Elektrische voeding van IT systemen
Overzicht van deel 7 Reglementering - Kwaliteitsmerk Beveiliging tegen overstroom Bescherming tegen elektrische schokken Keuze van het UPS systeem Aarding en afscherming Elektrische voeding van IT systemen 2
HOOFDSTUK 1 Elektrische voeding van IT systemen 3
Inleiding - REGLEMENTERING - KWALITEITSMERK Psychologische Implicaties Juridische Implicaties Sociologische Implicaties Elektrisch Probleem Medische Implicaties Financiële Implicaties Technische Implicaties Elektrische voeding van IT systemen 4
Reglementering - Kwaliteitsmerk Gevaren Reglementering Normen Kwaliteitsmerk CE markering Beschermingsgraden Elektrische voeding van IT systemen 5
Gevaren Personen en dieren Boogvorming Te hoge stromen Overspanningen Elektrische voeding van IT systemen 6
Reglementering ARAB AREI Wetgeving Elektrische voeding van IT systemen 7
Normen NBN IEC CENELEC BIN Elektrische voeding van IT systemen 8
Kwaliteitsmerk CEBEC Elektrische voeding van IT systemen 9
Kwaliteitsmerken CEBEC België ASE Zwitserland VDE Duitsland ÖVE Oostenrijk UTE Frankrijk DEMKO Denemarken IMQ Italië NEMKO Noorwegen KEMA Nederland SEMKO Zweden CENELEC Europa UL.NEC OSHA V.S.A. Elektrische voeding van IT systemen 10
CE markering Elektrische voeding van IT systemen 11
Beschermingsgraden - vast 1 Bescherming tegen het indringen van voorwerpen groter dan 50 mm 2 Bescherming tegen aanraking met de vingers en tegen het indringen van voorwerpen groter dan 12 mm 3 Bescherming tegen aanraking met gereedschap en tegen het indringen van voorwerpen groter dan 2,5 mm 4 Bescherming tegen aanraking met fijn gereedschap en tegen het indringen van voorwerpen groter dan 1 mm 5 Volledige bescherming tegen aanraking en tegen schadelijke neerslag van stof 6 Volledige bescherming tegen aanraking en tegen indringen van stof Elektrische voeding van IT systemen 12
Beschermingsgraden (vocht) 1 Verticaal vallende waterdruppels 2 Vallende waterdruppels (tot 15 van de verticale) 3 Regen (tot 60 van de verticale) 4 Waterprojecties uit willekeurige richting (360 ) 5 Waterstralen uit willekeurige richting (360 ) 6 Omstandigheden zoals op de brug van een schip 7 Onderdompeling 8 Langdurige onderdompeling Elektrische voeding van IT systemen 13
Isolatie van elektrisch materiaal (AREI art.30) Basisisolatie Dubbele isolatie Totale isolatie Bijkomende isolatie Versterkte isolatie Elektrische voeding van IT systemen 14
Klassen elektrisch materiaal Klasse 0 basisisolatie Klasse 01 = klasse 0 + geen aarding Klasse 1 met aarding Klasse 2 Klasse 3 zeer lage veiligheidsspanning Elektrische voeding van IT systemen 15
HOOFDSTUK 2 Elektrische voeding van IT systemen 16
Beveiliging tegen overstroom Inleidende begrippen Uitschakelcurven Onderbrekingsvermogen of kortsluitvermogen Selectiviteit Smeltveiligheden Installatie-automaten Elektrische voeding van IT systemen 17
Inleidende begrippen I f = (conventionele) aanspreekstroom I z = toelaatbare stroom I nf = (conventionele) niet-aanspreekstroom I n = nominale stroom Uitschakelcurve I b = belastingsstroom Elektrische voeding van IT systemen 18
Uitschakelcurven I proefstroom uitschakeltijd 1,13 I n Als I n 63A moet t u 60min 1,45 I n Als I n 63A moet t u < 60min 2,55 I n Als I n 32A moet 1s < t u < 60s Elektrische voeding van IT systemen 19
