Sóng hài trong trung tâm dữ liệu hiện đại

PDF. In Email

Thứ ba, 23 Tháng 5 2017 10:31   |  Số truy cập: 333

 

Sóng hài có thể khiến nhiệt độ hệ thống tăng quá mức, giảm hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của thiết bị.

Ngày nay, các nhà quản lý TTDL hiện đại luôn tìm cách nâng cao hiệu suất hệ thống bằng cách sử dụng những thiết bị tiết kiệm năng lượng và đáng tin cậy, tiết kiệm chi phí đầu tư cho doanh nghiệp. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sóng hài có thể trở thành “con sâu làm rầu nồi canh” gây hao phí điện năng hoặc gián đoạn hoạt động của thiết bị trong TTDL, giảm khả năng ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng vào hệ thống.

Các công nghệ tiên tiến như nguồn điện ứng dụng PFC (kỹ thuật điều chỉnh hệ số công suất – Power Factor Correction) và các thiết bị chuyển mạch nhanh hơn ra đời đang được nhiều nhà khai thác TTDL kỳ vọng sẽ giải quyết được vấn đề về sóng hài trong các TTDL. Tuy nhiên trên thực tế, tải phi tuyến và các thiết bị CNTT dù được áp dụng những công nghệ tiên tiến nhất vẫn không loại bỏ được sóng hài, ảnh hưởng đến hệ số công suất và cân bằng tải.

Sóng hài có thể khiến nhiệt độ hệ thống tăng quá mức, giảm hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của thiết bị. Do đó, cần xem xét kỹ những tác động của sóng hài khi cần nâng cấp hoặc thay thế hệ thống, phân tích các nguy cơ tiềm tàng và lựa chọn những công nghệ phù hợp với TTDL.

Nguyên nhân tạo sóng hài

Nguồn điện thường được cung cấp dưới dạng sóng sin tuần hoàn. Tuy nhiên, ảnh hưởng từ các tải phi tuyến như máy chủ, bộ biến tần, hệ thống lưu điện, đèn huỳnh quang và các thiết bị điện tử khác có thể gây biến dạng, làm méo sóng điện áp và dòng điện. Những biến dạng sóng này được gọi là sóng hài, có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản (đa số các nước có tần số cơ bản là 50 Hz, riêng một vài quốc gia như Mỹ, Nhật… sử dụng tần số 60 Hz). Trong đó, hài bội 3 (với tần số 150 Hz) là sóng hài có hại nhất đối với hệ thống điện TTDL, nó chạy trên trung tính hệ thống điện, gây tổn hao, quá nhiệt và mất cân bằng ba pha.

Có hai loại sóng hài là sóng hài điện áp và sóng hài dòng điện. Sóng hài dòng điện sinh ra khi các tải phi tuyến hoạt động, ví dụ như: PC, thiết bị IT, camera… Trong khi đó, sóng hài điện áp xuất hiện ở những khu vực có công suất lớn và thay đổi liên tục hoặc ở đầu ra các bộ nguồn kém chất lượng. Sóng hài bậc thấp tại một vị trí trong TTDL cũng gây ra “ô nhiễm sóng hài”, ảnh hưởng đến hệ thống điện của cả TTDL cũng như các hạ tầng xung quanh và ngược lại.

Giải pháp bù và giảm khử sóng hài

Có hàng loạt giải pháp giúp giảm sóng hài với độ phức tạp và chi phí khác nhau mà nhà điều hành TTDL có thể lựa chọn để sử dụng riêng lẻ hoặc phối hợp các phương pháp. Để chọn được một chiến lược quản lý sóng hài hiệu quả nhất, doanh nghiệp nên cân nhắc dựa trên ngân sách, đặc điểm tải và những vấn đề cụ thể do sóng hài gây ra trong hệ thống của mình. Các tiêu chí bao gồm: độ nhỏ gọn và không gian lắp đặt giải pháp, độ đơn giản trong vận hành, hiệu quả giảm sóng hài, hiệu quả năng lượng và hiệu quả đầu tư so với chi phí bỏ ra. Sau đây là một số phương pháp để giảm sóng hài hiệu quả như:

Bộ lọc tích cực

Bộ lọc tích cực là giải pháp khử sóng hài tuyệt vời nhưng cũng đắt tiền nhất trong các phương pháp. Bộ lọc tích cực sẽ cảm nhận sóng hài dòng điện và cấp vào một sóng hài tương ứng có chiều ngược lại. Hoạt động theo nguyên lý tương tự cách mà tai nghe khử nhiễu âm thanh và lọc tiếng ồn, bộ lọc tích cực giúp khử toàn bộ phổ của sóng hài, giảm thiểu độ méo sóng xuống dưới 5 % và điều chỉnh hệ số công suất phù hợp nhờ khả năng cân chỉnh pha dòng điện.

Giảm sóng hài sử dụng UPS

Giải pháp UPS khử méo sóng hài hoạt động tương tự như giải pháp sử dụng bộ lọc tích cực. Ngoài ra, UPS còn bù công suất phản kháng cho các tải phi tuyến và cân bằng tải 3 pha để tránh nguy cơ quá tải, đồng thời vẫn cung cấp năng lượng sạch và liên tục trong thời gian cúp điện hoặc có sự cố điện xảy ra.

