Пуэ длительно допустимый ток: Выбор сечения кабеля по току

Содержание

Выбор сечения кабеля по току

Используя таблицу ПУЭ можно правильно выбрать сечение кабеля по току. Так, например если кабель будет меньшего сечения, то это может привести к преждевременному выходу из строя всей системы проводки или порче включённого оборудования. Так же неправильный выбор толщины кабеля может стать причиной пожара, который произойдёт из-за плавления изоляции провода при его перегреве из-за высокой мощности.

При обратном процессе, когда толщина кабеля будет взята со значительным запасом по мощности, может произойти лишняя трата денег для приобретения более дорогостоящего провода.

Как показывает практика, в большинстве случаев выбирать сечение кабеля по току следует исходя из показателя его плотности.

Таблицы ПУЭ и ГОСТ

Плотность тока

При проведении выбора сечения провода необходимо знать некоторые показатели. Так, например величина плотности тока в таком материале как медь составляет от 6 до 10 А/мм2. Такой показатель является результатом многолетних наработок специалистов и принимается исходя из основных правил регламентирующих устройство электрических установок.

В первом случае при плотности в шесть единиц предусмотрена работа электрической сети в длительном рабочем режиме. Если же показатель составляет десять единиц, то следует понимать, что работа сети возможна не длительное время во время периодических коротких включений.

Поэтому производить выбор толщины необходимо именно по данному допустимому показателю.

Приведенные выше данные соответствуют медному кабелю. Во многих электрических сетях до сих пор применяются и алюминиевые провода. При этом медный кабель в сравнении с последним типом провода имеет свои неоспоримые преимущества.

К таковым можно отнести следующее:

  1. Медный кабель обладает намного большей мягкостью и в тоже время показатель его прочности выше.
  2. Изделия, изготовленные из меди более длительное время не подвержены процессам окисления.
  3. Пожалуй, самым главным показателем медного кабеля есть его более высокая степень проводимости, а значит и лучший показатель по плотности тока и мощности.

К самому главному недостатку такого кабеля можно отнести более высокую цену на него.

Показатель плотности тока для алюминиевого провода находится в диапазоне от четырёх до шести А/мм2. Поэтому его можно применять в менее ответственных сооружениях. Так же данный тип проводки активно применялся в прошлом веке при строительстве жилых домов.

Проведение расчетов сечения по току

При расчете рабочего показателя толщины кабеля, необходимо знать какой ток будет протекать по сети данного помещения. Например, в самой обычной квартире необходимо суммировать мощность всех электрических приборов, которые подключаются к сети.

В качестве примера для расчета можно привести стандартную таблицу потребляемой мощности основными бытовыми приборами, использующимися в обычной квартире.

Исходя и суммарной мощности, производится расчет тока, который будет течь по кабелям сети.

I=(P*K1)/U

В этой формуле Р означает общую мощность, измеряемую в Ваттах, К1 – коэффициент, который определяет одновременную работу всех бытовых приборов (его величина обычно равняется 0,75) и U – напряжение в домашней сети равное обычно 220 Вольтам.

Данный показатель расчета тока поможет сделать оценку нужного сечения для общей сети. При этом необходимо так же учитывать и рабочую плотность тока.

Такой расчет можно принимать как приблизительный выбор. При этом более точные показатели могут быть получены с использованием выбора из специальной таблицы ПУЭ. Такая таблица ПУЭ является элементом специальных правил устройства электрических установок.

Ниже приведен пример таблицы ПУЭ, по которой возможно производить выбор сечения.

Как видно такая таблица ПУЭ кроме зависимости сечений от показателя по току ещё предусматривает и учёт материала, из которого изготавливаются провода, а так же и его расположение. Кроме этого в таблице регламентируется количество жил и величина напряжения, которая может быть как 220, так и 380 Вольт.

Расчет по току с применением дополнительных параметров

При расчете сечения на основе тока с использованием таблицы ПУЭ можно пользоваться и дополнительными параметрами.

Например, есть возможность учитывать диаметр жилы. Поэтому при определении сечения жилы применяют специальное оборудование под названием микрометр. На основе его данных определяется толщина каждой жилы. Потом с использованием значений ранее полученных токов и специальной таблицы производится окончательный выбор величины сечения жилы провода.

Если же кабель состоит из нескольких жил, то следует произвести замер одной из них и посчитать её сечение. После этого для нахождения окончательного значения толщины, показатель, полученный для одной жилы, умножается на их количество в проводе.

Полученное таким образом с использованием расчетов и таблицы ПУЭ значение сечения кабеля позволит создать в доме или квартире проводку, которая будет служить хозяевам на протяжении довольно долгого периода времени без возникновения аварийных или внештатных ситуаций.

выбор медных и алюминиевых проводов

В процессе постройки дома в любом случае будет монтироваться проводка. В этот период нужно особенно тщательно выбирать сечение проводов и максимальную необходимую мощность, которую они могут выдерживать. Для этого учитываются приблизительные данные обо всех потребителях электричества, приборах (начиная от кухонной, бытовой техники, заканчивая электрическим отоплением). В этих целях полагаются на длительно допустимые токи кабелей ПУЭ.

Общая информация

Внутрення часть кабеля, по которой транспортируется ток, изготавливается из металла. Именно эту часть ещё называют сечением кабеля. В качестве единиц измерения используют квадратные миллиметры. В зависимости от сечения кабеля он будет способен пропускать напряжение определённой мощности. Ток, как известно, приводит к выделению тепла.

Эти температуры можно разделить на три разновидности:

  • изоляция останется целой при прохождении тока по кабелю;
  • изоляция расплавится, но внутренняя часть (металлическая) останется невредимой;
  • металл расплавится от такой температуры.

Допуск может получить кабель только в первом варианте. Если изоляция при определённом уровне тока плавится, использовать такие провода нельзя. Также стоит отметить, что с уменьшением сечения провода будет возрастать его сопротивление, в связи с этим напряжение в кабеле будет падать. Но с другой стороны, увеличение сечения приводит к большой массе самого провода и его стоимости.

Если говорить о материалах, из которых изготавливается внутренняя часть кабеля, то в основном используют медь или алюминий. Медь более качественная и дорогая в связи с тем, что у неё более высокий уровень пропускной способности тока. Медь и алюминий имеют разные характеристики и физические свойства. Это важно учитывать, поскольку при одинаковом диаметре провода материалы будут выдерживать разные нагрузки.

Расчёт по формуле

Зная необходимую формулу, даже начинающий мастер без соответствующего опыта работы сможет определить необходимое сечение кабеля. Именно это значение нужно высчитывать, поскольку существуют кабели с одной жилой, двумя и более. То есть если изделие двужильное, то нужно учитывать общую площадь сечения двух жил. Преимуществом многожильных кабелей является то, что они более стойкие, гибкие. Они не «боятся» изломов при выполнении монтажных работ. В основном производители для изготовления такого варианта используют медь.

Для определения допустимого тока для медных проводов или алюминиевых одножильного типа можно применять такую формулу: S = число пи * d 2 / 4 = 0.785 d 2 . При этом S — это площадь в квадратных миллиметрах, а d — диаметр.

Для того чтобы рассчитать допустимый ток для алюминиевых проводов или с использованием любого другого материала, применяется формула: S = 0.785 * n * d 2 . S — площадь, d — диаметр, n — число жил.

Диаметр провода можно определить с помощью микрометра или штангенциркуля, предварительно сняв изоляцию. Таким образом, можно сделать выбор сечения кабеля по току. Таблице ПУЭ такие расчёты будут отвечать.

Допустимая плотность

Плотность определить ещё проще. Для этого достаточно число ампер разделить на сечение. От этого показателя также будет зависеть очень много. В первую очередь плотность отвечает за стабильность работы электросети.

Проводку можно разделить на два типа:

  • открытую;
  • закрытую.

Характерными особенностями открытой является лучшая плотность тока за счёт большой теплоотдачи. Закрытую необходимо покупать с поправкой в меньшую сторону, поскольку это может вызвать перегрев, короткое замыкание и даже пожар.

Расчёты тепла — довольно сложный процесс. На практике исходят из максимально допустимой температуры самого слабого элемента конструкции. Таким образом, максимально допустимая плотность тока — это величина, при которой пользоваться проводкой будет безопасно. При этом стоит учитывать и максимальную температуру окружающей среды.

Плотность меди в открытой проводке составляет 5 А/мм2, а закрытой 4 А/мм2. Плотность алюминия в открытой проводке 3.5 А/мм2, а в закрытой 3 А/мм2. В основном современные провода имеют изоляцию, сделанную из ПВХ или полиэтилена. Они допускают нагрев максимум до 90 градусов.

Также стоит разобраться с определением терминов открытая и закрытая проводка. Первый вариант всегда располагается в открытом пространстве. Прикрепляется к стене хомутами, может быть скреплена с тросом или быть натянутой по воздуху от стены до стены. Закрытая может находиться в лотках, трубах, быть замурованной в стене или под штукатуркой. Закрытой будет считаться проводка, если она находится в распределительных коробах или щитках. Её минусом можно считать меньшую степень охлаждения.

Рекомендации по обустройству

Обустройство и монтаж проводки, кроме других навыков, требует умений и общего понимания проектирования. При этом, если имеются довольно хорошие навыки в электромонтаже, хорошую электросеть не сделать. Бывают случаи, когда люди путают проектирование с оформлением какой-либо разрешающей документации в государственных органах.

Самый простой проект можно составить с помощью карандаша и листка бумаги. Для начала следует нарисовать приблизительный план всего помещения. Он необязательно должен быть пропорциональный, поскольку это только образец. Дальше следует прикинуть расположение всех будущих розеток. Нужно также узнать мощность всех потребителей электричества в доме: утюги, чайники, любые другие кухонные приборы, различная бытовая техника, лампочки и тому подобное.

Затем нужно определить, в каких помещениях будет большая нагрузка на электросеть, а в каких маленькая. Как правило, самым большим потребителем электричества в доме является кухня, так как там имеется множество различной бытовой техники. Кроме этого, на кухне иногда размещают и стиральную машину, что создаёт ещё более высокую степень нагрузки. Такой план позволит выбрать оптимальное сечение кабелей для каждого помещения.

При правильных подсчётах можно существенно сэкономить деньги на сечении проводки. Подсчитав нужное сечение, необходимо сложить весь требуемый метраж и получить общую стоимость такого оборудования. Каждая комната должна иметь свою линию и автоматический выключатель. В щитке их можно так и подписать «кухня», «спальня» и так далее. Если будет перепад напряжения, то автоматический предохранитель сработает и самостоятельно выключит подачу электричества.

Кроме этого, такой подход позволяет, к примеру, чинить розетку в спальне, предварительно выключив линию, а на кухне можно заниматься обычными делами, поскольку там подача электричества будет осуществляться.

В сырых помещениях нужно использовать проводку с двойной изоляцией. Рекомендуется покупать современные розетки и выключатели, основанные на европейском стандарте безопасности с применением заземления. При этом его ещё нужно правильно подключать. Одножильные медные провода лучше сильно не сгибать (небольшой угол допустим), поскольку это может привести к излому. Закрытые провода в шахтах и каналах должны лежать ровно. Но стоит отметить, что их нельзя зажимать, а в канале они должны размещаться свободно.

Устанавливая розетки и выключатели, следует оставлять несколько лишних сантиметров для страховки. При расчёте допустимого размера кабеля этот параметр также учитывается. Монтируя кабель, нужно обратить внимание на острые углы, которые могут повредить изоляцию провода, и удалить их. Затягивать клеммы при подключении необходимо особенно тщательно. Одножильные варианты нужно затягивать два раза. Это связано с их особенностью осадки, из-за чего со временем соединения ослабляются сами по себе.