Uitschakelcurven II type automaat proefstroom uitschakeltijd toepassing B 3 I n t u 0,1s resistieve belasting 5 I n t u < 0,1s C 5 I n t u 0,1s verlichting, stopcontacten, 10 I n t u < 0,1s kleine motoren D 10 I n t u 0,1s bij hoge inschakelstromen, 20 I n t u < 0,1s zoals zware motoren Elektrische voeding van IT systemen 20
Uitschakelcurven III Elektrische voeding van IT systemen 21
Onderbrekingsvermogen of kortsluitvermogen vermogen van de bron inwendige impedantie van de bron doorsnede van de geleiders lengte van de geleiders tussen bron en sluiting Elektrische voeding van IT systemen 22
Selectiviteit Elektrische voeding van IT systemen 23
Smeltveiligheden Schroefveiligheden (diazed zekeringen) Penveiligheden Miniatuursmeltveiligheden Industriële zekeringen Elektrische voeding van IT systemen 24
Schroefveiligheden (diazed zekeringen) d g h a c b f e Elektrische voeding van IT systemen 25
Penveiligheden I Hartafstand Nominale stroomsterkte Nominale spanning Kortsluitvermogen 20 mm van 2 tot 50 A 230/400 V 10 ka voor zekeringen van 2 tot 25 A 6 ka voor 32 en 50 A zekeringen Elektrische voeding van IT systemen 26
Penveiligheden II inspectievenster smeltdraad contactpen kalibreerstift Elektrische voeding van IT systemen 27
Doorsnede van de te beschermen geleider 1,5 mm 2 2,5 mm 2 4 mm 2 6 mm 2 10 mm 2 Kalibreerelementen met geprofileerde openingen 1,5 mm 2 2,5 mm 2 4 mm 2 6 mm2 10 mm 2 vynckier vynckier vynckier vynckier vynckier Kleurencode oranje grijs blauw bruin groen Overeenkomstige pensmeltveiligheden mini - fuse 2 A 220 380~ 1 CEBEC mini - fuse 4 A 220 380~ 1 CEBEC mini - fus e 6 A 220 380~ 1 CEBEC mini - fuse 10A 220 380~ 1 CEBEC mini - fus e 16A 220 380~ 1 CEBEC mini - fus e 20A 220 380~ 1 CEBEC mini - fuse 25A 220 380~ 1 CEBEC mini - fus e 32A 220 380~ 1 CEBEC mini - fus e 40A 220 380~ 1 CEBEC mini - fuse 50A 220 380~ 1 CEBEC 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 1,5 mm 2 1,5 mm 2 1,5 mm 2 1,5 mm 2 2,5 mm 2 4 mm 2 6 mm 2 6 mm 2 10 mm 2 10 mm 2 vynckier vynckier vynckier vynckier vynckier vynckier vynckier vynckier vynckier vynckier Elektrische voeding van IT systemen 28
Miniatuursmeltveiligheden I a b c 1 2 3 4 5 6 7 Elektrische voeding van IT systemen 29
Miniatuursmeltveiligheden II Elektrische voeding van IT systemen 30
Industriële zekeringen I 2 1 4 5 3 2 Elektrische voeding van IT systemen 31
Industriële zekeringen II Elektrische voeding van IT systemen 32
Installatie-automaten 1 OMHULSEL 2 UITGANGS- KLEM 3 VONKENKAMER 4 ELEKTRO- MAGNEET 5 BEDIENINGS- HENDEL 6 VAST CONTACT 7 BEWEEGBAAR CONTACT 8 BOOGAFLEIDER 9 BIMETAAL 10 INGANGSKLEM 11 RAILHAAK Zelfdovende thermoplast Mantelklem met schroef voorzien van kruiskop met 9 vonkenplaten De kern kan naar beneden bewegen. Het is de slagpin voor de onmiddellijke opening van de contacten. met vrijloopmechanisme. Bij een overstroom is de onderbreking verzekerd. Tevens veiligheidsonderbreker, waardoor de automaat ook als scheidingsschakelaar mag dienen (AREI art. 235) De nulgeleider sluit het eerst, en opent het laatst. Verbonden met het bimetaal. Bij kortsluiting vloeit de stroom via deze boogafleider, en niet via het bimetaal. voor de thermische werking. Gelijk aan de uitgangsklem. Spanningsvoerende delen worden maximaal afgeschermd. Dient voor het bevestigen van de automaat op een rail. Elektrische voeding van IT systemen 33
