AG-394 Napájení velkého počtu PC

Domníváme se, že Vám jde jenom o doplňkovou konzultaci k dané otázce, protože předpokládáme, že renomovaná firma, která získala Vaši zakázku na 80 pracovišť plně vybavených PC a jejich periferiemi a zapojeními má k uvedeným otázkám příslušné podklady a poskytla Vám také na připojení veškerých zařízení výpočetní techniky odpovídající záruky.

Předpokládáme, že se Vám jedná o napájení 80 kusů PC z vlastní transformační stanice, ovšem tak, že každý PC je napájen z vlastní zásuvky přes zdroj (předpokládáme UPS). Zálohováno tedy není napájení z transformační stanice, zálohován je v takovém případě každý PC napájením z UPS. Překvapující je pro nás odběr každého PC 2 000 W. Předpokládali bychom odběr každého PC maximálně 300 W. Předpokládejme, že ke každému z těch počítačů jsou připojeny 3 monitory, každý o výkonu 50 W – dohromady tedy 150 W, neobdržíme výkon připadající ne jeden počítač větší než 500 W. Za normálních okolností by tedy neměl být podle našeho názoru celkový odebíraný výkon větší než 40 až 50 kW.

Pro zařízení výpočetní techniky platí určité limity, které by neměly být překročeny. Pro emise proudu harmonických platí v současné době ČSN EN 61000-3-2 ed. 4. Podle této normy patří zařízení výpočetní techniky (osobní počítače a monitory osobních počítačů) mezi zařízení třídy D. Pro toto zařízení jsou pro jednotlivé třídy harmonických (v tabulce 3 této normy) udány tyto meze: velikosti proudů, které po přepočítání na uvedené počítače jsou:

Z hlediska nežádoucích účinků je důležitá třetí harmonická. Za předpokladu všech zapojených a plně zatížených 80 pracovišť vybavených PC by celkový proud třetí harmonické mohl být 80 × 1,7 = 136 A. Vezmeme-li odebíraný činný výkon jednoho pracoviště výpočetní techniky 500 W, činný proud bude cca 500 W : 230 V = 2,17 A. Přitom proud třetí harmonické, jak jsme ukázali, může být maximálně 1,7 A. To je ovšem velmi významný podíl. Pokud budeme uvažovat celkový zatěžovací proud pouze na základě uvedeného činného proudu a proudu pouze třetí harmonické, bude efektivní hodnota tohoto celkového zatěžovacího proudu jednoho pracoviště s PC:

Obdobně celkový zatěžovací proud všech pracovišť I_zc určený na základě celkového činného proudu, který je 80 × 2,17 A = 174 A, a výše uvedeného proudu třetí harmonické 136 A, jak jsme vypočítali výše, je:

což je, jak se můžeme přesvědčit, 80násobek celkového zatěžovacího proudu jednoho pracoviště s PC.

Z celkového zatěžovacího proudu všech napájených zařízení výpočetní techniky, který je 221 A, je tedy celkové zatížení proudem třetí harmonické, jak je uvedeno výše, 136 A. Podíl proudu třetí harmonické k celkovému proudu tedy bude nejméně:

1,7 A/2,76 A = 136 A/221 A ≈ 0,62 = 62 %.

S ohledem na tyto skutečnosti je nutno dimenzovat přívodní vedení k pracovištím s PC podstatně důkladněji, než by odpovídalo činnému výkonu a činnému proudu odebíranému pracovišti s PC.

To, jak zvýšit průřezy vedení v takovém případě, uvádí příloha E ČSN 33 2000-5-52 ed. 2. Podle tabulky E.52.1 této přílohy platí, že je-li obsah třetí harmonické ve fázovém proudu větší než 45 %, což je uvedený případ, je volba průřezu založena na proudu nulovým vodičem. Toto zvýšení se uplatní u třífázového napájení.

Proud jednofázového napájení pro jednotlivé pracoviště, tj. proud dvou zatížených vodičů (fázového a nulového) zůstává stejný, jak je vypočítán výše, tj. 2,76 A. Takže u přívodu k jednomu pracovišti, jehož minimální průřez může být 1,5 mm² Cu (ale v souladu s ČSN 33 2130 ed. 3, to je spíš 2,5 mm² Cu) to nehraje podstatnou roli.