Медные и алюминиевые провода несовместимы между собой по своим химическим характеристикам, то есть соединять их между собой нельзя. Если возникла особая потребность в этом, то нужно использовать специальные соединители, оцинкованные шайбы или клемы. Место, в котором они будут состыковываться, должно быть сухим.

Согласно общепринятым правилам, фазные провода (плюс) должны быть белого или коричневого цвета. Минус (заземление) — жёлто-зелёный цвет. Соблюдение расцветки повысит безопасность электросети в несколько раз.

В проекте любой комнаты, начиная от кухни и заканчивая спальней, очень важно правильно выбрать сечение кабеля по току. ПУЭ — основные нормы, на которые следует обращать внимание. Правильный выбор оборудования обеспечит хороший уровень пожаробезопасности.

Почему разные токи в ПУЭ и ГОСТ?

Важнейшая тема при проектировании электроснабжения – выбор кабелей по расчетному току. Я уже не раз касался данной темы и многие знают мою позицию, кто-то согласен, кто-то нет, однако, сегодня мне хочется копнуть немного глубже…
А все началось с этого:

В общем, я решил проверить слова Александра Шалыгина. Кстати, должен сказать, что я очень признателен Александру за его ответы на спорные ответы по проектированию, однако, порой я с ним не согласен.
Есть у меня статья: По какому нормативному документу необходимо выбирать сечение кабеля?
В ней я недавно разместил ответ Шалыгина по выбору кабелей.

В вопросе и ответе упоминают лишь ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.52-2011, ни слова не сказано про ГОСТ 31996-2012.

ГОСТ 31996-2012 – это ведь документ, которому должна соответствовать кабельная продукция. Есть еще другие документы, но мы их не будем касаться, т.к. проверять будем на примере кабеля с ПВХ изоляцией.

Должен сказать, что ответ его был опубликован в 2017г, после того как вышел ГОСТ 31996-2012.

Основная мысль в том, что в разных документах приводятся разные значения токов из-за разных температур воздуха, земли, а также удельного сопротивления земли.

ТНПА Темп. жил Темп. воздуха Темп. земли Удельное сопротивление земли, К*м/Вт
ПУЭ +65 +25 +15 1,2
ГОСТ Р 50571.5.52-2011 +70 +30 +20 2,5
ГОСТ 31996-2012 +70 +25 +15 1,2

Первое что бросается в глаза, так это то, что в ПУЭ и ГОСТ 31996-2012 приняты одни и те же температуры воздуха, земли и удельного сопротивления земли. Следовательно, в этих документах должны быть одни и те же длительно допустимые токи.

В вопросе речь идет о кабеле АПвБШвнг 4×120. При этом ток определяют по таблице 1.3.7 ПУЭ. В ПУЭ вообще нет таблицы для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

АПвБШвнг 4×120 — кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена, с броней, пониженной пожароопасности.

Чтобы сделать наш эксперимент более чистым, заменим кабель АПвБШвнг 4×120 на АВБбШв 4×120 и посмотрим токи в  разных документах при прокладке в земле.

ТНПА Допустимый ток АВБбШв-4×120 в земле, А
ПУЭ (таблица 1.3.7) 295*0,92=271,4
ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (таблица В.52.4) 169
ГОСТ 31996-2012 (таблица 21) 244*0,93=226,92

Если у нас формулы одни и те же, то почему в ПУЭ и ГОСТ 31996-2012 представлены разные токи? Почему у нас токи не совпали до третьего знака?

271,4-226,92=44,48А – а это около 16%.

Поскольку в ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.52-2011 токи приведены для разных условий, то давайте попытаемся привести токи к одним и тем же условиям.

1 Посчитаем допустимый ток кабеля АВБбШв-4×120 при прокладке в земле при температуре земли +15 градусах и удельном сопротивлении 1,2 К*м/Вт по ГОСТ Р 50571.5.52-2011.

Согласно таблице В.52.16 методом интерполяции определим поправочный коэффициент для удельного сопротивления 1,2 К*м/Вт:

Удельного сопротивления 1,2 К*м/Вт

169*1,412=238,6А – ток с учетом удельного сопротивления земли 1,2 К*м/Вт.

Однако, температуру земли мы должны принять +15 градусов. Согласно таблице В.52.15 – поправочный коэффициент 1,05. Единственный нюанс в том, что  этот коэффициент для прокладки кабелей в трубах в земле. На мой взгляд, при прокладке непосредственно в земле мы должны принимать этот же коэффициент.

238,6*1,05=250,5А – ток с учетом температуры земли +15 градусов.

271,4-250,5=20,9А – а это около 8%.

2 Посчитаем допустимый ток кабеля АВБбШв-4×120 при прокладке в земле при температуре земли +20 градусах и удельном сопротивлении 2,5 К*м/Вт по ПУЭ.
Согласно таблице 1.3.23 методом интерполяции определим поправочный коэффициент:

Удельном сопротивлении 2,5 К*м/Вт

271,4*0,81=219,8А – ток с учетом удельного сопротивления земли 2,5 К*м/Вт.

Согласно таблице 1.3.3 – поправочный коэффициент 0,95 при температуре земли +20 градусов.

219,8А*0,95=208,8А – ток с учетом температуры земли +20 градусов.

208,8-169=39,8А – а это около 19%.

Что я этим хотел показать?

Если привести все документы к одним условиям, то в ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.52-2011 представлены более высокие допустимые токи для кабелей и отличаются от ГОСТ 31996-2012, тем самым можно манипулировать разными документами при обосновании сечения кабеля.

На практике редко обращают внимание на температуру воздуха, земли, а также на удельное сопротивление земли. Возможно, где-то на севере либо в жарких тропиках к этому нужно относиться серьезнее.

Я вам категорически не советую использовать ПУЭ при выборе сечения кабеля, особенно при прокладке кабелей в земле.

Если кабели выбирать по ГОСТ Р 50571.5.52-2011, то сети у нас получаются более защищенными. Зачастую у нас не известны значения удельного сопротивления земли, поэтому можно воспользоваться рекомендациями Шалыгина.

В идеале нужно знать удельное сопротивления земли, чтобы правильно выбрать кабель, если речь идет о прокладке кабелей в земле. При этом вы должны понимать, что не так просто увеличить сечение кабеля. Для проектировщика это просто цифра, а для заказчика  — деньги, с которыми он не очень торопится расставаться.

Практически всегда я выбираю кабели по ГОСТ 31996-2012, тем более что в РБ ГОСТ Р 50571.5.52-2011 не действует =)

Нормативные документы для определения допустимого тока кабелей:

1 Правила устройства электроустановок.

2 ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки).

3 ГОСТ 31996-2012 (Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66, 1 и 3кВ).

P.S. Надеюсь ничего не напутал =)

Письмо от 21.07.2014 № 10-00-12/1188 (РОСТЕХНАДЗОР)

О внесении изменений в Правила устройства электроустановок

Выбор того, каким документом руководствоваться (ГОСТ или ПУЭ) зависит от конкретной ситуации.
Одновременно сообщаем, что необходимость применения вышеуказанных документов в конкретных условиях определяется проектировщиком, который несет ответственность за ненадлежащее составление технической документации, включая недостатки в ходе строительства, а также в процессе эксплуатации объекта (ст. 761 Гражданского кодекса).

Советую почитать:

Вы можете пролистать до конца и оставить комментарий. Уведомления сейчас отключены.

ПУЭ Раздел 1 => Допустимые длительные токи для проводов, шнуров и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией . Таблица 1.3.4….

 

ДОПУСТИМЫЕ ДЛИТЕЛЬНЫЕ ТОКИ ДЛЯ ПРОВОДОВ, ШНУРОВ И КАБЕЛЕЙ С РЕЗИНОВОЙ ИЛИ ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

 

1.3.10. Допустимые длительные токи для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией, шнуров с резиновой изоляцией и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках приведены в табл. 1.3.4-1.3.11. Они приняты для температур: жил +65, окружающего воздуха +25 и земли + 15°С.

При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе (или жил многожильного проводника), нулевой рабочий проводник четырехпроводной системы трехфазного тока, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчет не принимаются.

Данные, содержащиеся в табл. 1.3.4 и 1.3.5, следует применять независимо от количества труб и места их прокладки (в воздухе, перекрытиях, фундаментах).

Допустимые длительные токи для проводов и кабелей, проложенных в коробах, а также в лотках пучками, должны приниматься: для проводов — по табл. 1.3.4 и 1.3.5 как для проводов, проложенных в трубах, для кабелей — по табл. 1.3.6-1.3.8 как для кабелей, проложенных в воздухе. При количестве одновременно нагруженных проводов более четырех, проложенных в трубах, коробах, а также в лотках пучками, токи для проводов должны приниматься по табл. 1.3.4 и 1.3.5 как для проводов, проложенных открыто (в воздухе), с введением снижающих коэффициентов 0,68 для 5 и 6; 0,63 для 7-9 и 0,6 для 10-12 проводников.

Для проводов вторичных цепей снижающие коэффициенты не вводятся.

 

Таблица 1.3.4. Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами

 

Сечение

Ток, А, для проводов, проложенных

токопроводящей

открыто

в одной трубе

жилы, мм2

 

двух одно-жильных

трех одно-жильных

четырех одно-жильных

одного двух-жильного

одного трех-жильного

0,5

11

0,75

15

1

17

16

15

14

15

14

1,2

20

18

16

15

16

14,5

1,5

23

19

17

16

18

15

2

26

24

22

20

23

19

2,5

30

27

25

25

25

21

3

34

32

28

26

28

24

4

41

38

35

30

32

27

5

46

42

39

34

37

31

6

50

46

42

40

40

34

8

62

54

51

46

48

43

10

80

70

60

50

55

50

16

100

85

80

75

80

70

25

140

115

100

90

100

85

35

170

135

125

115

125

100

50

215

185

170

150

160

135

70

270

225

210

185

195

175

95

330

275

255

225

245

215

120

385

315

290

260

295

250

150

440

360

330

185

510

240

605

300

695

400

830

что это такое, особенности, как выбирается

Определение.

Допустимый длительный ток (continuous current-carrying capacity ampacity) (Iz) — это максимальное значение электрического тока, который проводник, устройство или аппарат способен проводить в продолжительном режиме без превышения его установившейся температуры определенного значения (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013) [1].

Данный термин в некоторой нормативной документации некорректно называют «допустимой токовой нагрузкой проводника», «токопроводящей способностью проводника» или «номинальным током проводника». По сути эти 3 термина тождественны между собой, но корректно использовать именно термин «допустимый длительный ток проводника», так как он получил более широкое распространение.

Особенности.

Харечко Ю.В., проведя всесторонний анализ нормативной документации заключил следующее [2]:

« В национальной нормативной документации термин «допустимый длительный ток», как правило, используют в качестве характеристики проводников, посредством которой устанавливают максимальный электрический ток, который проводник способен проводить в продолжительном режиме (неделями, месяцами, годами), не перегреваясь при этом. Допустимый длительный ток проводника фактически является его номинальным током. »

« Сечение проводников, используемых в электроустановках зданий, всегда выбирают с учетом электрических токов, которые могут по ним протекать при нормальных условиях. Электрический ток, протекающий по любому проводнику, не должен превышать его допустимый длительный ток. При соблюдении этого условия установившаяся температура проводника не будет превышать предельно допустимую температуру, заданную нормативными документами. »

« В противном случае, если электрический ток, протекающий в проводнике, превышает его допустимый длительный ток, проводник будет перегреваться. Его изоляция будет подвержена ускоренному старению. При очень больших электрических токах проводник, разогретый до нескольких сотен градусов, может стать причиной пожара. Для исключения перегрева проводников в электроустановках зданий применяют специальную защиту, именуемую защитой от сверхтока, с помощью которой сокращают до безопасного значения продолжительность протекания по проводникам электрических токов, превышающих их допустимые длительные токи. »

В разделе 523 «Допустимые токовые нагрузки»1 ГОСТ Р 50571.5.52-2011, который цитируется дальше, в частности, указано, что «В качестве допустимой токовой нагрузки для заданного периода времени при нормальных условиях эксплуатации принимается нагрузка, при которой достигается допустимая температура изоляции. Данные для разных типов изоляции приведены в таблице 52.1. Значение тока должно быть выбрано в соответствии с 523.2 или определено в соответствии с 523.3».

