مراكز التحكم بالمحركات (MCCs)

ما هو مركز التحكم بالمحركات؟

مركز التحكم بالموصلات (MCC) هو مجموعة من المخازن المصنوعة في المصنع: تسمى مخازن (buckets): مثبتة على إطار مشترك. كل مخزن هو وحدة مستقلة تحتوي على مفاتيح دفع المحرك و защفة الدائرة و كابلات التحكم لمنظومة الدائرة الخاصة بمحرك.

تتميز مخازن MCC الرئيسية العرضية (bus bar) بوجود شريط معدني يمتد طولها عند الترددات القياسية (عادة 480V ثلاثي التردد). كل مخزن يلتزم بشريط الباص ويستمد الطاقة ويوزعها على تحميل المحرك الخاص به. تتميز هذه الترتيب بتنظيم كابلات التحكم بالموصلات في مكان واحد بدلاً من تشتيتها في المبنى.

أنواع المخازن

- مخزن مفاتيح مزيج: مفاتيح إيقاف/بدء مع مفاتيح دفع محرك مغناطيسي (مفاتيح + عتلة التحميل). المعيار لجميع المحركات الثابتة السرعة.

- مخزن محرك متغير التردد (VFD): يحتوي على محرك متغير التردد + حماية الدخل. للمحركات التي تحتاج إلى التحكم في السرعة (المضخات والطائرات والمضخات).

- مخزن مفاتيح المبتدئين الرفيعة: يقيد تيار الشروع عند بدء تشغيل المحرك. أقل تكلفة من VFD حيث لا يحتاج إلى التحكم في السرعة فقط بدء سلس.

تخطيط قدرة الباص

يتم تصنيف الباص الرئيسي لتيار مستمر أقصى: عادة 400A، 600A، أو 800A. جميع المخازن التي تستمد التيار تشارك في الباص. إضافة التحميل بدون التحقق من قدرة الباص قد يؤدي إلى تشغيل الباص الزائد مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة و إخفاق絮 الصمام أو النار.

NEMA vs IEC ratings: مفاتيح NEMA للمحركات هي المعتمدة في التطبيقات الأمريكية، بشكل عام أكثر تحفظاً (كبيرة، أكثر صلابة). مفاتيح IEC شائعة في معدات التصميم الأوروبي وهي أصغر ولكنها تتطلب تقييم دقيق أكثر.

محركات متغيرة التردد

كيف يعمل VFD

تحتكر محركات متغيرة التردد (VFD) سرعة المحرك بتغيير تردد وطاقة التيار المتردد المقدم للمحرك. يحدث العملية في ثلاث مراحل:

1. مستعرض: يتحول التيار المتردد المقبل إلى التيار المستمر باستخدام جسر الديود.

2. دائرة DC: تُستَشِير وتُحْصِن الطاقة المستمرة في المكابلات.

3. الإنفرتر: يستخدم الأيونات المرتفعة الجهد (IGBT) لتكوين موجة جهدية جديدة عند التردد المرغوب فيه والمستوى.

تتناسب سرعة المحرك مباشرة مع التردد: الدوار (RPM) = (120 × f) / عدد الأقطاب. محرك قياسي 4 أقطاب يعمل ب 60 هرتز بسرعة 1800 دورة في الدقيقة (مزامنة). عند 30 هرتز يعمل بسرعة 900 دورة في الدقيقة.

يقوم جهاز تحكم التردد المتناوب (VFD) بتوفير نسبة ثابتة من V/Hz للحفاظ على مغناطيسية محرك الأقراص. إذا انخفض التردد نصفًا، انخفض الجهد أيضًا بنسبة نصف: في غير ذلك، سيجتاح серд المحرك ويزيد من حرارته.

