Column - Ronald Timmermans

In de nieuwe DatacenterWorks

• Comeback voor vloeistofkoeling
• Minkels lanceert Next Generation Corridor
• Socomec eist aandeel Nederlandse UPS-markt op
• Oskomera scoort met duurzame kwaliteit

Op zoek naar eerdere nummers van DatacenterWorks?

Volg ons op YouTube en Twitter

 Nieuws

print

20-06-2009

Lage powerfactor drukt elektriciteitsrekening

Tijdens een cursus over het ontwerpen van datacenters werden vragen gesteld over de vermogensfactor. Enkele IT-managers vroegen zich af waarom ze moesten berekenen hoeveel stroom ze nodig hebben, terwijl leveranciers van UPS-systemen en generatoren de mysterieuze term ‘kVA’ hanteren bij de verkoop van hun producten. Waarom is die vermogensfactor belangrijk? En wat drukt die factor uit?

Wisselstroom (AC) wordt geleverd met een frequentie van 50 Hz, wat betekent dat de polariteit van de stroom en het voltage vijftig keer per seconde veranderen. Vermogen, gemeten in watt, wordt vaak berekend door de spanning (volt) te vermenigvuldigen met de stroom (ampère). Maar dit kan alleen voor een DC-voeding (gelijkstroom). Stroom in AC-circuits is eigenlijk volt maal ampère maal de cosinus van de fasehoek tussen de spanning en de golfbewegingen van de stroom. De in graden gemeten ‘powerfactor’ (PF) wordt dan geclassificeerd als de cosinus van het verschil van deze hoekverplaatsingen. De ‘echte stroom’ is dus de spanning maal de stroom maal de vermogensfactor.

Waarom faseverschil?

Je vraagt je misschien af waarom er een faseverschil is? Als het circuit zuiver resistieve eigenschappen zou hebben, zou er geen verschil zijn. Maar in de praktijk heeft elk circuit de neiging eruit te zien als een condensator of een inductor en de ‘impedantie’ tot de stroomtoevoer is dan ‘reactief’. Als een circuit eruit ziet als een condensator, dan kunnen we dat het beste vergelijken met een grote emmer die staat te wachten om te worden gevuld met elektronen. Als de spanning begint te stijgen, gaat de stroom lopen en vult de emmer snel met elektronen. Als de spanning zijn hoogtepunt bereikt, zal de stroomtoevoer afnemen, omdat de emmer bijna vol is. Als de polariteit van de spanning verandert, lijkt het alsof de emmer wordt leeggegooid en de elektronen eruit stromen. ‘Capacitieve belasting’ is dan ook een leidende vermogensfactor, omdat de stroom het voltage lijkt te overheersen.

Als de lading eruit ziet als een inductor, zoals dat het geval is bij elke elektromotor en transformator, dan zal de stijgende spanning een stroomtoename afdwingen tegen de weerstand in van het magnetische veld dat wordt opgebouwd rondom de conductor. Bij een ‘inductieve belasting’ legt de stroom het dus af tegen de spanning.

Powerfactor.

Overdimensionering

Waarom maken we ons hier druk om? We denken dat we de energieleverancier betalen per kWh, maar vaak betalen we voor de ‘kVAh’. Bij een vermogensfactor van 90 % betekent dit dat er wordt betaald voor 10 % meer elektriciteit dan er daadwerkelijk wordt verbruikt. Niet zo’n punt bij 30 kW, maar bij 3 MW betekent dat jaarlijks 200.000 euro extra op de elektriciteitsrekening!

Het punt is dat we door de kwestie met de PF de UPS en de generator, die stand-by staat, zullen moeten overdimensioneren. Volgens de fabrikanten is het doorgaans ten minste 5 – 20 % voor de UPS en 20 % voor de dieselgenerator. Een 1.000 kVA-generator zou normaal worden ‘beoordeeld’ op 800 kW uitgaande van een PF van 0,8.

Als we kijken naar kwalitatief goede IT-apparatuur dan mogen we een PF verwachten van tussen de 0,95 en 0,98. Hierbij moten we wel bedenken dat een vermogensfactor van 1 zou betekenen dat er helemaal geen verliezen zijn. Een cijfer van minder dan 0,8 staat gelijk aan het verbranden van geld.

Maar hoeveel IT-managers letten bij de aanschaf van apparatuur op de PF? Goedkope servers en switches bieden meestal een bedroevende PF en weinig efficiënte voedingen. De nieuwste, grote bladecenters presenteren juist een uitstekende PF aan de UPS en/of de generator. Maar, om nogal technische redenen kunnen UPS-systemen en generatoren slecht omgaan met uiteenlopende vermogensfactoren. Deze systemen kunnen beter overweg met vermogensfactoren die de 80 % nog niet eens halen.

Dat is ook meteen de reden waarom de leveranciers van UPS-systemen en generatoren ‘kVA’ op hun eenheden plakken: voor deze leveranciers is het onbekend met wat voor powerfactor de apparatuur te maken krijgt. kVA is de enige eenduidige meting die ze kunnen presenteren.

Verbeteren powerfactor

Wat kunnen we doen om de PF in het datacenter te verbeteren? Want, zoals we hebben kunnen zien, kan een lage PF ervoor zorgen dat de energierekening 20 % hoger uitvalt.

• Schaf apparatuur aan met een hoge powerfactor. Dat geldt niet alleen voor de IT-apparatuur, maar ook voor de UPS- en HVAC-eenheden. Moderne UPS-systemen zonder transformator hebben een betere PF dan de traditionele ontwerpen en de roterende systemen zijn nog efficiënter.
• Overweeg een correctie van de powerfactor voor de gehele site. Dit betekent in de praktijk een zeer grote condensator parallel gemonteerd met de stroom die het datacenter binnenkomt. Als we ervan uitgaan dat het totaal van alle apparatuur in het datacenter een achterblijvende powerfactor laat zien (dat wil zeggen inductieve belastingen), dan zal de toevoeging van een ‘power factor correction condensator’ de inductieve invloeden minimaliseren en zorgen voor een verbetering van de PF, zoals die wordt gepresenteerd aan het lichtnet. Dergelijke apparaten hebben een terugverdientijd van doorgaans achttien maanden.
• Specificeer ict-voedingen die voldoen aan de voedingsprestaties, zoals die zijn omschreven door Energy Star en/of 80Plus.

2. Energy Star-rating voor kleine servers.

De Energy Star-rating voor kleine servers kwam uit op 15 mei 2009. In 2010 zal nog een standaard inwerking treden en de overige standaard voor MES en grote servers zal in werking treden in 2010. De Europese Unie heeft zich gecommitteerd aan de invoering van de Energy Star-norm.

Barry Elliott (RCDD) is werkzaam bij het Britse adviesbureau Capitoline

Terug