Примечание 1:

« В ГОСТ Р 50571.5.52-2011 вместо словосочетания «допустимая токовая нагрузка» следовало использовать термин «допустимый длительный ток проводника». Поэтому раздел 523 должен быть назван иначе: «Допустимые длительные токи». »

Первое требование в стандарте МЭК 60364‑5‑52 сформулировано иначе: «Ток, проводимый любым проводником для длительного периода при нормальном оперировании, должен быть таким, чтобы не была превышена предельная температура изоляции.»

То есть в требованиях международного стандарта упомянут ток, протекающий по проводнику, измеряемый в амперах, а не нагрузка на проводник, которую измеряют в киловаттах.

В таблице 52.1 ГОСТ Р 50571.5.52-2011 приведены максимально допустимые температуры, которые могут иметь проводники с разной изоляцией.

Извлечения из таблицы 52.1 «Максимальные рабочие температуры для типов изоляции» ГОСТ Р 50571.5.52-2011:

Тип изоляцииМаксимальная температура, °С
Термопласт (PVC1)70 проводника
Реактопласт (XLPE2 или резина EPR3)90 проводника
Минеральная (оболочка термопласт (PVC), или голая4, доступная прикосновению)70 оболочки
Минеральная (голая, не доступная прикосновению и не в контакте с горючими веществами)105 оболочки

Пояснения к таблице:

1) PVC – поливинилхлорид (ПВХ).
2) Cross-linked polyethylene – сшитый полиэтилен.
3) Ethylene-propylene rubber – этиленпропиленовая резина.
4) В стандарте МЭК 60364-5-52 указано иначе: Минеральная без оболочки.

Как выбирается допустимый длительный ток проводника?

Для изолированных проводников и кабелей без брони требования п. 523.2 ГОСТ Р 50571.5.52-2011 предписывают выбирать допустимые длительные токи проводников по таблицам приложения В:

  • в таблице В.52.2 которого приведены допустимые длительные токи проводников при разных вариантах монтажа электропроводки, имеющей два нагруженных медных или алюминиевых проводника с изоляций из поливинилхлорида;
  • в таблице В.52.4 – три нагруженных проводника.
  • В таблицах В.52.3 и В.52.5 приложения В указаны допустимые длительные токи проводников соответственно для двух и трех нагруженных медных и алюминиевых проводников с изоляцией из сшитого полиэтилена и этиленпропиленовой резины.

В приложении В имеются также другие таблицы.

Харечко Ю.В. при этом дополняет [2]:

« При этом два нагруженных проводника могут быть в составе двухпроводной электрической цепи переменного тока, выполненной фазным и нейтральным проводниками или двумя фазными проводниками, а также двухпроводной электрической цепи постоянного тока, выполненной полюсным и средним проводниками или двумя полюсными проводниками. Три нагруженных проводника могут быть в трех- или четырехпроводной электрической цепи переменного тока, выполненной соответственно тремя фазными проводниками или тремя фазными и нейтральным проводниками. В последнем случае током, протекающим по нейтральному проводнику, пренебрегают. »

Пункт 523.3 ГОСТ Р 50571.5.52-2011 предусматривает следующие альтернативные способы определения значений допустимых длительных токов проводников: или в соответствии с требованиями комплекса МЭК 60287 «Электрические кабели. Вычисление номинального тока», в состав которого входит 8 стандартов, или в результате испытаний, или вычислением по методике, утвержденной в установленном порядке. Причем там, где это необходимо, должно быть уделено внимание характеристике нагрузки проложенных в земле кабелей с учетом теплового сопротивления почвы.

Список использованной литературы

  1. ГОСТ 30331.1-2013
  2. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 4// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2015. – № 6. – 160.
  3. ГОСТ Р 50571.5.52-2011

Длительно допустимый ток кабеля | У электрика.ру

Длительно-допустимый ток кабеля обозначает параметры токов, при которых наблюдается пиковый подъем температуры до своего максимума. На изменении данной характеристики больше всего влияет эксплуатационный режим, сечение токопроводника и наружные условия в плане влажности и температуры. Эти колебания происходят под воздействием данных факторов.
Содержание:

Причины нагрева кабеля

Для любой сети, проектируемой для бытового использования или на крупном промышленном объекте, обязательно потребуется грамотно рассчитать сечение кабельно-проводниковых элементов. Корректно выполнить данную работу поможет знание причин изменения температуры в проводниках.

Физическая природа такого явления, как электрический ток, заключается в четко направленном перемещении заряженных частиц, происходящем под влиянием электрополя. В рабочем процессе электроны вынуждены преодолевать существующие в кристаллической решетке внутренние связи на молекулярном уровне. Из-за этого наблюдается образование значительного количества тепловой энергии.

Как и у любого другого явления, есть как негативные, так и положительные аспекты подобного свойства. В различных устройствах, к примеру, утюгах, чайниках, печах, такой эффект положен в основу конструкции. А вот минусом становится угроза разрушения изоляции, что грозит поломкой и даже воспламенением техники. Каждая такая ситуация – это превышение установленного лимита длительной токовой нагрузкой.

К чрезмерному перегреву приводит:

  • небрежный выбор параметров сечения. Перед подключением кабеля к прибору нужно убедиться в наличии запаса мощности кабеля порядка 30-40% к номинальному рабочему значению потребления;
  • плохое качество контактов обязательно послужит причиной нагрева и может закончиться возгоранием. Устранить опасность нередко можно своевременной профилактикой в виде подтягивания в местах соединения;

Получить корректные данные требуемого сечения можно делением суммы номинальных мощностей потребителей  энергии на показатель напряжения. После этого не составит труда определиться с сечением, используя таблицы.

Расчет длительно допустимого тока кабеля

Избежать слишком большого повышения температуры можно только при грамотном выборе кабеля. Нужный рабочий режим обеспечивает оптимальное сечение проводника.

Для выполнения данного условия особую важность имеют два критерия – потеря в пределах нормы напряжения и допускаемая величина нагревания. Первый параметр сказывается на состоянии воздушных коммуникаций, а второй – на магистралях под землей.

Важно учитывать, сила тока Ip была сопоставима с аналогичной величиной по нагреву Iд. Таким образом обеспечивается соответствие конкретного показателя температуры проводника, протекающему в нем определенное время, любому току. Последний параметр представляет собой рассматриваемую нами величину.

В ходе расчета длительно допустимого тока кабеля принимается во внимание наибольшая положительная температура наружной среды. Базовое значение характеристики последнего значения в таблицах ПУЭ для установок в помещениях и на улице берется в пределах 250°С, и для подземной прокладки не менее 70-80 см – 150 градусов.

Важный нюанс – намного быстрее и проще воспользоваться таблицами допустимых значений, чем формулами. Подобный метод будет оптимальным при потребности уточнить приспособленность кабеля к воздействию на участке цепи номинальной нагрузки.

Условия теплоотдачи

Данный процесс протекает с максимальной эффективностью при находящемся во влажной среде кабеле. На параметры большое влияние имеют структура почвы и содержание в ней влаги.

Наиболее корректные результаты получаются при точном определении состава грунта с уточнением его показателей сопротивления при помощи специальных таблиц. При необходимости уменьшить теплоотдачу делается изменение структуры засыпки и ее трамбовка. К примеру, глина обладает большей теплопроводностью, чем гравий и песок. Из этого следует, что вместо камней и шлака гораздо целесообразнее воспользоваться суглинком и похожим материалами.

Минимальные значение токовых нагрузок применяются в ситуациях с расположением проводников в кабель-каналах и других вариантах воздушных линий. Оптимальным методом для нормальной эксплуатации будет расчет для работы и обычном длительном режиме, и в аварийном. Кабеля ПВХ могут выдержать короткое замыкание с допустимой температурой в 1200°С, а с бумажным слоем изоляции – до 2000 градусов.

Существует обратная пропорциональная зависимость между температурным сопротивлением проводника и показателями теплоемкости наружной среды. При этом есть разница в условиях охлаждения изолированных и не имеющих оболочки проводов.

Во время расчета важно предусмотреть снижение длительности токовой нагрузки в каждой линии при нахождении в общей траншее сразу нескольких кабелей.

Длительно допустимый ток по ПУЭ

Особая система правил разработана для обеспечения безопасности в ходе всех мероприятий, касающихся электроэнергии. Последнее 7-е издание ПУЭ предусматривает регламент всех рабочих процессов, условия монтажа, профилактического обслуживания, ремонта и обеспечения безопасности персонала. Подробно описаны требования по допустимому длительному току для множества вариантов с разным сечением, используемым металлом, видом кабеля, способом укладки.

Все документы по безопасности находятся в 3-ей главе в разделе№1. Здесь рассмотрены все значения допустимого тока в таблицах 3. 1. 7. 4 – 3. 1. 7. 11.

Более наглядно можно понять все нюансы нормативов ПУЭ при построении стандартной таблицы с выполнением выделения подсетей и вычислением для них по отдельности наибольшего значения тока и мощности.

Таблица длительно допустимых токов для кабелей

Всегда следует помнить о порядке значимости определенных критериев при определении параметров сечения. Обычно следует определяться в такой последовательности:

  1. Основные технические характеристики и тип линии.
  2. Номинальная мощность рабочей нагрузки.
  3. Особенности тока.
  4. Планируемые к установке аппараты защиты.
  5. Подбор с учетом вышеуказанных факторов проводки.

Есть таблица, где указаны длительно допустимые токи для медных кабелей в изделиях с изоляционным слоем ПВХ, а также с другими видами покрытия.

На практике нередко отдается предпочтение алюминию, как более дешевому варианту монтажа. Для подобных случаев производится свой расчет, который определяет допустимый длительный ток для алюминиевого кабеля с необходимым уровнем параметров точности.

Вся изложенная в ПУЭ информация стала основой для составления таблиц для с множеством различных вариантов подбора нужных токопроводников, используемых для видео- и звуковых устройств, образцов с повышенной устойчивостью к возгораниям, кабелей речевого оповещения, стационарных линий на бытовых и промышленных объектах.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Допустимый Ток для Медных Шин

Расчет сечения медной шины по длительно допустимым токам нужно проводить в соответствии с главой 1.3 «Правил устройства электроустановок» выпущенных Министерством Энергетики СССР в 1987 году. То есть те самые ПУЭ 1.3.24, знакомые всем электрикам « При выборе шин больших сечений необходимо выбирать наиболее экономичные по условиям пропускной способности конструктивные решения, обеспечивающие наименьшие добавочные потери от поверхностного эффекта и эффекта близости и наилучшие условия охлаждения (уменьшение количества полос в пакете, рациональная конструкция пакета, применение профильных шин и т. п.).». На основании их выбираются допустимые длительные токи для неизолированных проводов и шин. Кроме того, часто в среде электротехники можно услышать, что это пропускная способность по току медной полосы. Предельно допустимые длительные токи для медных шин прямоугольного сечения ПУЭ 1.3.31 для постоянного и переменного тока при подключении 1 полосы на фазу собраны в нижеследующей таблице токов медных шин:

Пропускная способность медной шины

Сечение шины, ммПостоянный ток, АПеременный ток, А
Допустимый ток шина медная 15×3210210
Допустимый ток шина медная 20×3275275
Допустимый ток шина медная 25×3340340
Допустимый ток шина медная 30×4475475
Допустимый ток шина медная 40×4625625
Допустимый ток шина медная 40×5705700
Допустимый ток шина медная 50×5870860
Допустимый ток шина медная 50×6960955
Допустимый ток шина медная 60×611451125
Допустимый ток шина медная 60×813451320
Допустимый ток шина медная 60×1015251475
Допустимый ток шина медная 80×615101480
Допустимый ток шина медная 80×817551690
Допустимый ток шина медная 80×1019901900
Допустимый ток шина медная 100×618751810
Допустимый ток шина медная 100×821802080
Допустимый ток шина медная 100×1024702310
Допустимый ток шина медная 120×826002400
Допустимый ток шина медная 120×1029502650

Купить электротехнические медные и алюминиевые шины можно в нашей компании со склада и под заказ:

Расчет теоретического веса электротехнических шин:

Что такое ПУЭ? (Эффективность энергопотребления)

Компании сегодня сталкиваются с проблемами, которые на первый взгляд могут показаться противоречивыми. Эти современные противоречия включают в себя обеспечение развития их информационных систем и снижение их воздействия на окружающую среду. Однако разрабатываются решения, которые позволят им достичь обеих этих целей, включая технические показатели, помогающие компаниям поддерживать устойчивое развитие без ущерба для эффективности и производительности ИТ.Наиболее символичным из этих показателей является PUE (эффективность использования энергии), который отражает энергоэффективность центра обработки данных.

