Все про электричество для майнинга. Инструкция.

Пока стоимость Bitcoin постепенно движется вверх, самое время поговорить про организацию электроснабжения для питания ASIC майнеров и GPU ригов. Т.к. именно в этот момент в майнинг приходит много новичков, которым просто необходимо знать хотя бы основы электротехники, что бы не сжечь проводку и все помещение вместе с майнинг оборудованием. Которое может стоить миллионы рублей и сэкономленные пару тысяч рублей на проводах или несколько часов, что бы разобраться в этом вопросе, явно не стоят такого риска, что бы остаться вообще без ничего. Собственно в этой инструкции для майнеров мы расскажем про основы проектирования электрических цепей питания и про подводные камни, которые Вас могут ожидать, когда Вы уже приняли решение заняться майнингом криптовалют.

Проблема организации электроснабжения в помещениях не предназначенных для установки большого количества мощных потребителей электроэнергии заключается в том, что современные ASIC майнеры потребляют 3000 Вт и более, что уже по максимуму нагружает одну стандартную линию подачи электроэнергии для бытовых нужд (16А*220V = 3520ВТ). И как это обычно бывает в домашних условиях на одном проводе будет работать не только ASIC майнер, но и освещение, телевизор, кондиционер, микроволновка, или не приведи господи электрический чайник, или электрическая духовка.

Что бы этого избежать делают отдельную линию для электроснабжения майнинг оборудования, но и на этом этапе Вам может поджидать несколько сюрпризов, которые мы обязательно тоже разберем.

Если Вы думаете, что проблем с GPU майнинг ригами меньше, то проблемы у Вас будут в принципе теми же, что у ASIC майнеров, только Вам будет еще сложнее, т.к. энергопотребление майнинг ригов может меняться в несколько раз в зависимости от той криптовалюты которую Вы будете добывать. И рассчитать необходимый запас по мощности электропроводки для майнинга на GPU не самая тривиальная задача, т.к. на энергопотребление всего майнинг рига влияет не только видеокарты, но и процессор, материнская плата,  блок питания и даже версия BIOS, и его настройки. 

Термины в электротехнике для чайников.

Данный раздел предназначен для тех кто под словом электричество понимает только работающую лампочку или розетку с двумя отверстиями. Т.к. для дальнейшего понимания материала Вам потребуется более детальное понимание происходящих физических процессов, когда Вы включает свет в комнате или заряжает свой телефон, поэтому ознакомьтесь с терминами и попытайтесь понять физику происходящих процессов. Если предоставленной информации Вам окажется недостаточно, обратитесь к википедии, к youtube или к учебникам по физике и электротехнике. 

Электричество - различные физические явления возникающие под воздействием движения заряженных частиц (электроны)

Сила тока (I) - скорость и количество протекающих заряженных частиц в проводнике за единицу времени. Чем больше сила тока, тем больше проходит  электронов через проводник. Измеряется в амперах (А)

Напряжение (U) - сила электромагнитного поля, которая заставляет двигаться электроны по проводникам. Чем больше напряжение, тем больше скорость движения электронов. Измеряется в вольтах (V)

Сопротивление (R) - физическое свойство материала проводника электричества, которое мешает движению электронов, попутно выделяя тепловую энергию или попросту нагревается. Чем больше сопротивление, тем меньше сила тока и сильнее нагрев. Измеряется в Омах (Om)

Сечение кабеля - это площадь поперечного среза проводника электричества, измеряется в квадратных миллиметрах. Чем толще кабель, тем меньше его сопротивление.

Длина кабеля - обычная метрическая единица длины. Чем длиннее кабель, тем больше его сопротивление.

Электрическая мощность (P) - скорость передачи энергии от источника тока (генератор, электростанция) к потребителю (лампочка, компьютер, ASIC). Измеряется в Ватах (W), Считается по формуле P=UI для постоянного тока и P=UICosφ для переменного тока. Еще ее называют активная мощность. Именно этот показатель указывается на электрических устройствах. Если ASIC и нагреватель потребляет 3000W, это значит они производят полезную работу на 3000W, т.е. нагреваются одинаково, но при этом ASIC еще производит математические вычисления. 

Реактивная мощность (Q) - неизбежные потери на создание электромагнитных полей, которые возникают в любых электрических устройствах и даже в проводах, но наиболее сильно проявляются в электрических двигателях, катушках индуктивности, трансформаторах, конденсаторах и любых других устройствах, где используется электромагнитное поле для работы. Измеряется в Варах (VAR). Считается по формуле Q=UISinφ. 

