Москва - центр, проведение экспертизы электросети в административном здании

Эта статья построена на основе отчёта о выполненной работе по контракту с Федеральным бюджетным учреждением. В подвале здания оборудован Центр Обработки Данных (далее ЦОД). Администрацию Учреждения смущало нахождение в их здании неведомого оборудования, а главное - оплата энергопотребления ЦОД из их скромного бюджета.  Ранее Администрация вела переговоры с двумя возможными исполнителями - они предложили вывести из строя всё оборудование ЦОД, либо всю систему электропитания. В обоих случаях исполнители гарантировали полную безупречность имитации аварии, т.е. всё на выходе выглядело бы естественно. Как вы понимаете, ситуация сложилась бы скандальная - без связи и информации мог остаться большой сектор в Центре Москвы. 

Как я ни отказывался от выполнения работы под различными предлогами (неплательщик НДС, отсутствие СРО и пр.,пр.), заказчики меня уговорили. Уж очень понравился мой подход - действительно  методология неразрушающего контроля, отработанная в процессе планирования и проведения экспериментов с биологическими объектами, оказалась предпочтительной в сравнении с жлобскими методами профильных "специалистов".

Собственно, содержанием работы была экспертиза, сбор наглядной информации для построения доказательной базы для дальнейшего досудебного или судебного разбирательства. Как известно, Суд выносит решение, руководствуясь собственным убеждением и социалистическим правосознанием. 

Учитывая небольшой бюджет и ограниченные организационные и технические возможности, я построил работу на сборе информации и фактов, которые невозможно опровергнуть. Действительно, оппонент (в данном случае потенциальный Ответчик) может оспорить мой квалификационный профиль (я представил только допуск по электробезопасности до 1000В), кажущаяся простота используемого оборудования, но не сможет опровергнуть и поставить под сомнение ни одного представленного мною факта. Все данные представлены, как заведомо оценочные - применена бимодальная концепция - ДА / НЕТ, а это оспорить невозможно. Поэтому вопрос о сертификации и метрологической поверки оборудования отпадает сам собой. Никто не будет оспаривать факт наличия тестового сигнала на экране осциллографа (в данном случае осциллоскопа), если этот сигнал отчётливо виден! Все результаты исследования наглядны, воспроизводимы, доступны для повторного получения.
 

Выражаю благодарность Андрею Александровичу Куренкову, общеизветному  как LightWay, за оказанную организационную помощь.

Предмет исследования

 В подвальных помещениях №7 и №8  административного здания находится оборудование Центра Обработки Данных (ЦОД), не имеющее отношения к основному арендатору здания, которым является бюджетное учреждение.

Основная цель проведения исследования:

1. Выяснить, подключено ли оборудование ЦОД к цепи электропитания бюджетного учреждения.
 2. Питание ЦОД подключено к цепи питания здания – до или после прибора учёта (электросчётчика) Меркурий 230 АМ-02, установленного в шкафу вводного распределительного устройства (ВРУ), расположенного в подвальном помещении «а» , и каково ориентировочное потребление электроэнергии ЦОД на основании показаний прибора учёта (электросчётчика) СА4-И678, расположенного на щите питания ЦОД в подвальном помещении №7  
Дополнительная задача: построить функциональную схему электропитания здания и проанализировать специфику энергопотребления помещений с последующим составлением рекомендаций по модернизации.

Технологическая специфика поставленной задачи по выяснению места подключения питания ЦОД состоит в том, что отключение оборудования от электросети крайне нежелательно, поскольку нам неизвестно время резервирования питания и особенности функционирования комплекса. Поэтому были применены способы диагностики, не требующие отключения питания ЦОД. Питание ЦОД не отключалось.
Что касается решения дополнительной задачи, отключение выполнялось в нерабочее время суммарно не более, чем на 3 минуты на каждую проверяемую линию. При этом все сотрудники были заблаговременно предупреждены о возможных кратковременных отключениях на предмет сохранения данных.
Используемое оборудование

Для идентификации линии питания использовались специальные приборы, позволяющие вести проверку без отключения питания.

1. Кабельный детектор MS5902 фирмы Mastech.





Кабельный детектор состоит из двух компонентов – передатчика MS5902Т и приёмника MS5902R.
Передатчик включается в проверяемую розетку, получает от неё питание 220В и подаёт в линию тестовый (маркерный) сигнал. С помощью приёмника находится автоматический выключатель, к которому подключена проверяемая линия.

2. Осциллограф-мультиметр UT81B фирмы UNI-T
 

Осциллограф имеет автономное питание, что очень удобно при использовании в стеснённых условиях при работе в помещении электрощитовой, к тому же не требует подключения к проверяемой электросети.