Начальная точка

Центры обработки данных — это места, в которых размещено ИТ (информационные технологии) и телекоммуникационное оборудование компании. Инфраструктуры центров обработки данных содержат большое количество серверов и потребляют огромное количество электроэнергии, что заставляет их производить много тепла. Чтобы ограниченное пространство центра обработки данных не перегревалось, необходима эффективная система охлаждения.

Зачем столько серверов в одном месте?

Наличие большого количества серверов в одном пространстве в конечном итоге приводит к проблемам с перегревом в компьютерных залах.

Задача состоит в том, чтобы обеспечить прохладу в комнатах… но зачем серверы вообще должны храниться вместе? Проще говоря, это потому, что центры обработки данных предлагают решения и преимущества для компаний с точки зрения затрат и развития.

  • Компании иногда имеют сотни ИТ-устройств, которым требуется электричество, и у них не всегда есть нужный тип источника питания на месте, т.е.е. бесперебойный, безопасный источник питания для работы своих серверов.
  • ИТ-оборудование полезно только в том случае, если оно имеет высокоскоростное подключение к крупным телекоммуникационным сетям, которые в основном поставляются в центры обработки данных, а не на сайты компаний.
  • Кроме того, эти устройства должны находиться близко друг к другу для оптимальной работы, особенно когда серверу хранения необходимо «разговаривать» с сервером вычислений. Если физическое расстояние между двумя устройствами слишком велико, это может повлиять на их вычислительную мощность.Вот почему не всегда возможно разнести компьютерную сеть компании по удаленным узлам.
  • Наконец, центры обработки данных — это места с высоким уровнем безопасности, в которых хранятся конфиденциальные данные, которые необходимо защищать. С этой точки зрения всегда легче обеспечить безопасность небольшого пространства, чем большого.

Поскольку центры обработки данных по своей природе являются местами, где компьютерное оборудование должно быть сосредоточено вместе, они сталкиваются с проблемой рассеивания тепла, но в конечном итоге являются лучшим решением для размещения данных.

Так что же такое ПУЭ?

PUE (Эффективность использования энергии) — это показатель для измерения энергоэффективности центра обработки данных. Другими словами, PUE оценивает энергетическую эффективность центра обработки данных, вычисляя соотношение энергии, используемой в целом, по сравнению с энергией, используемой только ИТ-оборудованием.

PUE варьируется в зависимости от центра обработки данных, его конструкции и заполняемости, а также других критериев, включая температуру наружного воздуха.

При всем тепле, выделяемом центром обработки данных, легко понять, что PUE центра обработки данных в значительной степени зависит от энергии, затрачиваемой на охлаждение компьютерных залов.Эта цифра также включает, в меньшей степени, энергоснабжение, освещение, надзор и безопасность.

Понимание порядков величины PUE

Трудно понять, сколько энергии необходимо для охлаждения ИТ-инфраструктуры. Например, компьютерный зал площадью 1000 кв. м в центре обработки данных может легко потреблять 2 МВт.

Сегодня многие ЦОД имеют PUE 1,7, что означает, что 1,4 МВт энергии используется для охлаждения центра обработки данных, а также для всего остального. Несмотря на общую тенденцию к снижению PUE, количество энергии, используемой для охлаждения, по-прежнему остается значительным и вносит основной вклад в цифровое загрязнение.

Чтобы справиться с этой задачей, DATA4 уделяет особое внимание своему воздействию на окружающую среду. Дизайн каждого нового центра обработки данных оптимизируется с целью достижения сегодня теоретического PUE 1,22. Цель состоит в том, чтобы снизить общее потребление почти на 1 МВт и, таким образом, предоставить чрезвычайно конкурентоспособное энергоэффективное решение.

Как уменьшить PUE

Уменьшение PUE центра обработки данных является серьезной задачей как для снижения затрат, так и для уменьшения воздействия компаний на окружающую среду.Для снижения PUE доступно несколько решений, каждое из которых в большей или меньшей степени эффективно и осуществимо:

  • Позволяет серверным комнатам работать при более высокой температуре (к счастью, современные серверы все чаще это позволяют).
  • Уменьшение плотности и, следовательно, потребления энергии на квадратный метр: это решение помогает рассеивать тепло, но противоречит существующей практике, которая требует постоянно увеличивающейся плотности для работы с очень плотным оборудованием.
  • Улучшение потока холодного воздуха в компьютерных залах: это можно сделать, например, с помощью защитных решений.
  • Оптимизация производства холодного воздуха: есть несколько способов сделать это, включая комбинированное использование наружного воздуха и теплообменников. Это решение охлаждает циркулирующий воздух за счет более низкой наружной температуры.
  • Размещение центров обработки данных в Арктике или под водой: хотя это решение кажется очень эффективным, легко представить недостатки таких типов установок.

Компания DATA4 является экспертом в решении этой проблемы и использует передовые технологии с использованием искусственного интеллекта для управления инфраструктурой электропитания и охлаждения.Цель состоит в том, чтобы в краткосрочной перспективе снизить PUE до 1,22, а в будущем, возможно, еще меньше.

Обоснование кривой расчетной эффективности использования мощности (PUE)

Дата центр

Чем старше я становлюсь, тем легче впадаю в отчаяние.Это нехорошие новости, так как я не хочу превращаться в сварливого(е) старика(е). Недавнее раздражение вызывает количество вопросов, которые мне нужно задать, чтобы по-настоящему понять PUE (эффективность использования энергии) центра обработки данных. Вот сценарий: у недавно введенного в эксплуатацию центра обработки данных есть пресс-релиз, который гласит что-то вроде: «ЦОД достигает беспрецедентного PUE 1,15!» Это отличный PUE, который достижим, но потенциально обманчив. Это PUE при полной нагрузке? Это снимок или в годовом исчислении? Какова текущая нагрузка (и PUE) ЦОД сегодня? Каков план роста центра обработки данных? Насколько надежен план роста? PUE был опубликован The Green Grid [1] в 2007 году как показатель для измерения эффективности инфраструктуры центра обработки данных.С тех пор он был принят во всем мире в качестве основного показателя. PUE может быть мгновенным снимком, его можно привести к годовому исчислению, его обычно измеряют, но его также можно предсказать. Если бы проектировщики опубликовали новую кривую PUE проектирования центра обработки данных, владельцы, операторы и проектировщики стали бы создавать более эффективные конструкции для всего диапазона нагрузок, и мои дополнительные вопросы были бы излишними!

Эта проблема аналогична проблеме ИБП десятилетней давности. Показатели эффективности ИБП были опубликованы только при полной нагрузке.Может быть, 50% загрузки, если вам повезет. К сожалению, были скрыты низкие показатели эффективности при низких уровнях нагрузки. Эти малонагруженные центры обработки данных в конфигурациях 2N страдают от эффективности ИБП до 60%. Но все стало лучше. Большинство производителей публикуют кривые эффективности ИБП при полном спектре нагрузки. Агентство по охране окружающей среды приняло рейтинг энергоэффективности ИБП, учитывающий эффективность по всему профилю. Эта прозрачность привела к великим вещам. Проектировщики центров обработки данных могут лучше проектировать ИБП в общую эффективную архитектуру; Производители ИБП улучшили свою продукцию, чтобы лучше конкурировать, а конечные пользователи получили улучшенную и эффективную ИБП/электрическую систему.

Нужно взять это добро и применить к дата-центру в целом. Представьте, если бы все центры обработки данных были указаны с помощью расчетной кривой PUE? Проекты станут более модульными. Будут использоваться компоненты с очень плоскими кривыми эффективности. Конечные пользователи могут ожидать отличной эффективности с самого начала, что снижает некоторое давление на их операционные расходы в очень редких случаях, когда их план роста не соответствует бизнес-плану J. Измеренные значения PUE можно сравнить с расчетной кривой PUE, которая приведет к постоянное совершенствование дизайна центра обработки данных.

Идея не нова! В 2006 году Нил Расмуссен опубликовал «Белую книгу» 143 [2] , в которой описаны модели роста центров обработки данных и преимущества модульности. Документ был сосредоточен на преимуществах капиталовложений и снижения рисков, но позже был обновлен до
, отражающих преимущества PUE. Это также сформулировано в Инструменте компромисса планирования центра обработки данных [3] . Скотт Ноутбум из Yahoo выступал именно за это на конференции AFCOM Data Center World в 2011 году [4] . Сейчас 2016 год, и я пишу об этом, потому что я в шоке, что это не стало стандартной практикой за последние 10 лет.

Владельцы и операторы дата-центров — решать вам!! Для вашей следующей сборки или расширения потребуйте публикации кривой Design PUE! Если это приживется, возможно, мы сможем добавить новый акроним в наш словарь «DPC», который на самом деле является аббревиатурой внутри аббревиатуры, что сделает его еще лучше!

 

Источники:

[1] Зеленая сеть: https://www.thegreengrid.org/

[2] Технический документ Schneider Electric 143: Проекты ЦОД: Планирование роста.

[3] https://www.apc.com/tool/?tt=8

[4] https://www.datacenterknowledge.com/archives/2011/03/30/pue-time-to-start-grading-on-the-curve/

Теги: центр обработки данных, Проектирование центра обработки данных, расчетная кривая, InnovationAtEveryLevel, эффективность использования энергии, PUE, кривая PUE

Действительно ли PUE увеличивается?

Один из наиболее интригующих результатов глобального опроса центров обработки данных, проведенного Uptime Institute в 2019 году, касался энергоэффективности.В течение многих лет центры обработки данных становились все более эффективными, а рейтинги эффективности использования энергии (PUE) в отрасли (очевидно) падали. Крупные операторы, такие как гипермасштабируемые облачные компании и крупные колористики, регулярно заявляют о годовых или расчетных показателях PUE в диапазоне от 1,1 до 1,4. Это история успеха в отрасли — ответ как на более высокие цены на электроэнергию, так и на опасения по поводу выбросов углекислого газа.

Uptime Institute отслеживает средние значения PUE по отрасли с интервалами в течение 12 лет (см. рисунок ниже).И в этом году впервые не было зафиксировано никаких улучшений. На самом деле энергоэффективность немного ухудшилась: со среднего PUE 1,58 в 2018 году до 1,67 в 2019 году (чем ниже, тем лучше). Может ли это быть правдой, и если да, то как мы это объясним?

Улучшение PUE остановилось?

Первый вопрос: «Хорошие ли данные?» Наши респонденты информированы (персонал по эксплуатации центров обработки данных и руководство ИТ со всего мира), и размер нашей выборки по этой теме был достаточно большим (624) — те, кто не знал ответа, были исключены из выборки.И хотя может быть погрешность, мы уже можем видеть, что из года в год улучшения выравниваются. По крайней мере, мы можем заключить, что энергоэффективность перестала улучшаться.