doorsnede van de geleider [mm 2 ] Nominale stroom van de smeltveiligheid [A] Nominale stroom van de automaat [A] 1,5 10 16 2,5 16 20 4 20 32 6 32 50 10 50 63 16 63 80 25 80 100 35 100 125 Elektrische voeding van IT systemen 34
Schroefautomaten Elektrische voeding van IT systemen 35
Railmontage Elektrische voeding van IT systemen 36
Penautomaten Elektrische voeding van IT systemen 37
Bimetalen STROOMTRANS- FORMATOREN met aansluitklemmen BIMETALEN met resetdruktoets Elektrische voeding van IT systemen 38
Motorbeveiliging Elektrische voeding van IT systemen 39
Thermische beveiliging Elektrische voeding van IT systemen 40
Elektronische motorbeveiliging Elektrische voeding van IT systemen 41
HOOFDSTUK 3 Elektrische voeding van IT systemen 42
Bescherming tegen elektrische schokken Aarding Differentieelschakelaar of aardlekschakelaar Elektrische voeding van IT systemen 43
Bescherming door aarding Verdeelnetten Aarding Wat mag niet geaard worden? Elektrische voeding van IT systemen 44
Verdeelnetten Relatie tussen het verdeelnet (distributietransfo in ster) en de aarde (Eerste letter in de aanduiding) Relatie tussen de massa s van de verbruiker en de aarde (Tweede letter in de aanduiding) sterpunt geaard T nulgeleider en aarding gemeenschappelijk N-C sterpunt niet geaard, eventueel verbonden via een impedantie I nulgeleider en aarding gescheiden N-S nulgeleider en aarding deels gescheiden, deels gemeenschappelijk N-C-S nulgeleider en aarding gescheiden. Metalen behuizingen van verbruikers zijn geaard. T Elektrische voeding van IT systemen 45
TT-net Net Verbruiker L1 L2 L3 N PE aarde Elektrische voeding van IT systemen 46
IT-net Net Verbruiker L1 L2 L3 N PE aarde Elektrische voeding van IT systemen 47
TN-C-net Net Verbruiker L1 L2 L3 PEN PE aarde Elektrische voeding van IT systemen 48
TN-S-net Net Verbruiker L1 L2 L3 N PE PE aarde Elektrische voeding van IT systemen 49
TN-C-S-net Net PEN Verbruiker L1 L2 L3 N PE PE aarde Elektrische voeding van IT systemen 50
Aarding Elektrische voeding van IT systemen 51
Hoofdaardklem met scheidingsstrip Elektrische voeding van IT systemen 52
TT-net met isolatiefout bij een van de verbruikers Net secundaire transformatorwikkeling Zekering Verbruiker met isolatiefout tussen L3 en de aarde L1 L2 L3 N Isolatiefout PE Foutstroom aarde Elektrische voeding van IT systemen 53
IT-net met isolatiefout bij een van de verbruikers Net Verbruiker Verbruiker met isolatiefout L1 L2 L3 N capacitieve lijnkoppeling Isolatiefout PE PE aarde Elektrische voeding van IT systemen 54
TT-net met isolatiefout bij twee verbruikers I Net Verbruiker L1 L2 L3 N Isolatiefout PE Foutstroom Breuk aarde Elektrische voeding van IT systemen 55
TT-net met isolatiefout bij twee verbruikers II Net Verbruiker Biijkomende Equipotentiaalverbinding L1 L2 L3 N Isolatiefout PE Foutstroom Breuk Equipotentiaalverbinding aarde Elektrische voeding van IT systemen 56
Verbindingsklem Elektrische voeding van IT systemen 57
Niet aarden Veiligheidstransformator toestel op lage spanning (vb.bel) toestel op een andere spanning 230V 24V PE Elektrische voeding van IT systemen 58
Differentieelschakelaar of aardlekschakelaar Doel van de differentieelschakelaar Samenstelling Werking Gevoeligheid Uitvoeringen Elektrische voeding van IT systemen 59
Differentieelschakelaar of aardlekschakelaar Elektrische voeding van IT systemen 60
Differentieelschakelaar Werking Gevoeligheid Elektrische voeding van IT systemen 61
Differentieelschakelaars 2 3 5 8 4 1 6 7 Elektrische voeding van IT systemen 62