3. Тестер для измерения тока MS-3302 фирмы Mastech
 

Представляет собой приставку для бесконтактного измерения тока до 1000А в электросети. Используется в качестве бесконтактного токоизмерительного датчика совместно с мультиметром или вольтметром переменного тока.

4. Мультиметр с режимом измерения переменного тока VC97 фирмы Sinometer
 

Этот прибор удобен тем, что позволяет проводить измерения с автоматическим выбором пределов.

Методика проведения исследований

При отработке методики были проведены предварительные эксперименты. Сначала надо было выяснить пригодность применяемого кабельного детектора в штатном режиме, т.е для идентификации линий с помощью пары Передатчик-Приёмник. Проверка показала, что приёмник реагирует на посторонние наводки, что связано с большим количеством импульсных помех в сети питания здания в большинстве линий. Вызвано это тем, что практически ко всем линиям подключены импульсные блоки питания бесперебойных источников и вычислительной техники.

Для идентификации проверяемой линии была выстроена следующая конфигурация оборудования:

1. В качестве источника маркерного сигнала использован передатчик MS5902Т. Передатчик, включенный в режим проверки линии (подача тестового сигнала) вставляется в проверяемую розетку и генерирует тестовый сигнал – для передатчика это – штатный режим






2. В качестве бесконтактного датчика использован Тестер (приставка) для измерения тока MS-3302. Чувствительность приставки установлена в соответствии с величинами токов в исследуемых проводниках – 10 мВ на 1А измеряемого тока. Собственно, приставка использована не как часть измерительного прибора, а в качестве датчика.



3. Датчик подключен к осциллографу-мультиметру, включенному в режим измерения переменного напряжения. В режиме мультиметра он показывает напряжение наведённое в датчике переменным током в исследуемом проводнике, а в режиме осциллографа – амплитуду, частоту, а главное – форму исследуемого сигнала. Поскольку перед нами не стояла задача проведения прецизионных измерений, будем считать, что осциллограф выполнял функцию осциллоскопа, т.е. прибора для наблюдения за формой исследуемых сигналов.



Для проверки этажных линий использован мультиметр в режиме измерения переменного напряжения. Кратковременно поочерёдно отключались автоматические выключатели и проверялось напряжение показываемое вольтметром.


Проверка энергопотребления оборудованием ЦОД проведена считыванием показаний электросчётчика с различными интервалами времени. После чего проведены расчёты дневного и месячного потребления электроэнергии.
 

Проведение исследований

Идентификация линий питания ЦОД
В розетки в помещении ЦОД включался тестовый генератор, поочерёдно в каждую фазу. Форма сигнала при включенном и выключенном генераторе тестового сигнала фиксировалась фотосъёмкой.
Первая фаза. Тестовый генератор не включен.

 

Тестовый генератор включен.


Вторая фаза. Тестовый генератор выключен

   

Тестовый генератор включен

Третья фаза. Тестовый генератор выключен
 

Тестовый генератор включен


На осциллограммах видно, что на всех трёх фазах индицируется высокочастотная модуляция исходного сигнала при включении в соответствующую фазу тестового генератора. На примере третьей фазы (выделено кругом):

Тестовый сигнал присутствует на правой осциллограмме

Для проверки наличия тестового сигнала именно в линии питания ЦОД было кратковременно отключено питание всего здания. Линия питания ЦОД при этом не обесточивалась.
Тестовый сигнал на осциллограмме присутствует

Также было проведено обследование кабелей, уходящих из водно-распределительного устройства (ВРУ) от автоматического выключателя с надписью АТС и приходящих к щитку питания ЦОД.
Снизу автоматического выключателя с надписью АТС в ВРУ выходят провода сечением 2,5мм2 . На каждую фазу приходится 2…3 провода. К нейтрали, соединённой с корпусом ВРУ, присоединены 3 провода сечением 2,5мм2. Провода медные, моножильные.



На фотографии рядом с тремя проводами, соединёнными с нейтралью, стоит синяя буква N.


 

На фотографиях также видно, что все 10 проводов находятся в общей оболочке



Такой кабель называется контрольным. Марка КВВГ 10х2,5мм2. Такой кабель нигде больше в здании не используется.

Другой конец кабеля КВВГ 10х2,5мм2 выходит в щитке питания ЦОД. На него указывает стрелка в нижней части фотографии.

   
Ввиду уникальности этого кабеля для данного здания, следует, что через него от ВРУ запитано исключительно оборудование ЦОД.
Иных внешних источников электроэнергии для питания оборудования ЦОД в ходе исследования не выявлено.