Число также реалистично. Мы знаем, что большинство операторов не могут конкурировать с точно настроенными, агрессивно эффективными гипермасштабируемыми центрами обработки данных по энергоэффективности, равно как и с более новыми высокоэффективными площадками для колокейшн. Как мы уже говорили, в этих секторах часто заявляются значения PUE от 1,1 до 1,4.

Какие у нас есть объяснения? Это предположение, но мы думаем, что несколько факторов могли вызвать небольшую и, вероятно, временную остановку улучшения PUE. Например, более высокие и экстремальные температуры, наблюдавшиеся в прошлом году во многих частях мира, где расположены центры обработки данных, могут объяснить более широкое использование охлаждения и, следовательно, более высокие значения PUE. Еще один фактор заключается в том, что загрузка во многих центрах обработки данных — хотя, конечно, не во всех — снизилась, поскольку определенные рабочие нагрузки были перемещены в общедоступные облачные службы.Это означает, что больше центров обработки данных могут работать ниже оптимальной проектной эффективности или они могут неэффективно охлаждаться из-за неправильного расположения серверов. Другая возможная причина заключается в том, что больше операторов имеют стойки с более высокой плотностью размещения (об этом мы знаем из отдельных данных). Это может подтолкнуть системы охлаждения к более интенсивной работе или переключению с естественного охлаждения на механические режимы.

Безусловно, выравниванию цифр за 12 лет есть объяснение. Наиболее резкое повышение энергоэффективности было достигнуто в период с 2007 по 2013 год, часто за счет принятия таких мер, как разделение горячего и холодного воздуха, повышение температуры или усиление контроля над охлаждением, вентиляторами и распределением энергии.Широкое внедрение естественного воздушного охлаждения (прямого и непрямого) в новых конструкциях также помогло снизить общий уровень энергопотребления. Но очевидно, что в основном были предприняты самые легкие шаги.

Несмотря на это, мы все еще находим эти результаты немного загадочными. Меньшие центры обработки данных, как правило, имеют гораздо более высокие PUE, и мы знаем, что в отрасли существует тенденция к консолидации, поэтому многие из них закрываются. И у большинства коло, процветающего сектора, PUE ниже 1,5. Наконец, конечно же, добавление новых центров обработки данных, которые, как правило, имеют более низкие значения PUE.Эти факторы в сочетании с общим улучшением технологий и знаний означают, что PUE все еще должны сокращаться.

Одно мы знаем и должны подчеркнуть: среднее значение PUE на центр обработки данных не равно общему значению PUE на кВт ИТ-нагрузки. Это, несомненно, идет вниз, хотя это труднее отследить. Наши данные, как и все остальные, показывают быстрый рост доли рабочих нагрузок в общедоступном облаке — и там PUE очень низкие. Точно так же больше работы в больших цветах.

Но было бы также ошибкой думать, что это решение. Большинство критически важных корпоративных ИТ в настоящее время не размещаются в общедоступном облаке, и энергоэффективность предприятия остается важной.

И последнее замечание: PUE — не единственный и даже не самый важный показатель для отслеживания энергоэффективности. Операторы центров обработки данных должны всегда отслеживать и понимать общее энергопотребление своих центров обработки данных с целью повышения энергоэффективности как ИТ, так и оборудования.

————————————————————————————————————————————— —

Полный отчет Глобального опроса центров обработки данных Uptime Institute за 2019 год доступен участникам сети Uptime Institute здесь.Наш предстоящий вебинар (29 мая 2019 г., 12:00 по восточноевропейскому времени), на котором обсуждаются результаты опроса, открыт для широкой публики.

Консультации — инженер-специалист | Уменьшите PUE, чтобы разблокировать емкость в центрах обработки данных

Цели обучения

  • Определение эффективности использования энергии, ее происхождения и текущих тенденций в отрасли.
  • Узнайте об ИТ-мощностях, неиспользуемых мощностях, мощности оборудования и мощности ИТ-оборудования.
  • Поймите, как создавать новые источники доходов за счет снижения PUE и повышения рентабельности инвестиций за счет улучшения PUE.

Эффективность энергопотребления уже давно используется в качестве критерия эффективности центра обработки данных, но редко рассматривается как инструмент, позволяющий разблокировать застрявший потенциал информационных технологий и создать новый источник дохода. Эта новая мощность требует мало времени для создания и требует минимальных капитальных вложений. Окупаемость инвестиций составляет менее шести месяцев, и это может помочь корпорациям отсрочить капитальные затраты, необходимые для наращивания мощностей.

PUE — это показатель, который описывает, насколько эффективно компьютерный центр обработки данных использует энергию.Это отношение общего количества энергии, используемой центром обработки данных, к энергии, подаваемой на вычислительное оборудование. Первоначально он был разработан Green Grid и был быстро принят многими игроками центров обработки данных. PUE был опубликован в 2016 году как глобальный стандарт в соответствии с ISO/IEC 30134-2:2016.

Снижение PUE не только снижает эксплуатационные расходы на счета за коммунальные услуги, но также позволяет снизить стоимость строительства (капитальные затраты), тем самым повышая рентабельность инвестиций для инвесторов. В существующих центрах обработки данных он может раскрыть новый потенциал дохода, используя существующую механическую, электрическую и водопроводную инфраструктуру.Большинство анализов более низкого PUE учитывают только экономию средств за счет снижения энергопотребления. Когда включается новый потенциальный доход, который может привести к гораздо более высокой прибыли для владельцев и операторов.

Uptime Institut ежегодно проводит исследование среднего значения PUE для игроков центров обработки данных по всему миру. В 2018 году средний показатель PUE составил 1,6 в 713 участвующих центрах обработки данных, разбросанных по всему миру, при этом большинство участников находятся в США и Европе. Исследования и опросы Uptime Institut показали, что PUE постоянно снижался в течение последних 10 лет с максимума 2.5 в 2007 г. до 1,6 в 2018 г.  

Компания Google активно использует PUE в качестве показателя для поддержания низкого уровня энергопотребления в собственном центре обработки данных. Его портфель центров обработки данных имеет один из самых низких показателей PUE в мире. В четвертом квартале 2018 года компания сообщила о последнем 12-месячном PUE, равном 1,11, для своего парка из 15 центров обработки данных по всему миру. Компания тщательно определяет ИТ-нагрузку только как вычислительную мощность; потери центра обработки данных включают мощность, используемую механическим оборудованием, тепло, отводимое электрическим оборудованием, включая источники бесперебойного питания, распределительные устройства и фидеры, а также потери трансформаторов коммунальных услуг и электрических подстанций.

Определение PUE  

Существует много неясностей и несоответствий в том, как измерять PUE. Некоторые игроки будут включать подстанции, понижающие трансформаторы и т. д. в формулу PUE, в то время как другие будут измерять энергопотребление на уровне объекта. Телекоммуникационные компании используют централизованные выпрямители со свинцово-кислотными или свинцово-кислотными батареями с регулировкой на 4-12 часов работы и подают постоянный ток на коммутационное и маршрутизирующее оборудование. Большинство операторов ввода данных используют системы ИБП с резервными батареями и подают переменный ток в серверные стойки с помощью понижающего трансформатора, встроенного в блейд-серверы.Эти различия приводят к неотъемлемым различиям в PUE для разных типов объектов.

Улучшение PUE не только помогает снизить затраты на электроэнергию, но также может разблокировать ценные мощности электрической и охлаждающей инфраструктуры. Это позволит игрокам центров обработки данных добавлять приносящие доход ИТ-мощности, используя существующую электрическую и механическую инфраструктуру. По сути, это означает добавление продаваемой мощности без серьезной модернизации инфраструктуры. Предостережение связано с ограничениями физического пространства, которые здесь не рассматриваются.

Измерительная емкость  

Большинство компаний, размещающих центры обработки данных, продают ИТ-мощность в киловаттах. ИТ-мощности для них неприкосновенны. Чем больше ИТ-мощность, тем больше потенциальный доход. Каждый киловатт дополнительной ИТ-мощности может принести доход от 200 до 300 долларов в месяц. В наших расчетах ниже мы будем использовать 250 долларов США за киловатт в месяц.

Мы нормализовали мощность механического, электрического и сантехнического оборудования в киловаттах ИТ-мощности, которую оно может поддерживать.Это позволяет использовать простой метод сравнения и анализа. Для этого мы определили новый термин «ИТ-мощность оборудования» для каждой единицы механического охлаждения и электрического оборудования в центре обработки данных. ИТ-мощность оборудования — это функция пикового PUE системы, которая, в свою очередь, зависит от неэффективности всей системы.

Мощность оборудования ИТ измеряется в киловаттах.

e = оборудование

x = переменная и название оборудования, для которого рассчитывается ИТ-мощность

Мощность ИТ-оборудования для электрооборудования рассчитывается следующим образом:  

Например:

Доступная мощность распределительного щита определяется как максимальная непрерывно нагруженная мощность первичного распределительного щита; избыточная емкость не учитывается.Например, некоторые распределительные щиты не могут быть загружены более чем на 80 % от их паспортной мощности для непрерывной работы. Эти данные должны быть получены производителем и использованы в расчетах.

PUE центра обработки данных меняется со временем, и мы определяем пиковый PUE как самый высокий наблюдаемый PUE для сайта в нормальных условиях работы в течение года.

Для холодильного оборудования (чиллеры, кондиционеры компьютерного зала, вентиляционные установки и т. д.) ИТ-мощность оборудования определяется как доступная ИТ-производительность основного холодильного оборудования в день проектирования; опять же, избыточная емкость не учитывается.

Например, номинальная 600-тонная чиллерная установка с воздушным охлаждением может обеспечить только 500-тонную производительность в расчетный день, определяемый как проектные условия охлаждения 0,4% ASHRAE в год после снижения номинальных характеристик для 30% пропиленгликоля. Аналогичная концепция может применяться для кондиционеров воздуха в компьютерных залах или другого оборудования.

Для источников бесперебойного питания и выпрямителей мощность ИТ-оборудования определяется как максимальная мощность непрерывного режима работы.

Примечание. Приведенный выше анализ предполагает, что ИТ, охлаждение и другая разнообразная нагрузка питаются от одного и того же источника (коммунальные услуги, генератор и главный щит обслуживания), что обычно имеет место в большинстве приложений.

Расчет затрат  

На рисунке 2 мощность кондиционера машинного зала, коммунальных услуг, генераторной установки, автоматического ввода резерва и главного распределительного щита в центре обработки данных намного превышает текущую ИТ-нагрузку. Операторы центров обработки данных и специалисты по планированию могут использовать это для принятия обоснованных решений о стоимости добавления ИТ-мощностей на своих площадках. Используя эту информацию, операторы могут составить ступенчатую функцию, показывающую стоимость механической, электрической и сантехнической модернизации для каждых дополнительных 250 киловатт ИТ-нагрузки.Эта информация может быть очень мощной.

Это решает проблему распределения капитала для владельцев крупных центров обработки данных. Теперь у владельцев есть функция шага расчета стоимости на одной странице для каждого центра обработки данных, которую они могут использовать, чтобы определить, где установить новые стойки с минимальными капитальными затратами. Эти данные редко доступны и решат важную проблему для владельцев и операторов.

На рис. 3 показано влияние снижения PUE до 1,4 с текущего значения 1,75. Это показывает значительное увеличение ИТ-мощности инженерных сетей, генераторной установки, автоматического ввода резерва и главного распределительного щита.Снижение PUE открывает ИТ-возможности электрического оборудования, поскольку снижается мощность, используемая механическим и другим вспомогательным оборудованием.

Заполнение формы Финансовый Анализ

Ситуация: Объект представляет собой центр обработки данных мощностью 1 мегаватт с пиковым значением PUE 1,75, построенный в 2010 году. Центр обработки данных можно обслуживать с помощью системы электропитания 2N и механической мощности N+1. В настоящее время он работает на полную мощность. Располагаемая мощность электротехнической инфраструктуры составляет 1.75 мегаватт.

