ニュース - データセンターディーゼル発電機セットの擬似負荷の選択方法

データセンターのディーゼル発電機セットにおける擬似負荷の選定は、バックアップ電源システムの信頼性に直接影響するため、非常に重要です。以下では、基本原則、主要なパラメータ、負荷の種類、選定手順、そしてベストプラクティスを網羅した包括的なガイドをご紹介します。

1. コアとなる選定原則

擬似負荷の基本的な目的は、ディーゼル発電機セットの包括的な試験と検証のために実負荷をシミュレートし、主電源障害発生時にディーゼル発電機セットが直ちに重要な負荷全体を担えることを確認することです。具体的な目標は以下のとおりです。

カーボン堆積物の燃焼除去：ディーゼルエンジンでは、低負荷または無負荷運転により「ウェットスタッキング」現象（未燃焼燃料とカーボンが排気系に蓄積する現象）が発生します。誤った負荷をかけることでエンジンの温度と圧力が上昇し、これらの堆積物を完全に燃焼除去することができます。
性能検証: 発電機セットの電気的性能 (出力電圧、周波数安定性、波形歪み (THD)、電圧調整など) が許容限度内かどうかをテストします。
負荷容量テスト: 発電機セットが定格電力で安定して動作できることを確認し、突然の負荷の適用と遮断を処理する能力を評価します。
システム統合テスト: ATS (自動転換スイッチ)、並列システム、制御システムとの共同試運転を実施し、システム全体が一体となって動作することを確認します。

2. 主要なパラメータと考慮事項

擬似負荷を選択する前に、次の発電機セットとテスト要件パラメータを明確にする必要があります。

定格出力（kW/kVA）：擬似負荷の総電力容量は、発電機セットの総定格電力以上である必要があります。通常、過負荷試験を行うために、発電機セットの定格電力の110%～125%を選択することをお勧めします。
電圧と位相: 発電機の出力電圧 (例: 400V/230V) と位相 (三相四線) が一致している必要があります。
周波数（Hz）：50Hzまたは60Hz。
接続方法: 発電機の出力にどのように接続しますか? 通常は、ATS の下流または専用のテストインターフェイスキャビネットを介して接続します。
冷却方法：
- 空冷: 低～中電力 (通常 1000kW 未満) に適しており、コストは低くなりますが、騒音が大きく、機器室から熱気を適切に排出する必要があります。
- 水冷: 中〜高出力に適しており、静かで冷却効率も高いですが、サポート用の冷却水システム (冷却塔またはドライクーラー) が必要なので、初期投資が高くなります。
制御および自動化レベル:
- 基本制御: 手動ステップのロード/アンロード。
- インテリジェント制御：プログラム可能な自動負荷曲線（ランプ負荷、ステップ負荷）、電圧、電流、電力、周波数、油圧、水温などのパラメータのリアルタイム監視と記録、テストレポートの生成。これは、データセンターのコンプライアンスと監査にとって非常に重要です。

3. 主な偽装荷物の種類

1. 抵抗負荷（純能動負荷P）

原理: 電気エネルギーを熱に変換し、ファンまたは水冷によって放散します。
利点: 構造がシンプルで、コストが低く、制御が容易で、純粋な有効電力を供給します。
デメリット: 有効電力 (kW) のみをテストでき、発電機の無効電力 (kvar) 調整能力をテストすることはできません。
適用シナリオ: 主にエンジン部品 (燃焼、温度、圧力) のテストに使用されますが、テストは不完全です。

2. 無効負荷（純無効負荷Q）

原理: インダクタを使用して無効電力を消費します。
利点: 無効負荷を提供できます。
デメリット: 通常は単独では使用されず、抵抗負荷と組み合わせて使用されます。