Nhằm tăng hiệu suất hệ thống, các nhà khai thác TTDL ngày càng triển khai nhiều UPS có chế độ tiết kiệm năng lượng hơn. Những sản phẩm này giúp tiết kiệm chi phí vận hành, tăng tính bền vững khi giảm lãng phí năng lượng lên đến 10 % trong TTDL ở điều kiện hoạt động bình thường.

Giải pháp UPS giảm sóng hài mới nhất hiện nay cho phép kiểm soát và điều chỉnh được độ méo sóng hài trong giới hạn xác định, đồng thời đảm bảo hệ số công suất và cân bằng tải khi vận hành ở chế độ tiết kiệm năng lượng.

Giảm sóng hài sử dụng máy biến áp

Máy biến áp K-rated là một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu tác hại của sóng hài và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện ngày nay. Máy biến áp K-rated tương tự như máy biến áp thông thường, thực hiện chuyển đổi các tín hiệu sóng hài thành nhiệt năng, nhờ đó ngăn chặn chúng tiếp tục xuất hiện ở những vị trí khác trên hệ thống. Tuy nhiên, máy biến áp K-rated được thiết kế theo từng chuẩn riêng, phù hợp với các loại thiết bị và công suất khác nhau (ví dụ: K4 phù hợp với các UPS có bộ lọc nguồn vào, còn K13 phù hợp với các UPS không có bộ lọc nguồn vào…), nhờ đó tránh được tình trạng quá nhiệt trên cuộn dây, tăng tuổi thọ và độ tin cậy của máy phát.

Dù vẫn được sử dụng rộng rãi hiện nay, máy biến áp K-rated đang ngày càng trở nên lỗi thời, kém hiệu quả so với các thiết kế máy biến áp tiên tiến gần đây - máy biến áp khử hài (HMT) là một ví dụ. Được thiết kế để hỗ trợ các tải phi tuyến trong cơ sở hạ tầng điện, HMT sử dụng nguyên lý giảm điện từ trường để lọc sóng hài bội 3, đồng thời kết hợp sử dụng các cuộn dây thứ cấp để loại bỏ dòng điện trung tính và dòng tuần hoàn trong cuộn dây sơ cấp.

Ứng dụng công nghệ trên, HMT đảm bảo vận hành tải theo đúng chức năng được sản xuất, đồng thời hạn chế tác động của sóng hài gây thất thoát và méo dạng điện. Hầu hết HMT hiện nay đều vượt hiệu suất NEMA TP-1, ngay cả khi thử nghiệm với hệ thống 100 % tải phi tuyến. HMT có thể được lắp đặt thay cho máy biến áp K-rated ở bất cứ vị trí nào trong hệ thống.

Máy phát điện công suất lớn

Không giống như máy biến áp, máy phát điện cùng công suất có trở kháng lớn hơn từ hai đến ba lần và vì vậy đặc biệt nhạy cảm với sóng hài. Để hoạt động hiệu quả và ổn định cho các TTDL, nhà quản lý TTDL nên sử dụng máy phát điện được thiết kế với công suất lớn hơn tải hoạt động cùng chức năng ổn định điện áp đầu ra. Nhờ đó, khi cúp điện xảy ra, méo dạng điện áp được giảm đáng kể, đồng thời, tăng tuổi thọ cho máy phát điện và các thiết bị khác trong hệ thống. Tuy giải pháp này có chi phí đầu tư cao, nó vẫn là một phương án hiệu quả để kết hợp với UPS nhằm cung cấp nguồn điện “sạch” cho hệ thống, giảm tác hại của sóng hài trong TTDL.

Chấn lưu điện tử

Tương tự HMT, chấn lưu điện tử (electronic ballast) sử dụng công nghệ lọc thụ động để hạn chế sóng hài dòng điện, giảm đáng kể méo dạng nguồn điện ở những TTDL có hệ thống chiếu sáng quy mô lớn. Nhược điểm của giải pháp này là giá thành cao hơn so với các bộ chấn lưu từ (magnetic ballast) thông thường khác.

Kết luận

Dù thiết bị ngày nay đã được áp dụng các công nghệ tiên tiến hơn, song sóng hài vẫn tiếp tục là tác nhân gây tốn kém cho doanh nghiệp, làm giảm hiệu suất và độ tin cậy cho TTDL. May thay, có khá nhiều giải pháp hiệu quả để hỗ trợ việc giảm thiểu và thậm chí loại bỏ các sóng hài trong TTDL. Để chọn được giải pháp phù hợp, các nhà quản lý TTDL nên cân nhắc khả năng kết hợp giải pháp với cơ sở hạ tầng hiện có, cân nhắc chi phí đầu tư với lợi ích đem lại và đánh giá chính xác những nguy cơ tiềm tàng mà sóng hài có thể gây hại cho hệ thống. Việc giảm sóng hài hiệu quả sẽ giúp doanh nghiệp đạt hiệu suất hoạt động cao nhất, kéo dài tuổi thọ cũng như tiết kiệm chi phí đáng kể so với trước khi áp dụng.

Nguồn:  Tamnhinmang.vn

 

DMCA.com Protection Status


Các bài viết khác

ABB
ACTi
Brother
CommScope
Emerson
Fluke Network
Fredton
Vietrack