Pokud bychom ale uvažovali s přívodem pro všech uvedených 80 pracovišť, měl by být tento přívod proveden třífázově tak, aby zatížení bylo rozděleno rovnoměrně na všechny tři fáze. V takovém případě bude jedna fáze zatěžována proudem 221 A/3 ≈ 74 A, takže podle výše uvedeného je nutno počítat 74 A × 0,62 × 3 = 137 A, což je proud nulovým vodičem a pak je volba velikosti kabelu založena právě na proudu tímto vodičem, o kterém předpokládáme, že protéká i fázovými vodiči. Tomuto proudu musí odpovídat i jištění, jehož jmenovitý proud musí být nejbližší vyšší – tedy 160 A, nebo musí být vybavovací proud I_r tepelné spouště předřazeného jističe nastaven právě na uvedenou hodnotu. V takovém případě, předpokládáme-li, že pro uvedené zatížení bude použit pětižilový kabel (se třemi fázovými, jedním nulovým a jedním nezatíženým ochranným vodičem Cu) izolovaný PVC připevněný ke stěně, způsob uložení C – volíme kabel podle tabulky B.52.4 ČSN 33 2000-5-52 ed. 2 (která platí pro tři zatížené vodiče v kabelu). Podle této tabulky musí být průřez fázových žil i nulové žíly 50 mm² Cu a ochranné žíly 25 mm², popř. mohou být použity čtyři jednožilové kabely 50 mm² Cu pro fáze + nulový vodič a jeden jednožilový kabel 25 mm² Cu pro ochranný vodič; vodiče jsou s izolací PVC ve svazku, způsob uložení C. Je to podstatně větší průřez, než by odpovídal pouze činnému proudu bez harmonického zkreslení 174 A/3 = 58 A, tj. 16 mm² Cu.

V případě, že se pro jištění přívodu použije pojistka na nejbližší vyšší proud k proudu 137 A, tedy pojistka 160 A s charakteristikou gG, bylo by nutné volit pro napájení kabel 4 × 70 mm² (se stejným průřezem fázových žil a nulové žíly) + 35 mm² (žílu PE) nebo svazek jednožilových kabelů s uvedenými průřezy.

Podotýkáme, že pro stanovení průřezů vodičů a jejich jištění jsme použili maximální proudy třetí harmonické, které povoluje norma. Pokud výrobce a dodavatel výpočetní technologie má k dispozici přesnější údaje, které jsou nižší než údaje, které povoluje norma, mohou také průřezy vodičů napájení být nižší, než je odvozeno výše.

K otázce unikajících proudů by Vám měl údaje sdělit dodavatel výpočetní technologie. Podmínky pro připojení k ochrannému uzemnění objektu jsou uvedeny v ČSN EN 60950-1 ed. 2 čl. 5.1. Splnění těchto podmínek by měl zajistit dodavatel technologie. Vzhledem k předpokládanému použití samostatného ochranného vodiče přívodu od vstupu do objektu až do zásuvek pro připojení pracovišť s PC by s tím neměly být problémy.

Při volbě zvýšených průřezů vodičů přívodu, jak je uvedeno výše, by neměly být problémy s jejich zatížitelností. Ovšem v zahraničí právě z hlediska velkého zatížení proudy třetí harmonické se uplatňují filtry, které podstatně tyto proudy redukující. Princip je znázorněný na obrázcích níže:

Filtr složený z paralelní tlumivky a kondenzátoru (naladěný na 150 Hz) podstatně redukuje proud třetí harmonické. Tento filtr musí být dosti robustní. I když vlastně ven by žádný proud třetí harmonické neměl propustit, vnitřkem filtru protéká značný proud. Praktická ukázka takového filtru je znázorněna na následujícím obrázku. S ohledem na úsporu na kabelech přívodu se takový filtr může vyplatit.

Pokud se týká kompenzace jalového proudu, ta se obvykle zřizuje až na základě měření provedených na hotovém elektrickém rozvodu v objektu při jeho normálním fungování. Opět by Vám s tím měl pomoci dodavatel technologie.

 Odpověď zpracoval: Ing. Michal Kříž