Посмотрим на место включения автоматического выключателя с надписью АТС, через который запитан ЦОД. На вход данного автоматического выключателя приходят три провода в тканевой оболочке

Провода в такой оболочке также уникальны для этого здания. Они соединены с проводами типа ПВ-1 грязно-белого цвета на входных клеммах автоматического выключателя, от которого запитано освещение правой части подвала. На фотографии на провод ПВ-1 указывает жёлтая стрелка. Три провода ПВ-1 собраны в жгут и уходят наверх, где соединяются с фазными шинами питания. Жгут, уходящий к шинам питания, отмечен синей стрелкой.

29

Поскольку шины питания подключены непосредственно к выходу электросчётчика, получается, что оборудование ЦОД запитано от счётчика, по которому электроэнергию оплачивает основной арендатор здания.
Расчёт ориентировочного потребления электроэнергии оборудованием ЦОД

Для представления о количестве потребляемой ЦОД электроэнергии была собрана информация на основании показаний счётчика СА4-И678, расположенного на щите питания ЦОД в подвальном помещении №7 (приложение 1)

                      

Итак: 164042, 164315, 165250, 165514. Интервалы 3, 11, 3 суток.
(164315 – 164042) : 3 = 91
(165250 – 164315) : 11 = 85
(165514 – 165250) : 3 = 88
(165514 – 164042) : 17 = 86,59
Из показаний электросчётчика в помещении ЦОД следует, что среднесуточное потребление достаточно стабильно и составляет 86.59 кВт*ч.. Расчётное среднемесячное (за 30 суток) потребление составляет 2598 кВт*ч.


Функциональная схема электропитания Административного здания



Расположение блоков на схеме соответствует расположению в шкафу ВРУ


Вводное распределительное устройство (ВРУ)

Электросчётчик и плавкие предохранители


Прибор учёта (электросчётчик) Меркурий 230 АМ-02, находяшийся в шкафу ВРУ в подвальном помещении «а» (приложение 1)

Кабельный ввод

 
Анализ специфики энергопотребления помещений

Был проведён визуальный анализ искажений синусоиды в потребляемом токе.
Датчик устанавливался на проводах, подающих питание на вход.
Осциллограмма первой фазы. Потребляемый ток около 17А. Синусоида сильно искажена – потребляемый ток имеет пилообразную форму. Искажения вызваны тем, что ток, потребляемый большинством нагрузок, имеет сложную импульсную форму, что суммарно даёт форму, близкую к пилообразной.



Во второй и третьей фазах потребляемый ток так же имеет форму, близкую к пилообразной.
Осциллограмма второй фазы. Потребляемый ток около 20А.



Осциллограмма третьей фазы. Потребляемый ток около 15А





Осциллограмма в проводе нейтрали. Ток в проводе нейтрали около 11А. Это вызвано сильным перекосом фаз. На осциллограмме чётко читается сложный импульсный периодический сигнал с частотой 150 Гц, что вызвано формированием тока в нейтрали тремя периодическими составляющими с частотой 50 Гц, взаимно сдвинутыми на 1200 , т.е. на 3.33 мс.






Специализированные линии питания для вычислительной техники

Для питания вычислительной техники выделены отдельные линии питания. Они запитаны от пяти четырёхполюсных (трёхфазных) устройств защитного отключения (УЗО) с уставкой 30 мА. Такие УЗО рекомендуется ставить непосредственно на этажных распределительных щитах для защиты от возможных утечек электрического тока при замыкании фазы или нейтрали на корпус электрооборудования. Для защиты линии от возгорания при электрическом пробое или механическом повреждении следует использовать УЗО с уставкой 100 или 300 мА. Предполагается, что они могут защитить от пожара.
Между тем, согласно рекомендациям ПУЭ, не рекомендуется устанавливать УЗО в цепях питания систем безопасности и вычислительной техники.
Обойти это противоречие можно, на мой взгляд, использованием устройств, не отключающих линию при возникновении опасной утечки, а только информирующих дежурного электрика или охрану.
На этажных распределительных щитах, по моему мнению, УЗО лучше всё-таки устанавливать, т.к. при возникновении опасной утечки в линии, в течение времени резервирования питания в ИБП можно сохранить данные и успеть переключиться на исправную линию. При возникновении же утечки в потребителе (ИБП или оргтехника) лучше всего, во избежание смертельного поражения электрическим током, прекратить работу.
Специализированыые линии питания вычислительной техники запитаны от четырёхполюсных УЗО, находящихся в нижней части ВРУ (цифрами на корпусах УЗО обозначены этажи здания, на которых запитано оборудование от соответствующих УЗО)

