELEstä

COTENELE on erikoistunut valmistamaan keskijännitekojeistoja, mukaan lukien SF₆-vapaat ympäristöystävälliset kaasueristeiset kojeistot, tyhjiökatkaisijat, rengaspääyksiköt ja metallipäällysteiset paneelit 12 kV - 40,5 kV sovelluksiin. Tuotteemme palvelevat konesalioperaattoreita, uusiutuvan energian kehittäjiä, laitoksia ja teollisia ostajia Euroopassa, Aasiassa ja Lähi-idässä. Jokainen tuote on tyyppitestattu sovellettavien IEC-standardien mukaisesti, ja tarjouksen jättämistä ja projektitoimitusta varten toimitetaan täydelliset asiakirjat.