3. 複合抵抗/無効負荷（R+L負荷、PとQを提供）

原理: 抵抗器バンクとリアクタバンクを統合し、アクティブ負荷とリアクティブ負荷を独立して、または組み合わせて制御できるようにします。
メリット：データセンターに最適なソリューションです。実際の混合負荷をシミュレートし、AVR（自動電圧調整器）や調速機システムを含む発電機セット全体の性能を包括的にテストできます。
デメリット: 純粋な抵抗負荷よりもコストが高くなります。
選択に関する注意: 調整可能な力率 (PF) の範囲に注意してください。通常、さまざまな負荷特性をシミュレートするには、0.8 遅れ (誘導性) から 1.0 まで調整する必要があります。

4. 電子負荷

原理: パワーエレクトロニクス技術を使用してエネルギーを消費するか、電力網に送り返します。
利点: 高精度、柔軟な制御、エネルギー再生(省エネ)の可能性。
デメリット: 非常に高価で、高度なスキルを持ったメンテナンス担当者が必要であり、信頼性についても考慮が必要です。
適用シナリオ: データセンターでのオンサイト保守テストよりも、研究所や製造工場に適しています。

結論: データセンターでは、インテリジェントな自動制御機能を備えた「複合抵抗/無効電力 (R+L) 擬似負荷」を選択する必要があります。

4. 選考手順の概要

試験要件の決定：燃焼試験のみですか、それとも全負荷性能認証が必要ですか？自動試験レポートは必要ですか？
発電機セットパラメータの収集: すべての発電機の合計電力、電圧、周波数、およびインターフェースの場所を一覧表示します。
擬似負荷タイプの決定: R+L、インテリジェント、水冷擬似負荷を選択します (電力が非常に小さく、予算が限られている場合を除く)。
電力容量の計算：総負荷容量 = 最大単体電力 × 1.1（または1.25）。並列システムをテストする場合、容量は並列システム全体の電力以上である必要があります。
冷却方法を選択:
- 高出力 (>800kW)、機器室のスペースが限られている、ノイズに敏感: 水冷を選択してください。
- 電力が低い、予算が限られている、十分な換気スペースがある: 空冷を検討できます。
制御システムの評価:
- 実際の荷重エンゲージメントをシミュレートするには、自動ステップローディングをサポートする必要があります。
- すべての主要パラメータの曲線を含む標準テストレポートを記録して出力できる必要があります。
- インターフェースは、ビル管理またはデータセンターインフラストラクチャ管理 (DCIM) システムとの統合をサポートしていますか?
モバイル設置と固定設置の比較:
- 固定設置：インフラの一部として、専用の部屋またはコンテナに設置します。固定配線、容易なテスト、すっきりとした外観。大規模データセンターに最適です。
- 移動式トレーラー搭載型：トレーラーに搭載することで、複数のデータセンターやユニットにサービスを提供できます。初期コストは低くなりますが、導入が煩雑で、保管スペースと接続作業が必要になります。

5. ベストプラクティスと推奨事項

テストインターフェイスの計画: テスト接続を安全、シンプル、標準化するために、配電システムの擬似負荷テストインターフェイスキャビネットを事前に設計します。
冷却ソリューション: 水冷式の場合は、冷却水システムの信頼性を確保します。空冷式の場合は、熱い空気が機器室に再循環したり、環境に影響を与えたりしないように、適切な排気ダクトを設計する必要があります。
安全第一：偽装品は非常に高温になります。過熱保護装置や緊急停止ボタンなどの安全対策を講じる必要があります。オペレーターは専門的な訓練を受ける必要があります。
定期テスト：Uptime Institute、Tier規格、またはメーカーの推奨事項によると、通常は毎月定格負荷の30%以上で稼働し、年に一度は全負荷テストを実施します。この要件を満たすには、擬似負荷テストが重要なツールとなります。

最終勧告:
高可用性を追求するデータセンターでは、擬似負荷でコストを節約すべきではありません。適切な規模の固定式で、R+L、インテリジェントな水冷擬似負荷システムへの投資は、重要な電力システムの信頼性を確保するために不可欠な投資です。これにより、問題の特定、障害の防止、そして包括的なテストレポートによる運用、保守、監査の要件への適合が可能になります。