Differentieelschakelaar met onverzadigbare kern Elektrische voeding van IT systemen 63
Selectiviteit van differentieelschakelaars 300mA 30mA 100mA Elektrische voeding van IT systemen 64
Differentieelrelais I contactor I meetmodule torus tijd 230V Elektrische voeding van IT systemen 65
Differentieelrelais II Elektrische voeding van IT systemen 66
Differentieelautomaat Elektrische voeding van IT systemen 67
Differentieelschakelaar voor verplaatsbare toestellen Elektrische voeding van IT systemen 68
HOOFDSTUK 4 Elektrische voeding van IT systemen 69
Keuze van het UPS systeem Inleiding Toepassingen van UPS systemen Aankoop criteria Technische begrippen Dynamische systemen met batterijstockage Roterende systemen met een integrale dieselmotor Statische UPS-systemen met batterijstockage Toekomst Elektrische voeding van IT systemen 70
Gelijkstroom-motor-generator GELIJKRICHTER GELIJKSTROOM- MOTOR WISSELSTROOM- GENERATOR NET LAST BATTERIJ- LADER BATTERIJ Elektrische voeding van IT systemen 71
Dynamische en statische UPS WISELSPANNINGS - GENERATOR NET LAST LAST Elektrische voeding van IT systemen 72
UPS in normale werking Elektrische voeding van IT systemen 73
UPS werking bij uitgevallen netspanning Elektrische voeding van IT systemen 74
Uitval van de UPS, voeding via de bypass-schakelaar Elektrische voeding van IT systemen 75
Meervoudige module UPS (parallel redundant) Elektrische voeding van IT systemen 76
Meervoudige module UPS (serie redundant) Elektrische voeding van IT systemen 77
Aankoop criteria Graad van bescherming (betrouwbaarheid) bij storingen Elektrische voeding van IT systemen 78
Spanningstollerantie BELASTING tijd Spanning Elektrische voeding van IT systemen 79
Crestfactor I I eff tijd Elektrische voeding van IT systemen 80
Kortsluitstroom Elektrische voeding van IT systemen 81
Faseverschuiving PF last = 1 I wisselrichter = 78A I filter = 27A I last = 73A U last Wisselrichter I wisselrichter I last PF last = 0,8 inductief U last C Z I filter I wisselrichter = 78A I filter = 27A I last = 91A Elektrische voeding van IT systemen 82
Eindontlaadspanning Elektrische voeding van IT systemen 83
Omgevingstemperatuur 6 4 2 0 10 20 30 40 50 Bron : Plannung und Auswahl van USV-AnlagenISDN 3-7723-4433-X BLZ.60/fig.2.10 Elektrische voeding van IT systemen 84
Autonomie Invertor (wisselrichter) Batterij Elektrische voeding van IT systemen 85
Uniblock omvormer WISSELSTROOM- SYNCHRONE MOTOR HULPMOTOR (START) ANKER MET VELDWIKKELING en DEMPKOOI WISSELSTROOM- SYNCHRONE GENERATOR VELDREGELLUS Elektrische voeding van IT systemen 86
UPS systeem met uniblockomvormer AFVLAKSPOEL GELIJKRICHTER WISSELRICHTER NET WISSELSTROOM- MOTOR HULPMOTOR (START) ANKER MET VELDWIKKELING en DEMPKOOI BATTERIJ- LADER BATTERIJ WISSELSTROOM- GENERATOR LAST REGELLUS VAN HET VELD Elektrische voeding van IT systemen 87
Lijnstroom Elektrische voeding van IT systemen 88
UPS systeem NET GELIJKRICHTER AFVLAKSPOEL WISSELRICHTER STATISCHE SCHAKELAAR LIJNSPOEL WISSELSTROOM - (SYNCHRONE) MOTOR HULPMOTOR (START) ANKER MET VELDWIKKELING en DEMPKOOI BATTERIJ- LADER BATTERIJ WISSELSTROOM - GENERATOR LAST REGELLUS VAN HET VELD Elektrische voeding van IT systemen 89
Uniblockomvormer η [%] 100 90 a b 80 70 60 50 a: netwerking b: batterijwerking 0 100 200 300 400 500 P [kw] Elektrische voeding van IT systemen 90
