Considerazioni su scelta e progettazione di sistemi UPS di elevata potenza in Data Center Tier III e IV

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1 Considerazioni su scelta e progettazione di sistemi UPS di elevata potenza in Data Center Tier III e IV Presentato da: Anna Bruno ATME Srl (partner Hitec Power Protection) Massimo Mattioli Verizon Business

2 Il nostro messaggio Con gli UPS rotanti è possibile: ridurre perdite spazio (a parità di potenza installata) costi totali (investimento + esercizio) aumentare disponibilità & affidabilità potenza installata (sistemi in MT) migliorare l ecocompatibilità

3 Principali argomenti Trend dei Data Center Soluzioni con UPS statici Soluzioni con UPS rotanti Principali differenze Vantaggi di costo ed ecocompatibilità degli UPS rotanti Esempi di installazioni Hitec Domande e risposte

4 Il trend ICT Il trend ICT condiziona la scelta degli UPS Global server Aumento di hosting e co-location Data centers Tier 3 e 4 Continuo aumento di Watt/m 2 - DC ecologici (meno perdite - no batterie) condiziona la scelta degli UPS: DC con sistemi UPS sempre più grandi e quindi in MT Richiesta maggiore affidabilità Risparmio energetico Eliminazione residui tossici

5 Sistema UPS statico GE UPS statico Batterie Aria condizionata Un sistema UPS backup di breve periodo backup di lungo periodo alimentazione di qualità Filtri per le armoniche / Sistemi di rifasamento

6 Caratteristiche degli UPS statici Costi generano armoniche e RFI = richiedono filtri - backup solo di breve periodo = richiedono GE vita utile ridotta sistemi poco efficenti Spazio il sistema completo richiede molto spazio Affidabilità il sistema completo ha molti componenti il parallelo di molte unità riduce l affidabilità limitata capacità di sovraccarico e di sostentamento delle correnti di cc

7 Caratteristiche degli UPS a batteria È richiesto il condizionamento delle sale Le batterie possono produrre gas esplosivi Problemi di smaltimento (rifiuti chimici) Capacità funzione del numero di ricariche: alto numero di ricariche = ridotta capacità Richiedono idonee sale batterie per evitare rischi ambientali Vita attesa delle batterie da 5 a 8 anni

8 Il D-UPS dove e quando nasce? Hitec: dal 1894 nella power tecnology Hitec: dal 1956 nella power protection Hitec: nel 1969 ha introdotto nel mondo il primo UPS rotante con motore Diesel

9 Sistemi UPS rotanti macchina sincrona unità cinetica motore diesel

10 Il rotore esterno (rosso) é collegato alla macchina sincrona e all innesto a ruota libera. (1500 rpm) Unità cinetica: il cuore del D-UPS Il rotore interno (giallo) é montato su cuscinetti e immagazzina l energia cinetica. ( rpm)

11 Il diesel è fermo in presenza di rete prelubrificazione + preriscaldo + 2 motorini di avviamento + volano alleggerito + avviamento senza carico = avviamento sicuro e veloce

12 Affidabilità dell avviamento Diesel preriscaldato, prelubrificato e con volano alleggerito parte a vuoto fino ai rpm Ridondanza nell avviamento - Doppio motorino avviamento - Doppio sistema di batterie ( optional ) - Sistema ausiliario di avviamento ( optional ) Sistema di monitoraggio della tensione batterie di avviamento Alimentazione gasolio per gravità dal serbatoio di servizio Riempimento automatico del serbatoio di servizio ridondante

13 D-UPS filtro per le armoniche filtra le armoniche provenienti dalla rete e quelle generate dal carico (filtro a T) elimina i disturbi di rete Rete Carico NB + fattore di potenza = 1

14 Elevate correnti di corto circuito macchina sincrona sovradimensionata (potenza circa doppia) per garantire correnti di guasto confrontabili a quelle dei trasformatori l andamento delle correnti di guasto (corto circuito a valle del DUPS) in normal operation o in funzionamento diesel sono molto simili si può quindi utilizzare un unico criterio di selettività delle protezioni a valle del sistema

15 Carichi capacitivi I D-UPS possono lavorare con carichi leggermente capacitivi (cos φ > 0,8) La potenza in uscita è limitata: con PF positivo dai valori di corrente nel rotore e nello statore con PF negativo dalla stabilità della macchina sincrona

16 Affidabilità e disponibilità L affidabilità dipende da: Numero dei componenti Probabilità di guasto dei singoli componenti La disponibilità dipende da: Affidabilità del sistema UPS Tempo per la manutenzione e la riparazione guasti