Проект по улучшению PUE:  Механические улучшения энергоэффективности снизили пиковое значение PUE до 1,4. Включены механические улучшения: 

  • Повышение температуры приточного воздуха и температуры подачи охлажденной воды. Сдерживание горячих коридоров и повышение уставки температуры в помещении.
  • Оптимизация последовательности операций насосов охлажденной воды и уставок блоков кондиционирования воздуха машинного зала.
  • Установка пластин адиабатического охлаждения на конденсатор холодильной установки.
  • Добавление изолирующих демпферов, позволяющих отключать избыточные блоки кондиционирования воздуха в компьютерных залах. Система ребалансировки для перемещения воздуха туда, где это необходимо.
  • Оптимизация освещения и управления освещением.

Влияние улучшения PUE на прибыль: В таблице 1 показано влияние на прибыль до вычета процентов, налогов, износа и амортизации (валовая прибыль), когда улучшение PUE привело как к увеличению ИТ-мощностей, так и к экономии за счет повышения энергоэффективности. В этом сценарии было получено 250 киловатт ИТ-мощности, что дало дополнительные 0 долларов США.75 миллионов годовой доход. Затраты на электроэнергию (эксплуатационные расходы) не изменились, поскольку механическое, электрическое и водопроводное потребление электроэнергии было перенесено на поддержку дополнительной ИТ-нагрузки. Для простоты предполагается, что расходы включают только затраты на электроэнергию. Другие затраты фиксированы и не изменятся из-за корректировки пикового PUE. Прибыль увеличилась на 50,4%. Простая окупаемость этого улучшения составляет менее девяти месяцев.

В таблице 2 показано влияние на валовую прибыль, когда улучшение PUE приводило к экономии только за счет повышения энергоэффективности.В этом сценарии более низкий PUE приводит к снижению потребности в электроэнергии на 350 киловатт. Снижение спроса на электроэнергию приводит к снижению стоимости электроэнергии на 300 000 долларов США. Опять же, расходы включают только затраты на электроэнергию. Другие затраты фиксированы и не изменятся из-за корректировки пикового PUE. Мы видим, что прибыль увеличилась на 20,3%. Простая окупаемость – менее 10 месяцев.

PUE уже давно используется в качестве эталона для измерения эффективности центра обработки данных. Снижение PUE помогает снизить затраты на электроэнергию в центрах обработки данных. Снижение PUE также открывает новые ИТ-возможности, которые могут позволить владельцам центров обработки данных открывать новые источники дохода.

Измерение эффективности центра обработки данных: за пределами PUE

Патрик Флинн (Patrick Flynn) — ведущий специалист по стратегии устойчивого развития компании IO, предоставляющий клиентам инструменты, необходимые им для повышения производительности центров обработки данных.

ПАТРИК ФЛИНН
ИО

ПУЭ 101

Представленный The Green Grid 2007 показатель эффективности использования энергии (PUE) стал де-факто стандартным показателем для отслеживания энергоэффективности центров обработки данных. В то время как проекты центров обработки данных претерпели огромные изменения для более эффективного управления данными, подход к PUE остался неизменным, даже несмотря на сохраняющиеся опасения по поводу ограничений PUE.Эти опасения подтверждают, что отрасли необходимо разработать новую методологию измерения энергоэффективности.

PUE представляет собой отношение общего количества энергии, поступающей в центр обработки данных, к энергии, которая достигает и используется оборудованием информационных технологий (ИТ). Энергия, которая достигает вычислительного оборудования, считается продуктивной, а энергия, используемая для инфраструктуры (например, охлаждение, освещение, безопасность, неэффективность системы), является вспомогательной и рассматривается как отходы. Эти потери — место, где можно искать повышения эффективности.Центры обработки данных стремятся к PUE, равному 1,0, что представляет собой гипотетический эффективный центр обработки данных, в котором энергия используется исключительно для питания ИТ, а в системе отсутствуют потери энергии или накладные расходы.

Проблемы с сегодняшним подходом PUE

Несмотря на широкое использование, PUE имеет общепризнанные недостатки с точки зрения точности. Во-первых, PUE не измеряет эффективную производительность конечной цели центра обработки данных, которая заключается в выполнении цифровой работы. На самом деле задача центра обработки данных состоит не в том, чтобы обеспечивать энергией ИТ-оборудование или инфраструктуру, а в том, чтобы выполнять полезные и продуктивные вычисления; то, что питание идет на ИТ-оборудование, не означает, что оборудование хорошо работает.

Вторая неточность заключается в том, что PUE очень редко обеспечивает надежный способ сравнения центров обработки данных. Без контроля таких переменных, как местоположение, размер, дизайн и наборы данных, PUE не может с точностью сказать, какой центр обработки данных работает лучше.

Помимо точности, существуют серьезные (но редко обсуждаемые) вопросы о полезности сегодняшнего PUE. Как правило, PUE измеряется для всего объекта. Многофункциональное здание может содержать любое количество функций, таких как центры обработки данных, лаборатории и офисы.Для этих типов сред смешанного использования сложно определить энергопотребление только среды центра обработки данных, особенно когда некоторые системы совместно используют инфраструктуру электропитания или охлаждения.

Кроме того, измерение PUE является сложной задачей в центре обработки данных, который является многофункциональным объектом с точки зрения наличия нескольких клиентов. Для арендатора А мощность, эффективность, оборудование и накладные расходы соседей неизвестны и не влияют на энергию, которая достигает ИТ-оборудования арендатора А.Чтобы PUE был полезен для арендатора А, он должен быть специфичным для его определенной инфраструктуры и систем данных, даже — и, возможно, особенно — если они представляют собой небольшую часть более крупной общей инфраструктуры центра обработки данных.

Еще больше снижает полезность сегодняшнего PUE тот факт, что он обычно рассчитывается задним числом, рассматривая потребление энергии за исторический период времени, а затем вычисляя подразумеваемое среднее потребление энергии за этот период. Такой подход маскирует волатильность PUE и не обеспечивает своевременную обратную связь с операторами.

Решение: PUE в реальном времени

Ввиду того, что индустрия центров обработки данных требует большей энергоэффективности, нам необходимо переходить на новые, усовершенствованные модели измерений. Хотя ретроактивный, усредненный по зданию PUE может служить подтверждением общего прогресса, он не помогает точно определить возможности для улучшения. Поставщики услуг должны стремиться предоставлять клиентам информацию, которая позволяет им повышать производительность и принимать лучшие бизнес-решения. Вот почему IO увеличивает полезность измерения энергоэффективности с помощью усовершенствованной методологии, называемой PUE в реальном времени, измеряемой с помощью IO.Операционная система ОС.

PUE в режиме реального времени мгновенно измеряет энергоэффективность и обеспечивает уровень детализации вплоть до отдельного сервера. Такой уровень специфики стал возможным благодаря нашим программно-определяемым центрам обработки данных, которые могут собирать оперативные данные со всей инфраструктуры, обеспечивая мониторинг, измерение, сравнительный анализ и постоянное улучшение.

Кроме того, наши модульные конструкции центров обработки данных позволяют системным администраторам точно определять, где потребляется электроэнергия и где возможны улучшения.Перенося аналитическую линзу на уровень сервера, мы на шаг ближе к привязке PUE к реальной цифровой работе.

Например, компания может захотеть оценить производительность только одного модуля данных или сколько энергии используется для охлаждения систем. С PUE в реальном времени это возможно. В отличие от этого, используя традиционный расчет PUE — суммируя все электрические входы для всей системы и пытаясь выделить часть этой энергии интересующему модулю данных — это может оказаться невозможным или исказить PUE для этого конкретного модуля.Это приводит к неправильному распределению затрат и плохо обоснованным оперативным решениям.

Первые разговоры с компаниями вызвали большой интерес к внедрению методологии PUE в реальном времени. Существует жажда понять производительность центра обработки данных на всем пути до уровня приложений. Когда наша отрасль достигнет такого уровня измерения, мы получим действительно всеобъемлющую меру эффективности, включая результат работы.

Работать там, где мы есть

Мы понимаем, что традиционное измерение PUE имеет место в текущей оценке заказчиками эффективности центра обработки данных и экологической устойчивости.Чтобы вдохновить отрасль на переосмысление дизайна центров обработки данных, IO в партнерстве с Государственной службой штата Аризона (APS) провела сравнительное независимое независимое исследование. Цель этого исследования состояла в том, чтобы установить уровень PUE, оценив как центры обработки данных на основе строительства, так и модульные центры обработки данных. IO управляет собственными центрами обработки данных и использует как традиционные, так и модульные среды, поэтому мы смогли надежно оценить разницу в энергоэффективности между конструкциями центров обработки данных 1.0 и 2.0.

В этом месяце APS опубликовала свой отчет, в котором показано, что подход IO к производству модульных центров обработки данных обеспечивает 19-процентную экономию энергии по сравнению с традиционной строительной средой.В своем исследовании APS проанализировала данные за 12 месяцев как из модулей IO.Anywhere, так и из традиционной сборки, расположенной в многопользовательской среде центра обработки данных IO.Phoenix.

APS провела мониторинг PUE за 2012 календарный год и обнаружила, что среда центра обработки данных 1.0 имеет PUE 1,73, а модульная среда центра обработки данных 2.0 имеет PUE 1,41. Доля PUE выше 1,0 означает, что энергия не идет на ИТ-оборудование, и именно здесь можно найти эффективность. Мы уменьшили эту часть с 0.с 73 до 0,41 при нашем переходе на технологию Data Center 2.0, что представляет собой 44-процентное сокращение энергии, затрачиваемой на инфраструктуру по сравнению с ИТ-оборудованием. В течение года компания IO добилась годовой экономии в размере 200 000 долларов США на каждый МВт средней мощности ИТ в рамках модульной конструкции.

В то время как наша отрасль расширяет границы с инновациями в области технологий центров обработки данных, мы все должны продолжать оценивать и оспаривать статус-кво в области измерения эффективности центров обработки данных. За последнее десятилетие технология инфраструктуры центров обработки данных претерпела значительные изменения.Существует разрыв в производительности между тем, как отрасль измеряет PUE, и потребностью в дополнительной полезной информации для дальнейшего повышения производительности.

В IO мы считаем, что PUE в реальном времени является логическим следующим шагом для отрасли, тем более, что модульные конструкции центров обработки данных становятся стандартом. Но это всего лишь один важный шаг на пути к прорыву в снижении затрат и повышении эффективности. Предоставляя пользователям центра обработки данных более полезные измерения эффективности, они позволяют лучше принимать решения, но не дают рекомендаций по действию.Именно здесь вступает в игру аналитика центров обработки данных — очень интересная область инноваций для отрасли. Развитие взглядов нашей категории на PUE является важным шагом в повышении эффективности центров обработки данных и будет служить ИТ-директорам, финансовым директорам, управляющим объектами, конечным пользователям и планете.

Industry Perspectives — это информационный канал в Data Center Knowledge, посвященный интеллектуальному лидерству в сфере центров обработки данных. Ознакомьтесь с нашими рекомендациями и процессом подачи для получения информации об участии.Ознакомьтесь с ранее опубликованными отраслевыми перспективами в нашей библиотеке знаний.

PUE

и общая эффективность использования энергии (tPUE) – перспективы

Мне нравится Power Usage Effectiveness как показатель эффективности инфраструктуры центра обработки данных.

Это дает нам возможность говорить об эффективности распределения электроэнергии и механического оборудования центра обработки данных без необходимости квалифицировать обсуждение на основе используемых серверов и хранилищ или уровней использования или других вопросов, не связанных напрямую с конструкцией центра обработки данных.Но есть явные проблемы с метрикой PUE. Любая отдельная метрика, которая пытается свести сложную систему к одному числу, не сможет смоделировать важные детали, и ее будет легко обыграть. Тем не менее PUE страдает от некоторых из них, я считаю его полезным.