Vast vliegwiel NET LAST BY-PASS SCHAKELAAR Elektrische voeding van IT systemen 91
Vast vliegwiel en frequentieomvormer FREQUENTIE- OMVORMER NET LAST BY-PASS SCHAKELAAR Elektrische voeding van IT systemen 92
Inductiekoppeling NET N 12 N 23 LAST X d SYNCHRONE GENERATOR Elektrische voeding van IT systemen 93
Filterwerking I NET N 12 = 3* N 23 N 23 LAST X d = 3 * X N12 = X N23 E Elektrische voeding van IT systemen 94
Filterwerking II N 12 = 3* N 23 0,75E 0,25E N 23 0,25E X d LAST E 50Hz E Elektrische voeding van IT systemen 95
Netspanning op niet fundamentele frequentie N 12 = 3* N 23 N 23 LAST 0,75 u n 0,25E 50Hz u n X d = X 2 0 0,25 u n Elektrische voeding van IT systemen 96
Systeemconfiguratie Elektrische voeding van IT systemen 97
Systeem HOLEC - vliegwiel Elektrische voeding van IT systemen 98
Systeem HOLEC werking bij aanwezigheid van netspanning Elektrische voeding van IT systemen 99
Werking bij afwezigheid van netspanning Elektrische voeding van IT systemen 100
Werking bij dieselvoeding en afwezigheid van netspanning Elektrische voeding van IT systemen 101
Statische UPS Elektrische voeding van IT systemen 102
Indeling volgens het spanningssysteem Lage vermogens (max.5kva) Vermogens tot ongeveer 30kVA Het kunnen parallelwerkende UPS toestellen zijn Hoge vermogens (.10...4000kVA) Elektrische voeding van IT systemen 103
Indeling volgens de schakeling Ongeschikt voor kritische verbruikers. Geen filterwerking Spanningsvariaties worden vermeden. Zowel f- als U- regeling met filterwerking Elektrische voeding van IT systemen 104
Gelijkrichter I Elektrische voeding van IT systemen 105
Gelijkrichter II Elektrische voeding van IT systemen 106
Driefasige spoel Elektrische voeding van IT systemen 107
Batterijopstelling in een kast en op een rek Elektrische voeding van IT systemen 108
UPS-opstelling met individuele en gemeenschappelijke batterijen Belasting ~ Belasting ~ M1 M2 M3 M4 M1 M2 M3 M4 Elektrische voeding van IT systemen 109
Invertor met thyristoren Elektrische voeding van IT systemen 110
Schakelpatroon Elektrische voeding van IT systemen 111
Spannings-invertor met transistoren of IGBT s Elektrische voeding van IT systemen 112
Principe van invertor brug Elektrische voeding van IT systemen 113
Principeschakeling van een driefasige transistor omvormer uitgang DC voeding last transfo UITGANGSFILTER MICRO PROCESSOR CONTROLE & MONITORING Elektrische voeding van IT systemen 114
Principe van pulsbreedtemodulatie U tijd Elektrische voeding van IT systemen 115
Spanningsafwijking bij 100% belastingsverandering U 100% belastingsverandering tijd Elektrische voeding van IT systemen 116
Overbelastbaarheid tijd [ sec ] 120 30 10 3 1 Inom 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Elektrische voeding van IT systemen 117
Statische bypass Elektrische voeding van IT systemen 118
Evolutie in 100 kva UPSontwerp gedurende 25 jaar 70 60 Vermogendichtheid [kva/m³] 50 40 30 20 10 0 1973 1978 1983 1988 1993 1998 Elektrische voeding van IT systemen 119
HOOFDSTUK 5 Elektrische voeding van IT systemen 120
Betrouwbare energievoorziening: wat moet er gevoed worden Computersystemen Telefonie Elektrische voeding van IT systemen 121
HOOFDSTUK 6 Elektrische voeding van IT systemen 122
Installaties voor de tertiaire sector 1. Aardingen en equipotentialiteit 2. Afscherming van kabels 3. Keuze van de aardverbinding 4. Gevoeligheid voor elektromagnetische storingen (EMS) 5. Overspanningsbeveiligingen Elektrische voeding van IT systemen 123
