Wie man eine falsche Last für ein Dieselgenerator-Set in einem Rechenzentrum auswählt

Die Auswahl einer geeigneten Ersatzlast für das Dieselaggregat eines Rechenzentrums ist entscheidend, da sie die Zuverlässigkeit des Notstromsystems direkt beeinflusst. Im Folgenden finden Sie eine umfassende Anleitung mit grundlegenden Prinzipien, wichtigen Parametern, Lastarten, Auswahlschritten und bewährten Verfahren.

1. Kernauswahlprinzipien

Der Hauptzweck einer simulierten Last besteht darin, die reale Last für umfassende Tests und die Validierung des Dieselgenerators zu simulieren und sicherzustellen, dass dieser im Falle eines Netzausfalls sofort die gesamte kritische Last übernehmen kann. Zu den spezifischen Zielen gehören:

1. Verbrennung von Kohlenstoffablagerungen: Bei Dieselmotoren führt der Betrieb unter geringer oder keiner Last zu einer sogenannten „Nassablagerung“ (unverbrannter Kraftstoff und Kohlenstoff sammeln sich im Abgassystem). Durch eine künstliche Lasterhöhung können die Motortemperatur und der Druck erhöht und diese Ablagerungen vollständig verbrannt werden.
2. Leistungsprüfung: Prüfung, ob die elektrischen Eigenschaften des Generatorsatzes – wie Ausgangsspannung, Frequenzstabilität, Verzerrung der Wellenform (THD) und Spannungsregelung – innerhalb der zulässigen Grenzen liegen.
3. Lastkapazitätsprüfung: Überprüfung, ob das Stromaggregat stabil mit Nennleistung betrieben werden kann und Beurteilung seiner Fähigkeit, plötzliche Lastzunahme und -abnahme zu bewältigen.
4. Systemintegrationstests: Durchführung einer gemeinsamen Inbetriebnahme mit dem automatischen Umschalter (ATS), Parallelsystemen und Steuerungssystemen, um sicherzustellen, dass das gesamte System reibungslos zusammenarbeitet.

2. Wichtige Parameter und Überlegungen

Vor der Auswahl einer Scheinlast müssen die folgenden Parameter des Generatorsatzes und die Testanforderungen geklärt werden:

1. Nennleistung (kW/kVA): Die Gesamtleistungskapazität der simulierten Last muss mindestens der Nennleistung des Generatorsatzes entsprechen. Üblicherweise wird empfohlen, 110 % bis 125 % der Nennleistung des Generatorsatzes zu wählen, um die Überlastfähigkeit prüfen zu können.
2. Spannung und Phase: Müssen mit der Ausgangsspannung des Generators (z. B. 400 V/230 V) und der Phase (Drehstrom, vieradrig) übereinstimmen.
3. Frequenz (Hz): 50 Hz oder 60 Hz.
4. Anschlussmethode: Wie wird die Verbindung zum Generatorausgang hergestellt? Üblicherweise nachgeschaltet zum automatischen Umschaltgerät (ATS) oder über einen separaten Testschnittstellenschrank.
5. Kühlmethode:
   • Luftkühlung: Geeignet für niedrige bis mittlere Leistungen (typischerweise unter 1000 kW), kostengünstiger, aber laut, und die warme Luft muss ordnungsgemäß aus dem Geräteraum abgeführt werden.
   • Wasserkühlung: Geeignet für mittlere bis hohe Leistungen, leiser, höhere Kühlleistung, erfordert jedoch ein unterstützendes Kühlwassersystem (Kühlturm oder Trockenkühler), was zu höheren Anfangsinvestitionen führt.
6. Steuerungs- und Automatisierungsebene:
   • Grundlegende Steuerung: Manuelles schrittweises Be- und Entladen.
   • Intelligente Steuerung: Programmierbare automatische Lastkurven (Rampenlast, Stufenlast), Echtzeitüberwachung und -aufzeichnung von Parametern wie Spannung, Stromstärke, Leistung, Frequenz, Öldruck und Wassertemperatur sowie Erstellung von Testberichten. Dies ist entscheidend für die Einhaltung von Vorschriften und die Durchführung von Audits in Rechenzentren.

3. Hauptarten von Fehllasten

1. Widerstandslast (Rein aktive Last P)

• Funktionsprinzip: Wandelt elektrische Energie in Wärme um, die durch Ventilatoren oder Wasserkühlung abgeführt wird.
• Vorteile: Einfache Struktur, geringere Kosten, einfache Steuerung, liefert reine Wirkleistung.
• Nachteile: Es kann nur die Wirkleistung (kW) getestet werden, nicht jedoch die Blindleistungsregelungsfähigkeit (kvar) des Generators.
• Anwendungsszenario: Hauptsächlich verwendet zum Testen von Motorteilen (Verbrennung, Temperatur, Druck), der Test ist jedoch unvollständig.

2. Blindlast (Reine Blindlast Q)

• Funktionsprinzip: Nutzt Induktivitäten zur Aufnahme von Blindleistung.
• Vorteile: Kann reaktive Last bereitstellen.
• Nachteile: Wird üblicherweise nicht allein, sondern in Kombination mit ohmschen Lasten verwendet.