###節能在離心負載上

泵、风扇和压缩机是離心負載。它們的功耗按照親和法則遞減，特別是立方法則：

功率∝(速度)³

將馬達速度降低到全速的80%，功率將降低到0.8³ = 0.512：只需全速功率的51%。這就是為什麼VFDs在HVAC風扇和水循環泵上能實現顯著節能。

與調節比對照這一點：泵的機械閥降低流動性，但浪費能量作為壓力損失通過閥。泵機器仍然工作得幾乎像以前一樣，僅僅是對抗限制。VFD降低了由引擎實際完成的工作。

VFD的副作用

VFDs產生諧波：高頻電流扭曲，通過上游傳輸。諧波導致變壓器過熱，可能損壞其他設備，並在中性導線上（第三諧波在中性線上相加，而不是抵消）。線圈感抗器（在VFD輸入系列的感抗器）可以減少諧波注入。大的安裝可能需要活躍的諧波過濾器。

數據中心電力路徑

從網格到伺服器

數據中心的電力系統是一個精心設計的鏈條。每個鏈接將電力轉換、調節或保護，然後將其傳遞給下一個階段：

公用事業供應→ 中壓電力從網格中獲得（通常為12kV：35kV取決於供應商)

變壓器→ 降壓至分配電壓（通常為480V三相中等數據中心，13.8kV為大型超級計算)

مكائن التبديل → التوزيع الرئيسي، الحماية بالتناوب، القياس، نقل المولد في حالة انقطاع التيار

مصدر الطاقة المستمر غير المتقطع (UPS) → يتحكم في توفير الطاقة وتغطي الفجوات أثناء انقطاع التيار الكهربائي. يقدم البطاريات دقائق من التشغيل بينما يتم إطلاق المولدات.

وحدة توزيع الطاقة (PDU) → توزيع الطاقة على مستوى السطر أو مستوى الخزانة. تقليل التيار من 208V أو 120V لخادمات الكمبيوتر. قد يحتوي على قياس مستوى الدائرة.

خزانة → خادمات متعددة التغذية مع توفيرين من مستقلين، واحدة على كل تغذية.

درجات التكرار

يقدم معهد وقت التشغيل أربعة درجات بناءً على التكرار والصمود أمام الأخطاء:

- درجة Tier I: مسار طاقة واحد، لا توجد تكرارات. 99.671% من وقت التشغيل (حوالي 28.8 ساعة انقطاع سنوياً).

- درجة Tier II: إضافة مكونات الطاقة المتعددة (N+1). 99.741% من وقت التشغيل.

- درجة Tier III: أجهزة طاقة متعددة نشطة، فقط جهة واحدة نشطة في وقت واحد. قابلية الصيانة المتزامنة. 99.982% من وقت التشغيل (حوالي 1.6 ساعة في السنة).

- درجة Tier IV: متكامل ومستدام للخطأ، 2N أو 2(N+1). 99.995% من وقت التشغيل (حوالي 26 دقيقة في السنة).

N يعني ما يحتاجه بالضبط. N+1 يعني واحدة إضافية. 2N يعني نظامين كاملين يتمكنان من حمل 100% من الحمل.

دمج UPS وبرودير

ترتيبات UPS

هناك ثلاثة أنماط من UPS تخدم احتياجات مختلفة:

- مغلق / متعطّل: يعمل المبدل في حالة التشغيل العادي. عند حدوث انقطاع في التوريد، يتم نقلها إلى البطارية في حوالي 8-20 مللي ثانية. تكلفة منخفضة، شائع في أجهزة المكتبات والمنزل الصغيرة. لا يتم استخدامها في مراكز البيانات.

- تفاعلي بالخط: يضيف محول تردد كهربائي تلقائي (AVR) لتعامل مع الانخفاض والارتفاع بدون نقل إلى البطارية. زمن النقل حوالي 4-8 مللي ثانية. شائع في غرف الخادم الصغيرة.

- تفاعلي على الإنترنت بالتحويل الدوائي: تحويل التيار المستقبلي إلى كهرباء ثم إلى كهرباء بواسطة المبدل. يتم تشغيل الحمل دائمًا من المبدل. لا يوجد وقت نقل عند حدوث انقطاع في التوريد لأن المبدل لا يغلق أبداً. المعيار الصناعي لجميع الحمل الحرجة في مركز البيانات.