  



Следует отметить, что при установке УЗО линия должна быть защищена от перегрузки или короткого замыкания автоматическим выключателем с номиналом на одну ступень ниже максимального рабочего тока УЗО. В данном случае используются УЗО с максимальным рабочим током 25А. Никакой защиты в начале линий нет. Допустим, произойдёт короткое замыкание в линии между одной из фаз и нейтралью, например на первом этаже. УЗО не сработает, т.к. ток в нейтрали будет при коротком замыкании равен току в фазе. В подобной ситуации возможен пожар, либо оплавление проводов в ВРУ и в вертикальном кабельном канале. Это приведёт к оплавлению изоляции проводов, возгоранию и даже взрыву пыле-воздушной смеси в кабельном канале.
К тому же в данном случае все пять УЗО подключены непосредственно к силовой шине питания, что является грубейшим нарушением.
В этажных распределительных щитах специализированные линии приходят на входы трёхполюсных автоматических выключателей с номиналом 25А.


Если максимальный рабочий ток УЗО равен 25А, ток автоматического выключателя, защищающего соответствующую линию, должен быть 16А.
Если линию защищает автоматический выключатель с номиналом 25А, максимальный рабочий ток УЗО должен быть не менее 32А.
Автоматический выключатель, защищающий линию, должен быть установлен непосредственно после отвода от силовой шины питания до УЗО, что в данном случае грубо нарушено.
Выводы и рекомендации
Поскольку компьютеры в помещениях подключены как к специализированным линиям, так и к бытовым, ток в этих цепях имеет импульсную форму.
Линии питания котельной и подвальных помещений (кроме ЦОД) потребляют синусоидальный ток относительно незначительной величины.

На основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы и выдать соответствующие рекомендации:
 

Выводы
 

1. Ответ на поставленный вопрос: «Подключено ли оборудование ЦОД, находящееся в подвальном помещении, к цепи электропитания помещений ФБУ «Росгеолэкспертиза»? - положительный. Оборудование ЦОД подключено к цепи электропитания Бюджетного учреждения
2. Оборудование ЦОД подключено после общего прибора учёта (электросчётчика), поэтому получается, что Бюджетное учреждение оплачивает потребление электроэнергии как своё, так и ЦОД. На долю ЦОД приходится порядка 40% потребляемой зданием электроэнергии.
3. Оценка потребления электроэнергии оборудованием ЦОД показало, что среднесуточное потребление составляет 86,59 кВт*ч, что соответствует месячному потреблению 2598 кВт*ч.

Рекомендации

1. Рекомендуется подключить линию питания ЦОД до общего электросчётчика к выходным (верхним) клеммам плавких предохранителей после входного рубильника.
2. Структурный и функциональный анализ системы электропитания оборудования в Административном здании показывает, что схема подключений формировалась стихийно и концепция электропитания практически отсутствует.
Электропроводка находится в удовлетворительном состоянии, и может быть использована при дальнейшей модернизации системы электропитания. При составлении плана модернизации системы электропитания следует привести всё защитное и коммутационное оборудование в соответствие требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

3. Рекомендуется для питания специализированных компьютерных линий использовать стабилизаторы напряжения.

4. Рекомендуется использовать устройства импульсной защиты, как на вводе, так и на этажах.

5. Следует провести проверку годности и качества заземления на предмет соответствия техническим требованиям – сопротивление растеканию не более 4 Ом. Так же необходимо проверить качество соединения корпуса вводного распределительного устройства с заземлителем.

6. Шины питания следует заменить и по возможности изолировать. Шины следует установить не на весу, а на шинные изоляторы. К каждому месту присоединения на шине должен быть подключен только один провод.

7. Все многопроволочные провода должны быть оконцованы обжимными наконечниками.

8. Во вводном распределительном устройстве (ВРУ) следует заменить все автоматические выключатели старых серий на новые с номиналами, соответствующими потребляемым токам в подключенных линиях энергопотребления.

9. В схему ВРУ рекомендуется добавить устройства дифференциальной защиты для исключения возгорания вследствие электрического пробоя или механического повреждения кабелей поэтажного питания.

10. В этажных электрощитах следует установить устройства защитного отключения (УЗО) на каждую линию питания розеток, как бытовых, так и специализированных компьютерных. На линии электроосвещения можно установить УЗО на группу линий.

11. Сотрудникам Учреждения следует запретить использование для бытовых нужд розеток специализированной компьютерной линии

© Богданов Игорь Анатольевич, 2014

ISBN: 978-5-4472-3532-1