3. Kombinierte ohmsche/reaktive Last (R+L-Last, liefert P und Q)

• Funktionsprinzip: Integriert Widerstands- und Drosselbänke und ermöglicht so die unabhängige oder kombinierte Steuerung von Wirk- und Blindlast.
• Vorteile: Die bevorzugte Lösung für Rechenzentren. Kann reale Mischlasten simulieren und die Gesamtleistung des Generatorsatzes, einschließlich des automatischen Spannungsreglers (AVR) und des Drehzahlreglersystems, umfassend testen.
• Nachteile: Höhere Kosten als bei rein ohmschen Lasten.
• Auswahlhinweis: Beachten Sie den einstellbaren Leistungsfaktorbereich (PF), der typischerweise von 0,8 (induktiv) bis 1,0 einstellbar sein muss, um unterschiedliche Lastarten zu simulieren.

4. Elektronische Last

• Funktionsprinzip: Nutzt Leistungselektronik, um Energie zu verbrauchen oder ins Netz zurückzuspeisen.
• Vorteile: Hohe Präzision, flexible Steuerung, Potenzial zur Energierückgewinnung (Energieeinsparung).
• Nachteile: Extrem teuer, erfordert hochqualifiziertes Wartungspersonal und die eigene Zuverlässigkeit muss berücksichtigt werden.
• Anwendungsszenario: Eher geeignet für Labore oder Produktionsanlagen als für Wartungstests vor Ort in Rechenzentren.

Fazit: Für Rechenzentren sollte eine „kombinierte resistive/reaktive (R+L) Falschlast“ mit intelligenter automatischer Steuerung gewählt werden.

4. Zusammenfassung der Auswahlschritte

1. Prüfanforderungen festlegen: Reicht eine Verbrennungsprüfung aus oder ist eine Zertifizierung der Leistungsfähigkeit unter Volllast erforderlich? Sind automatisierte Prüfberichte notwendig?
2. Parameter des Generatorsatzes erfassen: Liste der Gesamtleistung, Spannung, Frequenz und Schnittstellenposition aller Generatoren auf.
3. Bestimmung des Typs der falschen Last: Wählen Sie eine intelligente, wassergekühlte R+L-falsche Last (es sei denn, die Leistung ist sehr gering und das Budget begrenzt).
4. Berechnung der Leistungskapazität: Gesamte Falschlastkapazität = Höchste Einzelleistung × 1,1 (oder 1,25). Bei der Prüfung eines Parallelsystems muss die Kapazität mindestens der gesamten Parallelleistung entsprechen.
5. Kühlmethode auswählen:
   • Hohe Leistung (>800 kW), begrenzter Platz im Technikraum, Geräuschempfindlichkeit: Wasserkühlung wählen.
   • Geringer Stromverbrauch, begrenztes Budget, ausreichend Belüftungsraum: Luftkühlung kann in Betracht gezogen werden.
6. Bewertung des Steuerungssystems:
   • Muss die automatische Stufenlastung unterstützen, um den realen Lasteingriff zu simulieren.
   • Muss in der Lage sein, Standard-Testberichte aufzuzeichnen und auszugeben, einschließlich Kurven aller wichtigen Parameter.
   • Unterstützt die Schnittstelle die Integration mit Gebäudemanagement- oder Rechenzentrumsinfrastrukturmanagementsystemen (DCIM)?
7. Mobile vs. Festinstallation:
   • Festinstallation: Die Installation erfolgt in einem separaten Raum oder Container als Teil der Infrastruktur. Feste Verkabelung, einfaches Testen, sauberes Erscheinungsbild. Die bevorzugte Wahl für große Rechenzentren.
   • Mobile, auf einem Anhänger montierte Lösung: Diese Lösung kann mehrere Rechenzentren oder mehrere Einheiten bedienen. Sie bietet geringere Anschaffungskosten, jedoch ist die Bereitstellung aufwendig und erfordert Speicherplatz sowie Verbindungsmanagement.

5. Bewährte Verfahren und Empfehlungen

• Planen Sie Testschnittstellen: Entwerfen Sie im Vorfeld Testschnittstellenschränke für falsche Lasten im Stromverteilungssystem, um Testverbindungen sicher, einfach und standardisiert zu gestalten.
• Kühllösung: Bei Wasserkühlung muss die Zuverlässigkeit des Kühlwassersystems sichergestellt werden; bei Luftkühlung müssen geeignete Abluftkanäle konstruiert werden, um zu verhindern, dass heiße Luft in den Maschinenraum zurückströmt oder die Umwelt beeinträchtigt.
• Sicherheit geht vor: Falsche Lasten erzeugen extrem hohe Temperaturen. Sie müssen mit Sicherheitsvorkehrungen wie Überhitzungsschutz und Not-Aus-Tastern ausgestattet sein. Die Bediener benötigen eine professionelle Schulung.
• Regelmäßige Tests: Gemäß den Richtlinien des Uptime Institute, den Tier-Standards oder den Empfehlungen der Hersteller sollten Sie die Systeme typischerweise monatlich mit mindestens 30 % der Nennlast testen und jährlich einen Volllasttest durchführen. Die simulierte Last ist ein wichtiges Hilfsmittel, um diese Anforderung zu erfüllen.

Abschließende Empfehlung:
Für Rechenzentren, die auf hohe Verfügbarkeit Wert legen, sollten bei der Falschlast nicht gespart werden. Die Investition in ein fest installiertes, ausreichend dimensioniertes, intelligentes, wassergekühltes Falschlastsystem mit R+L-Technologie ist unerlässlich, um die Zuverlässigkeit des kritischen Stromversorgungssystems zu gewährleisten. Es hilft, Probleme zu erkennen, Ausfälle zu vermeiden und erfüllt durch umfassende Testberichte die Anforderungen an Betrieb, Wartung und Auditierung.