Come selezionare un carico falso per un gruppo elettrogeno diesel per data center

La scelta di un falso carico per il gruppo elettrogeno diesel di un data center è fondamentale, poiché influisce direttamente sull'affidabilità del sistema di alimentazione di backup. Di seguito, fornirò una guida completa che illustra i principi fondamentali, i parametri chiave, le tipologie di carico, le fasi di selezione e le migliori pratiche.

1. Principi di selezione del nucleo

Lo scopo fondamentale di un falso carico è simulare il carico reale per testare e convalidare in modo completo il gruppo elettrogeno diesel, garantendone l'immediata capacità di gestire l'intero carico critico in caso di interruzione dell'alimentazione di rete. Gli obiettivi specifici includono:

1. Bruciatura dei depositi carboniosi: il funzionamento a basso carico o a vuoto provoca un fenomeno di "wet stacking" nei motori diesel (carburante incombusto e carbonio si accumulano nel sistema di scarico). Un carico errato può aumentare la temperatura e la pressione del motore, bruciando completamente questi depositi.
2. Verifica delle prestazioni: verifica se le prestazioni elettriche del gruppo elettrogeno, come tensione di uscita, stabilità della frequenza, distorsione della forma d'onda (THD) e regolazione della tensione, rientrano nei limiti consentiti.
3. Prova di capacità di carico: verifica che il gruppo elettrogeno possa funzionare stabilmente alla potenza nominale e valutazione della sua capacità di gestire applicazioni e scarti di carico improvvisi.
4. Test di integrazione del sistema: esecuzione di una messa in servizio congiunta con l'ATS (Automatic Transfer Switch), sistemi di parallelo e sistemi di controllo per garantire che l'intero sistema funzioni in modo coeso.

2. Parametri e considerazioni chiave

Prima di selezionare un carico falso, è necessario chiarire i seguenti parametri del gruppo elettrogeno e dei requisiti di prova:

1. Potenza nominale (kW/kVA): la potenza totale del falso carico deve essere maggiore o uguale alla potenza nominale totale del gruppo elettrogeno. In genere, si consiglia di selezionare una potenza compresa tra il 110% e il 125% della potenza nominale del gruppo per consentire la verifica della capacità di sovraccarico.
2. Tensione e fase: devono corrispondere alla tensione di uscita del generatore (ad esempio, 400 V/230 V) e alla fase (trifase a quattro fili).
3. Frequenza (Hz): 50Hz o 60Hz.
4. Metodo di collegamento: come si collegherà all'uscita del generatore? Solitamente a valle dell'ATS o tramite un armadio di interfaccia di prova dedicato.
5. Metodo di raffreddamento:
   • Raffreddamento ad aria: adatto per potenze medio-basse (in genere inferiori a 1000 kW), costo inferiore, ma rumoroso; inoltre, l'aria calda deve essere adeguatamente espulsa dalla sala apparecchiature.
   • Raffreddamento ad acqua: adatto per potenze medio-alte, più silenzioso, con maggiore efficienza di raffreddamento, ma richiede un sistema di raffreddamento ad acqua di supporto (torre di raffreddamento o raffreddatore a secco), con conseguente investimento iniziale più elevato.
6. Livello di controllo e automazione:
   • Controllo di base: carico/scarico manuale a gradini.
   • Controllo intelligente: curve di carico automatiche programmabili (carico a rampa, carico a gradini), monitoraggio e registrazione in tempo reale di parametri come tensione, corrente, potenza, frequenza, pressione dell'olio, temperatura dell'acqua e generazione di report di prova. Questo è fondamentale per la conformità e l'audit dei data center.

3. Principali tipi di falsi carichi

1. Carico resistivo (carico puramente attivo P)

• Principio: converte l'energia elettrica in calore, dissipato tramite ventole o raffreddamento ad acqua.
• Vantaggi: struttura semplice, costi ridotti, facile controllo, fornisce pura potenza attiva.
• Svantaggi: può testare solo la potenza attiva (kW), non può testare la capacità di regolazione della potenza reattiva (kvar) del generatore.
• Scenario applicativo: utilizzato principalmente per testare la parte del motore (combustione, temperatura, pressione), ma il test è incompleto.

2. Carico reattivo (carico puramente reattivo Q)

• Principio: utilizza induttori per consumare potenza reattiva.
• Vantaggi: Può fornire un carico reattivo.
• Svantaggi: di solito non viene utilizzato da solo, ma piuttosto abbinato a carichi resistivi.