1. Aardingen en equipotentialiteit Steraarding Elektrische voeding van IT systemen 124
Meervoudige aardingen Netvoedingskabel Informatiekabel Elektrische voeding van IT systemen 125
2. Afscherming van kabels Elektrische voeding van IT systemen 126
Verbinding van het kabelscherm met de aarde of toestelmassa Elektrische voeding van IT systemen 127
3. Keuze van de aardverbinding Elektrische voeding van IT systemen 128
TT-net N PE Persoons-beveiliging Brandveiligheid Vermogenbeschikbaarheid EMC-gedrag GOED differentieelschakelaar verplicht GOED GOED differentieelschakelaar verplicht GOED Zorgen voor goede bliksemafleider Elektrische voeding van IT systemen 129
IT net N PE Persoons-beveiliging Brandveiligheid Vermogenbeschikbaarheid EMC-gedrag GOED differentieelschakelaar NIET verplicht plaatsen kort bij de verbruiker. GOED ZEER GOED Bij een eerste aardfout volgt er geen uitschakeling van de voeding. GOED maar met beperking Commonmode filters kunnen niet gebruikt worden. Elektrische voeding van IT systemen 130
TN-C net P Persoons-beveiliging Brandveiligheid Vermogenbeschikbaarheid EMC-gedrag GOED differentieelschakelaar NIET mogelijk. SLECHT Hoge stromen in de PEN geleider. Verboden in ruimte met explosiegevaar GOED SLECHT Er vloeien stromen in de massa s en de PENgeleider Bovendien is er een lus met een groot oppervlak Daardoor storingen! Elektrische voeding van IT systemen 131
TN-S net N PE Persoons-beveiliging Brandveiligheid Vermogenbeschikbaarheid EMC-gedrag GOED SLECHT GOED ZEER GOED Er is een aardingspunt! Differentieelschakelaar NIET mogelijk. Differentieelschakelaar van 500 ma plaatsen Hoge foutstromen in de PE Elektrische voeding van IT systemen 132
4. Gevoeligheid voor elektromagnetische storingen (EMS) Elektrische voeding van IT systemen 133
Stroom buiten de PEN-geleiders H toestel 1 toestel 2 H datakabel H H H L1 PEN Elektrische voeding van IT systemen 134
Monitor afschermingen Elektrische voeding van IT systemen 135
EMS 1. Kortsluitvermogen 2. Selectiviteit van de beveiliging 3. Onderlinge plaatsing van de geleiders 4. Indeling van de installatie 5. Transformator Elektrische voeding van IT systemen 136
Horizontale selectiviteit A B C Elektrische voeding van IT systemen 137
Verticale selectiviteit A 10A (C10) B 20A (C20) C 20A (C20) 100A (C40) 100A Elektrische voeding van IT systemen 138
Groepering van eenfasige kabels in een driefasige installatie 1 2 3 3 1 2 Elektrische voeding van IT systemen 139
Parallelschakeling van driefasige kabels L1 L1 L1 L2 L2 L2 L3 L3 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 Elektrische voeding van IT systemen 140
Globale indeling van de installatie Elektrische voeding van IT systemen 141
Overspanningsbeveiligingen Elektrische voeding van IT systemen 142
Driefasige overspanningsbeveiliging N L1 L2 L3 Elektrische voeding van IT systemen 143
Zenerdiode Elektrische voeding van IT systemen 144
Varistor Elektrische voeding van IT systemen 145
Vonkbrug Elektrische voeding van IT systemen 146
Overspanningsbeveiligingen - eigenschappen VONKBRUG VARISTOR ZENER/TAZ Zener-spanning 90...10.000V 20...2.000V 3...200V Afleidvermogen max.150ka max 45kA max.1ka Aanspreektijd 100ns...1ms minder dan 25ns max.10ps (hangt af van du/dt) Capaciteit 1...8pF 40...15000pF 8...12000pF Symbool Elektrische voeding van IT systemen 147