تقنيات البطاريات: البطاريات التقليدية VRLA (البطاريات المعدنية المليئة بالهواء ذات العمود المفتوح) ثقيلة وغزيرة ومستحقة استبدالها كل 4-5 سنوات. البطاريات الليثيوم-يون تُشحن بسرعة تصل إلى 8-10 سنوات، وتبلغ 40% أقل من وزنها، وتتحمل درجات حرارة أعلى: مما يقلل من تكاليف التبريد. الفائدة المالية الرأسمالية تقلص.

كفاءة استخدام الطاقة في مركز البيانات (PUE)

PUE يقيّم كفاءة مركز بيانات في استخدام الطاقة:

**PUE = الطاقة الكلية للمركز / الطاقة المعدنية للجهاز

PUE مثالي هو 1.0 يعني أن 100% من الطاقة المأخوذة من الشبكة تصل إلى الخادم. في العملي، يتم تحويل الطاقة من خلال محولات، وأنظمة UPS، ووحدات توزيع الطاقة، ومكثفات: كل منها يفقدها بعض الطاقة كحرارة.

- PUE 1.1: كفاءة مركز بيانات هائل (جوجل، مايكروسوفت). تكنولوجيا بديعة للتبريد وتبديل الطاقة.

- PUE 1.4-1.5: مركز بيانات تجاري عادي.

- PUE 2.0+: مراكز بيانات قديمة أو غير مديرة بشكل جيد. نصف الطاقة المأخوذة من الشبكة هي تكاليف الإقامة.

التبريد هو أكبر مستهلك للطاقة غير المتصلة بالإنترنت: عادةً ما يكون 30-40% من الطاقة الكلية للمركز. وحدات CRAC (تكييف الغرفة الحاسوبية)، ومكثفات، ووحدات التبريد بالطوابير، ومضخات كلها تستهلك طاقة كبيرة. استراتيجيات مثل حزمة الأعمدة الساخنة / الأعمدة الباردة، ووضعيات التكيف بالهواء، والتبريد بالماء تقلل النسبة المئوية للتبريد.

خطورة flash المضطرب

الطاقة في flash المضطرب

flash المضطرب هو إطلاق مفاجئ وعنيف للطاقة الكهربائية عبر قناة المضطرب: قناه بلازما من الهواء الميونيز بين الموصles أو بين الموصلة والتراب. يمكن أن تصل درجات الحرارة في flash المضطرب إلى 35,000 درجة فهرنهايت: ثلاثة أضعاف درجة حرارة سطح الشمس (10,000 درجة فهرنهايت). تتضمن الاندفاع في flash المضطرب حرارة ساطعة، و موجة ضغط، و حديد مelted.

flash المضطرب هو السبب الرئيسي في الحروق الكهربائية الشديدة والسبب الرئيسي في وفيات الكهربائية. يحدث معظم الحالات خلال العمل المتصلك، قياس فولت، إدخال مفاتيح، تشغيل مفاتيح مع فتح الأغطية.

متطلبات NFPA 70E

NFPA 70E (المعايير الكهربائية 70E للحماية من الحروق الناجمة عن التفريغ) تحكم الحماية من الحروق الناجمة عن التفريغ. قبل أي عمل متصل بالطاقة، يجب أن تقوم تحليل مخاطر الحروق الناجمة عن التفريغ لتحديد:

- طاقة الحادث: الطاقة المسلطة على سطح معين بارتفاع محدد، مقاسة بالكالوري/سم² (الكالوري لكل سنتيمتر مربع).

- حد الحادث: المسافة التي تبلغ فيها طاقة الحادث 1.2 كالوري/سم². في هذه المسافة يمكن للعامل تلقي حروق ثانوية قابللة دون معدات الحماية الشخصية.

- حد الاقتراب المحدود: يُسمح لكهربائيين مؤهلين فقط (غير المُحترفين لا يُسمح لهم عبور هذا الحد دون إشراف).

- حد الاقتراب المحدود: يتطلب معدات حماية شخصية معززة من الحروق ومؤشرات إضافية.