Далее я дам обзор PUE, расскажу о некоторых проблемах, с которыми я сталкиваюсь в его текущем определении, а затем предложу некоторые улучшения в измерении PUE с использованием метрики под названием tPUE.

Что такое ПУЭ?

PUE определяется в показателях энергоэффективности центра обработки данных Green Grid Кристиана Белади: PUE и DCiE.Это простая метрика, и именно поэтому она полезна и является источником некоторых источников недостатков метрики. PUE определяется как

PUE = Общая мощность объекта / Мощность ИТ-оборудования

Общая мощность объекта определяется как «мощность, измеренная на счетчике коммунальных услуг». Мощность ИТ-оборудования определяется как «нагрузка, связанная со всем ИТ-оборудованием». Проще говоря, PUE — это отношение мощности, подаваемой на объект, к мощности, фактически подаваемой на серверы, системы хранения и сетевое оборудование.Это дает нам меру того, какой процент мощности фактически поступает на серверы, а остальная часть теряется в инфраструктуре. Эти потери в инфраструктуре включают в себя распределение электроэнергии (распределительное устройство, источники бесперебойного питания, блоки распределения питания, выносные розетки и т. д.) и механические системы (обработчики воздуха в компьютерных залах/кондиционеры воздуха в компьютерных залах, насосы охлаждающей воды, оборудование для подачи воздуха вне серверов). , чиллеры и др.). Инверсия PUE называется эффективностью инфраструктуры центра обработки данных (DCiE):

DCiE = мощность ИТ-оборудования / общая мощность объекта * 100%

Итак, если у нас есть PUE, равный 1.7 это DCiE 59%. В этом примере инфраструктура центра обработки данных рассеивает 41 % мощности, а ИТ-оборудование — оставшиеся 59 %.

Это полезно знать, поскольку позволяет нам сравнивать различные проекты инфраструктуры и понимать их относительную ценность. К сожалению, там, где тратятся деньги, мы часто видим игры на метрики и это не исключение. Давайте рассмотрим некоторые проблемы с PUE, а затем предложим частичное решение.

Проблемы с PUE

Общая мощность объекта : Первая проблема связана с определением общей мощности объекта.В исходном документе Green Grid общая мощность объекта определяется как «мощность, измеренная на счетчике коммунальных услуг». На первый взгляд это звучит довольно полно, но недостаточно плотно. Многие небольшие предприятия измеряют напряжение 480 В переменного тока, но некоторые предприятия измеряют среднее напряжение (около 13,2 кВ переменного тока в Северной Америке). И несколько объектов измеряют высокое напряжение (~ 115 кВ переменного тока в Северной Америке). Третьи покупают и предоставляют землю для уровня понижающего трансформатора от 115 до 13,2 кВ переменного тока, но по-прежнему измеряют среднее напряжение.

Некоторые ИБП устанавливаются на среднее напряжение, тогда как другие на низкое (480 В переменного тока). Очевидно, что ИБП должен быть частью накладных расходов инфраструктуры.

Вывод из вышеприведенных наблюдений заключается в том, что некоторые числа PUE включают потери на двух слоях преобразования напряжения до 480 В переменного тока, некоторые включают 1 преобразование, а некоторые не включают ни одно из них. Это значительно мутит воду и заставляет небольшие объекты выглядеть несколько лучше, чем они должны, и это просто еще одна возможность раздуть цифры сверх того, что на самом деле может производить объект.

Контейнер Игра: Многие модульные центры обработки данных построены на контейнерах, которые потребляют 480 В переменного тока в качестве входного сигнала. Я видел поставщиков модульных центров обработки данных, которые называли подключение к контейнеру «ИТ-оборудованием», что означает, что нормальное преобразование с 480 В переменного тока на 208 В переменного тока (а иногда даже на 110 В переменного тока) не включено. Это серьезно искажает метрику, но негативное влияние еще хуже на механическую сторону. Контейнеры часто имеют блоки CRAH или CRAC в контейнере. Это означает, что большие части механической инфраструктуры включаются в «ИТ-нагрузку», и это делает эти контейнеры искусственно красивыми.По иронии судьбы, конструкции контейнеров, о которых я здесь говорю, на самом деле довольно хороши. Им действительно не нужно играть в игры с метриками, но это происходит, так что читайте мелкий шрифт.

Размытие инфраструктуры/сервера: Во многих модульных конструкциях стоек используются вентиляторы большого уровня, а не несколько неэффективных вентиляторов в сервере. Например, Rackable CloudRack C2 (для меня SGI до сих пор Rackable :)) выводит вентиляторы из серверов и ставит их на уровне стойки. Это замечательный дизайн, который намного эффективнее крошечных вентиляторов 1RU.Обычно серверные вентиляторы включаются в «ИТ-нагрузку», но в этих современных конструкциях, которые перемещают вентиляторы из серверов, это считается нагрузкой на инфраструктуру.

В крайних случаях мощность вентилятора может превышать 100 Вт (пожалуйста, не покупайте эти серверы). Это приводит к тому, что центр обработки данных с более эффективными серверами потенциально должен сообщать о более низком значении PUE. Мы не хотим толкать отрасль в неправильном направлении. Вот еще один. ИТ-нагрузка обычно включает блок питания сервера (PSU), но во многих конструкциях, таких как IBM iDataPlex, отдельные блоки питания перемещаются из сервера и размещаются на уровне стойки.Опять же, это хороший дизайн, и мы еще увидим его, но он берет на себя потери, которые ранее были нагрузкой на ИТ, и делает их нагрузкой на инфраструктуру. В этих случаях PUE не измеряет правильную вещь.

PUE меньше 1,0: В документе Green Grid говорится, что «PUE может варьироваться от 1,0 до бесконечности», и далее говорится: «… значение PUE, приближающееся к 1,0, указывает на 100% эффективность (т. е. вся используемая мощность). только с помощью ИТ-оборудования). На практике это примерно так.А вот PUE лучше 1.0 вполне возможно и даже неплохо. Давайте используем пример, чтобы лучше понять это. В этом случае я буду использовать средство 1.2 PUE. Некоторые объекты уже превышают этот PUE, и нет никаких разногласий по поводу того, достижимо ли это.

Наш пример 1.2 Объект PUE рассеивает 16% общей мощности объекта на распределение электроэнергии и охлаждение. Часть этого тепла может находиться в трансформаторах снаружи здания, но мы точно знаем, что все серверы находятся внутри, то есть не менее 83% рассеиваемого тепла будет находиться внутри корпуса.Предположим, что мы можем восстановить 30% этого тепла и использовать его для коммерческой выгоды. Например, мы могли бы использовать отработанное тепло для обогрева сельскохозяйственных культур и позволить выращивать помидоры или другие ценные культуры в климате, который обычно не благоприятен для них. Или мы можем использовать тепло как часть процесса выращивания водорослей для производства биодизельного топлива. Если мы сможем транспортировать это низкопотенциальное тепло и получить только 30% от исходного значения, мы сможем достичь 0,90 PUE. То есть, если мы всего лишь на 30% эффективны в монетизации низкопотенциального отработанного тепла, мы можем достичь показателя выше 1.0 ПУЭ.

Возможно значение PUE менее 1,0, и я хотел бы сплотить отрасль вокруг достижения значения PUE менее 1,0. Много лет назад в мире баз данных мы сплотились вокруг достижения 1000 транзакций в секунду. Конференция High Performance Transactions Systems изначально задумывалась с целью достижения этих (по тем временам) невероятных результатов. 1000 TPS затмили десятилетия назад, но HPTS остается фантастической конференцией. Нам нужно сделать то же самое с PUE и стремиться к тому, чтобы он был ниже 1,0 до 2015 года.PUE менее 1,0 сложно, но это возможно и будет сделано.

tPUE Определено

Кристиан Белади, редактор документа Green Grid, хорошо осведомлен о вопросах, которые я поднимаю выше. Он предлагает заменить его индексом производительности центров обработки данных (DCP). DCP определяется как:

DCP = полезная работа / общая мощность объекта

Мне нравится этот подход, но проблема заключается в определении «полезной работы» в общем виде.Как мы получаем меру полезной работы, которая охватывает все интересные рабочие нагрузки во всех операционных системах хоста. Некоторые рабочие нагрузки используют плавающую точку, а некоторые нет. Некоторые используют ASIC специального назначения, а некоторые работают на оборудовании общего назначения. Некоторые программы эффективны, а некоторые очень плохо написаны. Я думаю, что цель правильная, но никогда не будет способа измерить ее полностью общим способом. Мы могли бы определить DCP для данного типа рабочей нагрузки, но я не вижу способа использовать его, чтобы говорить об эффективности инфраструктуры в общем виде.

Вместо этого я предлагаю tPUE, который является модификацией PUE, которая устраняет некоторые из вышеперечисленных проблем. По общему признанию, он более сложен, чем PUE, но его преимущество заключается в том, что он уравнивает различные конструкции инфраструктуры и позволяет сравнивать типы рабочих нагрузок. Используя tPUE, центр высокопроизводительных вычислений может сравнить свою работу с коммерческими средствами обработки данных.

tPUE стандартизирует, где должна измеряться общая мощность объекта, где именно начинается ИТ-оборудование и какая часть нагрузки приходится на инфраструктуру и сервер.С помощью tPUE мы пытаемся устранить негативный стимул к стиранию границ между ИТ-оборудованием и инфраструктурой. Вообще, это размытие очень хорошая вещь. Вентиляторы 1RU невероятно неэффективны, поэтому их замена на большие крыльчатки на уровне стойки или контейнера — хорошая идея. Несколько центральных блоков питания могут быть более эффективными, поэтому перемещение блока питания с сервера в модуль или стойку — это хорошая идея. Нам нужна метрика, которая правильно измеряет эффективность этих изменений. PUE в том виде, в каком он разработан в настоящее время, фактически покажет отрицательный «усиление» в обоих примерах.

Мы определяем как:

tPUE = Общая мощность объекта / Производительная мощность ИТ-оборудования

Это почти идентично PUE. Важен следующий уровень определений. Определение tPUE «Общая мощность объекта» довольно простое. Это мощность, подаваемая к источнику среднего напряжения (~13,2 кВ переменного тока) до включения любого ИБП или системы кондиционирования. Большинство крупных объектов поставляются с этим уровнем напряжения или выше. Небольшие объекты могут получить 480 В переменного тока, и в этом случае это число труднее получить.Мы решаем проблему, используя указанный производителем трансформатора номер, если измерение невозможно. К счастью, производители высоковольтных трансформаторов точно указывают КПД.

Для tPUE напряжение объекта должно быть фактически измерено при среднем напряжении, если это возможно. Если это невозможно, допускается измерение при низком напряжении (480 В переменного тока в Северной Америке и 400 В переменного тока во многих других регионах), если учитываются потери эффективности трансформатора(ов) среднего напряжения.Конечно, все измерения должны производиться до ИБП или любого другого источника питания. Это определение позволяет использовать неизмеренный, указанный изготовителем показатель эффективности для трансформатора от среднего до низкого напряжения, но гарантирует, что все измерения используют среднее напряжение в качестве базового уровня.