3. Carico resistivo/reattivo combinato (carico R+L, fornisce P e Q)

• Principio: integra banchi di resistori e banchi di reattori, consentendo il controllo indipendente o combinato del carico attivo e reattivo.
• Vantaggi: la soluzione ideale per i data center. Può simulare carichi misti reali, testando in modo completo le prestazioni complessive del gruppo elettrogeno, inclusi l'AVR (regolatore automatico di tensione) e il sistema di controllo.
• Svantaggi: costo più elevato rispetto ai carichi puramente resistivi.
• Nota sulla selezione: prestare attenzione all'intervallo di fattore di potenza (PF) regolabile, che in genere deve essere regolabile da 0,8 ritardato (induttivo) a 1,0 per simulare diverse tipologie di carico.

4. Carico elettronico

• Principio: utilizza la tecnologia dell'elettronica di potenza per consumare energia o reimmetterla nella rete.
• Vantaggi: elevata precisione, controllo flessibile, potenziale di rigenerazione energetica (risparmio energetico).
• Svantaggi: estremamente costoso, richiede personale di manutenzione altamente qualificato e la sua affidabilità deve essere presa in considerazione.
• Scenario applicativo: più adatto per laboratori o impianti di produzione che per test di manutenzione in loco nei data center.

Conclusione: per i data center, si dovrebbe selezionare un «Carico falso resistivo/reattivo combinato (R+L)» con controllo automatico intelligente.

4. Riepilogo dei passaggi di selezione

1. Determinare i requisiti dei test: è solo per i test di combustione o è necessaria una certificazione delle prestazioni a pieno carico? Sono richiesti report di test automatizzati?
2. Raccogliere i parametri del gruppo elettrogeno: elencare la potenza totale, la tensione, la frequenza e la posizione dell'interfaccia per tutti i generatori.
3. Determinare il tipo di carico falso: selezionare un carico falso R+L, intelligente, raffreddato ad acqua (a meno che la potenza non sia molto bassa e il budget limitato).
4. Calcola la capacità di potenza: capacità di carico totale falsa = potenza della singola unità più grande × 1,1 (o 1,25). Se si testa un sistema in parallelo, la capacità deve essere ≥ alla potenza totale in parallelo.
5. Seleziona il metodo di raffreddamento:
   • Elevata potenza (>800 kW), spazio limitato nella sala apparecchiature, sensibilità al rumore: scegliere il raffreddamento ad acqua.
   • Bassa potenza, budget limitato, spazio di ventilazione sufficiente: si può prendere in considerazione il raffreddamento ad aria.
6. Valutare il sistema di controllo:
   • Deve supportare il caricamento automatico a gradini per simulare l'impegno del carico reale.
   • Deve essere in grado di registrare e produrre report di test standard, comprese le curve di tutti i parametri chiave.
   • L'interfaccia supporta l'integrazione con i sistemi Building Management o Data Center Infrastructure Management (DCIM)?
7. Considera l'installazione mobile rispetto a quella fissa:
   • Installazione fissa: installata in una stanza o in un container dedicato, come parte dell'infrastruttura. Cablaggio fisso, test facili, aspetto ordinato. La scelta preferita per i grandi data center.
   • Mobile montato su rimorchio: montato su un rimorchio, può servire più data center o più unità. Costi iniziali inferiori, ma l'implementazione è complessa e richiede spazio di archiviazione e operazioni di connessione.

5. Buone pratiche e raccomandazioni

• Pianificazione delle interfacce di prova: preprogettare armadi di interfaccia per test di carico falso nel sistema di distribuzione dell'energia per rendere i collegamenti di prova sicuri, semplici e standardizzati.
• Soluzione di raffreddamento: se raffreddato ad acqua, assicurarsi che il sistema di raffreddamento ad acqua sia affidabile; se raffreddato ad aria, è necessario progettare condotti di scarico adeguati per impedire che l'aria calda ricircoli nella sala apparecchiature o danneggi l'ambiente.
• La sicurezza prima di tutto: i carichi falsi generano temperature estremamente elevate. Devono essere dotati di misure di sicurezza come protezione da sovratemperatura e pulsanti di arresto di emergenza. Gli operatori devono essere formati professionalmente.
• Test regolari: secondo gli standard dell'Uptime Institute, Tier o le raccomandazioni del produttore, in genere il test viene eseguito mensilmente con un carico nominale non inferiore al 30% e un test a pieno carico viene eseguito annualmente. Il falso carico è uno strumento fondamentale per soddisfare questo requisito.

Raccomandazione finale:
Per i data center che puntano all'elevata disponibilità, non si dovrebbe risparmiare sui costi derivanti dal falso carico. Investire in un sistema di falso carico fisso, adeguatamente dimensionato, R+L, intelligente e raffreddato ad acqua è un investimento necessario per garantire l'affidabilità del sistema di alimentazione critico. Aiuta a identificare i problemi, prevenire i guasti e soddisfa i requisiti di funzionamento, manutenzione e audit attraverso report di prova completi.