فئات المعدات الحمائية الشخصية

يحدد المعيار 70E من NFPA أربعة فئات من المعدات الحمائية الشخصية بناءً على طاقة الحادث:

- الفئة 1: 4 كالوري/سم² على الأقل. قميص وسراويل معززة من الحروق، وغطاء وجه، وقبعة صلبة.

- الفئة 2: 8 كالوري/سم² على الأقل. ملابس معززة من الحروق، وغطاء وجه معزز من الحروق أو خوذة الحادث، ومضلات معززة من الحروق.

- الفئة 3: 25 كالوري/سم² على الأقل. سترة حادث، وغطاء وجه معزز من الحروق، ومضلات معززة من الحروق.

- الفئة 4: 40 كالوري/سم² على الأقل. نظام سترة الحادث الكامل.

تحدد علامات معدات التشغيل طاقة الحادث والمجموعة الفنية المطلوبة. الخطة المفضلة دائمًا هي إزالة الطاقة وإغلاقها قبل العمل. العمل المتصل بالطاقة يتطلب تصريحًا مكتوبًا للعمل المتصل بالطاقة.

أحوال العمل

الكهرباء الصناعية مقابل السكنية

كهربائيو المنازل يربطون المنازل. كهربائيو الصناعة يربطون المصانع ومحطات معالجة المياه والمستشفيات ومراكز توليد الطاقة. تتفاوت الأجور لتجربة الخبرة بين كهربائيي الصناعة في الولايات المتحدة الذين يكسبون 30-45 دولارًا في الساعة كفنيين؛ الكهربائيون السكنيون يكسبون 22-35 دولارًا في الساعة في أسواق مماثلة.

مسار التقدم

خادم (سنين 1-4) → راكع (مرخص، سنين 4-8) → كهربائي رئيس (مرخص، سنين 8+) → قائد الفريق (يقود فريق عمل) → مدير المشروع / مهندس كهربائي

تجمع برنامج تدريب الـ IBEW (الجمعية الدولية للعمال الكهربائيين) بين التعليمات الدراسية والتدريب على العمل في الميدان لمدة أربعة سنوات. يؤدي معظم المقاولين في IBEW إلى دفع رواتب العاملين في التدريب بالإضافة إلى مزايا التأمين من اليوم الأول. توجد فرص التدريب غير المنظمة (مفتوحة) من خلال NECA & IEC.

التخصصات الجديرة بالمعرفة

- التحكم والتحليلات (I&C): الحساسات والمرسلات واللوحات المنطقية والأنظمة SCADA. هناك تطلب كبير في مجالات النفط والغاز وصناعة الطعام وتreatment المياه. يتطلب المزيد من الدراسة في نظرية التحكم.

- خبير مركز البيانات: أنظمة الطاقة الحرجة وUPS وPDU ودمج التبريد والكابلات المنسقة. يزداد بشكل كبير مع توسع السحاب. يتم الاعتراف بشهادة BICSI وRCDD.

- مهندس أنظمة الطاقة: أنظمة التروس الكهربائية والتحكم بالتوزيع والتحليلات قصيرة الدائرة ودراسات انفجار الأーク. يتطلب ترخيص المهندس في معظم الولايات لطبع الوثائق الهندسية.

- مهندس استقبال (CxA): يؤكد أن أنظمة المبنى يتم تثبيتها وتنفيذها وتشغيلها وإجراء الاختبارات كما تم تصميمها. يعمل لصالح مالك المبنى وليس المقاول. دخل مرتفع ومتطلب بالسفر.

الشهادات ذات الأهمية

- NFPA 70E: شهادة السلامة من انفجار الأーク (مطلوبة من قبل العديد من الموظفين الصناعية)

- OSHA 30: سلامة الصناعة العامة والبناء (دورة 30 ساعة)

- BICSI RCDD: مصمم مرخص للاتصالات (مراكز البيانات)

- NABCEP: شهادة تركيب أنظمة الطاقة الشمسية

- شهادة PE: مطلوبة لطبع الرسوم الهندسية في دورات الأنظمة الكهربائية