Определение tPUE «производительной мощности ИТ-оборудования» несколько сложнее. PUE измеряет ИТ-нагрузку как мощность, подаваемую на ИТ-оборудование. Но ИТ-оборудование крупных центров обработки данных нарушает правила.У некоторых есть вентиляторы внутри, а некоторые используют инфраструктурные вентиляторы. У некоторых нет блока питания, и они получают питание 12 В постоянного тока от инфраструктуры, тогда как у большинства все еще есть блок питания в той или иной форме. tPUE «заряжает» все вентиляторы и все преобразования энергии на компонент инфраструктуры. Я определяю «Производственную мощность ИТ-оборудования» как всю мощность, подаваемую на полупроводники (память, ЦП, северный и южный мосты, сетевые платы), диски, ASIC, ПЛИС и т. д. По сути, мы уменьшаем потери блока питания, регулятора напряжения (VRD). ) и/или модули регулятора напряжения (VRM), а также охлаждающие вентиляторы от «ИТ-нагрузки» до инфраструктуры.В этом определении инфраструктурные потери однозначно включают все преобразования энергии, ИБП, коммутационное оборудование и другие потери при распределении. И это включает в себя все затраты на охлаждение, независимо от того, связаны они с сервером или нет.

Эта сложная часть заключается в том, как измерить tPUE. Это достигает наших целей сопоставимости, поскольку все будут использовать одни и те же определения. И не наказывает инновационные проекты, которые стирают традиционные границы между сервером и инфраструктурой. Я бы сказал, что у нас есть лучшая метрика, но проблема будет заключаться в том, как ее измерить? Смогут ли операторы центров обработки данных измерить его, отслеживать улучшения в своих объектах и ​​понимать, как они сравниваются с другими?

Мы обсудили, как измерить общую мощность объекта.Вкратце, это должно быть измерено перед всеми ИБП и согласованием питания при среднем напряжении. Если высокое напряжение подается непосредственно на ваш объект, вам следует проводить измерения после первого понижающего трансформатора. Если на ваш объект подается низкое напряжение, спросите у поставщика электроэнергии, будь то коммунальное предприятие, владелец объекта или группа инфраструктуры вашей компании, эффективность понижающего трансформатора от среднего до низкого при вашей средней нагрузке. Добавьте это значение математически. Это не идеально, но лучше, чем сейчас, когда мы смотрим на PUE.

На низковольтном конце, где мы поставляем «производительную мощность ИТ-оборудования», мы также вынуждены использовать оценку с нашими измерениями. Мы хотим измерить мощность, подаваемую на отдельные компоненты. Мы хотим измерить мощность, подаваемую на память, ЦП и т. д. Наша цель — получить мощность после последнего преобразования, а это довольно сложно, поскольку VRD часто находятся на плате рядом с компонентом, который они питают. Учитывая, что неразрушающее измерение мощности на этом уровне затруднительно, мы используем индуктивный амперметр на каждом проводнике, подающем питание на плату.Затем мы получаем показатели эффективности VRD от производителя системы (вы все равно должны запрашивать их — они являются важным фактором эффективности сервера). В этом случае мы часто можем получить эффективность только при номинальной мощности, и фактическая эффективность VRD будет меньше при вашем использовании. Тем не менее, мы используем это единственное число эффективности, поскольку оно, по крайней мере, является приблизительным, а более подробные данные либо недоступны, либо их очень трудно получить. Мы не учитываем мощность вентилятора (серверные вентиляторы обычно работают от 12-вольтовой шины).По сути, мы берем определение нагрузки ИТ-оборудования, используемое в определении PUE, и вычитаем потери из VRD, PSU и вентиляторов. Эти измерения необходимо проводить при полной загрузке сервера.

Приведенные выше измерения не настолько точны, как хотелось бы, но я утверждаю, что эти методы дадут гораздо более точную картину эффективности инфраструктуры, чем текущие определения PUE, и тем не менее эти показатели поддаются измерению и не зависят от рабочей нагрузки.

Сводка:

Мы определили tPUE следующим образом:

tPUE = Общая мощность объекта / Мощность производственного ИТ-оборудования

Мы определили общую мощность объекта, которая должна быть измерена перед всеми ИБП и системой кондиционирования питания при среднем напряжении.И мы определили мощность производственного ИТ-оборудования как мощность сервера, не включая блок питания, VRD и другие потери при преобразовании, а также не включая мощность, потребляемую вентилятором или охлаждением.

Пожалуйста, подумайте о том, чтобы помочь проповедовать tPUE и использовать tPUE. А для тех, кто занимается проектированием и сборкой коммерческих серверов, если вы можете помочь, измерив производительность ИТ-оборудования для одного или нескольких ваших SKU, я был бы рад опубликовать ваши результаты. Если вы можете предоставить измерение производительной мощности ИТ-оборудования для одного из ваших новых серверов, я опубликую его здесь с изображением сервера.

Давайте поднимем боевой клич новой инфраструктуры, достигнув tPUE<1,0.

–jrh

Джеймс Гамильтон, Amazon Web Services

1200, 12 th Ave. S., Seattle, WA, 98144
W:+1(425)703-9972 | Телефон:+1(206)910-4692 | Н:+1(206)201-1859 | [email protected]

H:mvdirona.com | W:mvdirona.com/jrh/work | блог: http://perspectives.mvdirona.com

Эффективность энергопотребления центра обработки данных (PUE)

5 июня 2020 г.

Современные технологии работают на электричестве, а компьютеры и центры обработки данных, лежащие в основе повседневной жизни, требуют его в больших количествах.В одном из отчетов Ежегодного энергетического прогноза за 2013 год было подсчитано, что на компьютеры и связанное с ними оборудование приходится 3 % энергопотребления в Соединенных Штатах. Стремясь максимально повысить энергоэффективность, многие компании ищут способы минимизировать потребление энергии компьютерами и сопутствующим оборудованием. Один из способов, которым многие компании делают это, — это сравнительный анализ энергоэффективности своих центров обработки данных, что имеет решающее значение для снижения энергопотребления и связанных с этим затрат.

Сравнительный анализ

помогает компаниям понять их текущую эффективность и дает им метрику для оценки эффективности при внедрении новых передовых методов повышения эффективности.Одним из стандартов сравнительного анализа, обычно используемым для центров обработки данных, является PUE. Так что же такое PUE и как его можно использовать для повышения эффективности вашего центра обработки данных?

Что означает PUE?

PUE означает эффективность использования энергии. Green Grid предложила и развила эту идею. Green Grid – это некоммерческая группа экспертов по ИТ-индустрии из разных областей, которые совместно работают над способами повышения энергоэффективности в отрасли. С момента своего появления PUE стал основным показателем, который профессионалы используют для измерения энергоэффективности в центрах обработки данных.

ИТ-специалисты

используют PUE в качестве системы сравнительного анализа для определения энергоэффективности своих центров обработки данных и отслеживания изменений эффективности с течением времени. По сути, PUE сравнивает общую энергию, поступающую в центр обработки данных, с энергией, используемой ИТ-оборудованием этого центра обработки данных. Полученное число показывает, насколько эффективно центр обработки данных использует входную мощность. Эксперты могут использовать это число, чтобы понять, как центр обработки данных сравнивается с аналогичными центрами обработки данных в аналогичных местах и ​​условиях, и определить, нужно ли компании повышать эффективность за счет технологических или архитектурных изменений.

Как рассчитать PUE

Расчеты для определения числа центров обработки данных PUE относительно просты, но требуют тщательного измерения и регулярного выполнения. Общая формула PUE центра обработки данных проста — PUE можно рассчитать, разделив общую мощность объекта на мощность ИТ-оборудования. Эти значения определены и объяснены ниже:

  • Общая мощность объекта: для эффективного расчета PUE необходимо знать, как измерить общую мощность объекта.Узнайте, какие компоненты задействованы в вашем центре обработки данных, и как отслеживать их производительность с помощью соответствующих счетчиков и датчиков. Вы также захотите рассмотреть программное обеспечение для управления зданием, которое постоянно отслеживает энергопотребление объекта.
  • Найдите общую ИТ-нагрузку: Используйте прямые источники питания для вашего ИТ-оборудования, чтобы найти ИТ-нагрузку для вашего центра обработки данных. Обычно это можно рассчитать, используя счетчики для измерения активности источника бесперебойного питания (ИБП) и блока распределения питания (БРП).

Значение около 2,0 является средним, более высокое значение считается неэффективным, а более низкое значение считается эффективным.

Как использовать ПУЭ

Несмотря на то, что значение PUE важно, оно наиболее ценно, если тщательно и неоднократно отслеживать его с течением времени. Green Grid дает следующие рекомендации по расчету и использованию PUE, а также по улучшению PUE центра обработки данных с помощью этой информации:

  1. Проведение измерений:  Первым шагом должно быть тщательное определение общего энергопотребления вашего объекта и общей ИТ-нагрузки.Используйте эти измерения, чтобы получить общий показатель PUE. Это измерение поможет определить курс действий.
  2. Установите свои цели:  PUE ничего не значит, если он не влияет на цели. Создайте план повышения эффективности на основе ваших измерений. Этот план может быть как простым, так и сложным, но он должен использовать PUE для постановки измеримых и достижимых целей. Обязательно установите датчики в соответствующих местах, чтобы контролировать нужные области для конкретных целей, таких как энергопотребление кулера.
  3. Разработайте график тестирования:  Регулярно тестируйте и рассчитывайте PUE в своем центре обработки данных. Это можно легко запрограммировать как непрерывное измерение, автоматизированное с помощью вашей системы программного обеспечения. Это позволит лицам, принимающим решения, регулярно собирать и просматривать данные о PUE и просматривать как общее значение PUE для центра обработки данных, так и подробные почасовые колебания, которые могут помочь определить, как справляться с пиковыми нагрузками.
  4. Примите меры:  Используйте собранные данные в своих интересах.Используйте инструменты моделирования для анализа и настройки воздушного потока, устранения простаивающих серверов, настройки инфраструктуры охлаждения и обновления устаревших технологий. Используйте тесты, чтобы определить, привели ли изменения к значительным улучшениям, и повторите цикл столько раз, сколько необходимо.

Выполнение этих шагов может помочь использовать PUE в интересах вашей компании, и есть много преимуществ, которые может предложить PUE.

Преимущества ПУЭ

Как обсуждалось ранее, центры обработки данных потребляют огромное количество энергии.Одно исследование показало, что центры обработки данных в США в 2014 году потребляли примерно 70 миллиардов киловатт-часов, что составляет примерно 1,8 % национального потребления электроэнергии. Это энергопотребление представляет собой как экологическую, так и экономическую проблему для многих предприятий. Однако с введением PUE у предприятий появился способ количественной оценки эффективности. Это дает многочисленные преимущества, в том числе следующие:

  • Экологические преимущества:  Потребление энергии представляет собой огромный углеродный след в ИТ-индустрии.Раньше у компаний не было способа количественной оценки эффективности, из-за чего было легче упустить из виду эту ценность. PUE создает простую систему для количественной оценки эффективности, которая облегчает компаниям визуализацию, расстановку приоритетов и реализацию инициатив по повышению эффективности. Это эффективно увеличило создание экологически чистых вычислительных центров.
  • Использование ресурсов: Внедрение плана мониторинга PUE — отличный способ визуализации и мониторинга всех областей центра обработки данных. Полученные данные можно использовать для выявления потраченных впустую или недоиспользованных ресурсов, что позволит лицам, принимающим решения, эффективно перераспределять эти ресурсы.
  • Сокращение расходов:  Конечным итогом любого бизнеса являются затраты, и использование PUE — отличный способ сэкономить деньги. Максимальная эффективность может сэкономить деньги на счетах за электроэнергию и обеспечить эффективное использование ресурсов.

Благодаря автоматическому расчету и анализу PUE ваша компания может максимизировать эти преимущества за счет исключения ручного вмешательства. По мере того, как передовые системы становятся все более доступными, мы можем увидеть, как эти расчеты используются даже для управления источниками энергии и автоматической оптимизации эффективности.

Узнайте больше из DataSpan

Если вы хотите узнать больше о расчете или использовании PUE для вашего центра обработки данных, вам может помочь DataSpan. На протяжении более 40 лет DataSpan продолжает оставаться национальным поставщиком технологических решений. От физической ИТ-инфраструктуры до ИТ-услуг центров обработки данных — мы помогаем нашим клиентам достигать большего с меньшими ресурсами.