17 D-UPS solo 5 componenti principali nessuna elettronica di potenza Rete Interruttore di bypass Q3 Induttanza Ruota libera Macchina sincrona Alimentazione carichi Motore diesel Giunto a induzione e volano

18 MTBF dei componenti COMPONENTE MTBF (h) Interruttore di ingresso Interruttore di uscita Circuito di by-pass Induttanza di accoppiamento Innesto a ruota libera Giunto a induzione Macchina sincrona Motore diesel Ausiliari e controllo

19 MTBF del sistema con bypass Numero di unità in parallelo MTBF senza ridondanza MTBF Con 1 unità ridondante 1 macchina 42,2 anni 2 macchine 32,7 anni 53,1 anni 3 macchine 27,2 anni 51,3 anni

20 Perdite dei sistemi UPS perdite <4% 100% >96% perdite >9% 100% <91% Air Conditioning UPS Inverters PFC Standby Batteries

21 Costo delle perdite elettriche Costo di 1 kwh = 0,11 /kwh Costo perdite di 1 kw in un anno (8750 h) 1 kw x 8750 h x 0,11 /kwh = 962,5 /anno risparmio 1 kw 10 kw 1 anno 962, anni anni

22 esempio :1500 kva kw soluzione UPS statico 9% di 1200 kw = 108 kw soluzione UPS dinamico 4% di 1200 kw = 48 kw risparmio: = 60 kw 962,5 /anno x 60 kw = /anno /10 anni Maggiore efficenza = minor costo di esercizio

23 esempio: 2000 kva 1600 kw soluzione UPS statico 9% di 1600 kw = 144 kw soluzione UPS dinamico 4% di 1600 kw = 64 kw risparmio: = 80 kw 962,5 /anno x 80 kw = /anno /10 anni Maggiore efficenza = minor costo di esercizio

24 Come realizzare un sistema UPS GE di emergenza D-UPS HITEC UPS statici PFC Switchboards Air Conaria condizionata UPS Inverters batterie Spark-proof Lighting Busduct & Cabling Fire Protection & Security

25 Minor spazio utilizzato GE di emergenza + quadro UPS Inverter + Batterie D-UPS HITEC richiedono dal 40% al 60% in meno di superficie Aria condizionata & PFC

26 Confronto spazio richiesto UPS statico + GE 2 x (3 x 500 kva UPS statici) 4 x 2 MVA GE in MT quadro di parallelo sistemi ausiliari sistema di raffreddamento Superfice richiesta 750 m²

27 Confronto spazio richiesto UPS dinamico Hitec 4 x 2 MVA D-UPS in MT quadri completamente integrato nella rete di distribuzione in MT esistente Spazio risparmiato 350 m² (pari al 45%)

28 Caratteristiche dei sistemi D-UPS Alimentazione da un unica macchina Minor spazio richiesto Possibilità di installazione in container Funzionamento: fino a 40 C senza detaratura Sopportano elevate correnti di corto circuito (fino a 13 x In ) Filtrano le armoniche verso il carico e verso la rete Non creano armoniche Sistemi in BT e in MT -> potenze elevate Elevati rendimenti (fino al 97%) Non utilizzano batterie Elevatissima affidabilità Vita attesa: oltre 25 anni

29 GREEN DC D-UPS Hitec Benefici ecologici Migliori rendimenti minori consumi di energia Filtra le armoniche Rifasa il carico Espandibilità no sistemi ausiliari no sistemi PFC uso dell energia solo quando richiesto Senza batterie No sale batterie nessun rifiuto speciale riduce rischi ambientali

30 E una tecnologia utilizzata? unità Hitec per oltre kva kva kva kva kva kva kva EU 40% Asia-Pac 27% America s 24% MEA 9% kva

31 Grande esperienza nei sistemi in MT Nel 1996 Hitec ha installato le prime 4 unità in MT da 1600 kva ciascuna e il trend è in continua crescita

32 TOP 5 Data centre Telecom Finance Aviation Semiconductor

33 10 x 2MVA at MV 50 Hz. on rooftop in 2N

34 10+10 x 1,800 kva at 22.8kV 60 Hz 36 MVA

35 UTI Tier III Certified DataCenter 7 x 1670kVA at 11 kv 50 Hz. (N+1) configuration

36 UTI Tier III Certified DataCenter

37 UTI Tier IV Certified DataCenter 8 x 2200kVA at 11 kv 50 Hz. 2(N+1) configuration

38 UTI Tier IV Certified DataCenter

39 UTI Tier IV Certified DataCenter

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49 Due domande per Voi: Perchè i singoli DC in Italia sono così piccoli? Non si realizzerebbero notevoli economie di scala con meno DC ma più grandi?

50 Grazie per la Vostra attenzione

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