Полная мощность (S) -  это сумма активной мощности и реактивной мощности. Измеряется в Вольт Амперах (VA)

Аналогия электричества с рекой:

Для большего понимания электричества можно привести аналогии с течением реки.

Сила тока - скорость и объем воды протекаемой через русло реки.

Напряжение - высота от куда течет река. Чем выше тем быстрее течет река. (Горные речки всегда быстрее равнинных рек)

Сопротивление - это помехи в реке например плотины или более наглядно можно представить если перекрыть кран с водой поролоном.

Сечение кабеля - это ширина и глубина реки. Чем шире и глубже река тем больше через нее течет воды без потерь.

Активная мощность - это с какой скоростью и каких размеров река сможет двигать водяную мельницу. 

Реактивная мощность - потеря воды, т.к. до мельницы дотечет не вся вода, а часть воды впитает грунт и часть испарится.

Полная мощность - сколько всего воды было в начале. 

Физика процессов происходящих в электрических приборах или даже просто в проводниках конечно же гораздо сложнее, чем представленная аналогия с рекой, но для дальнейшего общего понимания дальнейших рассуждений нам вполне хватит.

Что нужно знать про Асики

Асик майнеры бывают 2 видов в плане энергопотребления: это двух фазные и трех фазные. Соответственно Асик майнеры предназначенные для питания от 3-х фазной цепи, использовать в обычных квартирах или офисах, где только 2 фазы не представляется возможным.  А вот наоборот получить одну фазу 220V из трехфазного напряжения в 380V, проще простого.

Часто ASIC майнеры поставляются без провода питания, который необходимо приобрести отдельно. Здесь стоит быть внимательным! Кабель питания для ASIC майнера выглядит точно так же как кабель для компьютера, принтера или монитора. Но компьютер и тем более принтер не потребляют из сети 3500W, а значительно меньше. Поэтому в продаже имеются силовые кабели стандарта IEC 60320 C13 (см ниже) под разные нагрузки, т.е. с разным сечением проводов. 

Для ASIC майнера с питание от одной фазы нужен кабель с сечением проводов минимум 1,5мм при напряжении 220V или 2,5мм при напряжении в сети 125V. В магазинах основная масса таких кабелей питания продается с сечением кабеля в 0,75мм или даже в 0,5мм. Использование таких кабелей для подключения ASIC мощностью 3000W сразу же приведет к печальным последствиям в виде расплавленного кабеля питания, замыканию и возможному выгоранию чувствительных асик чипов или даже к пожару.

ASIC майнеры с трех фазным питанием получиться использовать только в тех помещениях, где изначально такая проводка предусмотрена, и это обычно промышленные помещения или новые дома, где для потребителя доступно более чем 10 киловатт на каждую квартиру или дом. 

Что нужно знать про майнинг риги на видеокартах

Как мы уже сказали рассчитать энергопотребление майнинг установки на видеокартах значительно сложнее, т.к. не достаточно просто сложить энергопотребление всех компонентов компьютера. Из-за того что те же видеокарты или центральный процессор в пике (кратковременно) могут потреблять гораздо больше  электроэнергии, чем написано в их спецификации. Так же стоит учитывать потери в блоке питания. Которые зависят от его качества (сертификация 80 plus) и нагрузки на него. Другими словами потери на преобразования переменного тока в постоянный в блоке питания могут составлять от 6 до 20%. Т.е. если Ваш блок на 1000W, то фактически из сети он может потреблять 1200W.

Сколько нужно электричества для майнинга

Для GPU, что бы сильно Вас не запутать, предлагаем Вам поступить следующим образом. Посчитать максимальное потребление видеокарт, потом прибавить к этому числу 10% на пиковые нагрузки или разгон. К этому числу прибавить энергопотребление CPU и умножить на 1,2 для простого блока питания или 1,1 если у Вас блок питания 80 PLUS GOLD или лучше.

Пример: Майнинг риг из 6 видеокарт RTX 4070 (200W) и процессор Ryzen R7 7700X (105W), блок питания 2000W 80 PLUS GOLD.

6 видеокарт в сумме будут потреблять 200*6=1200W. Добавляем к этому числу 10%, получаем 1320W. Далее прибавляем энергопотребление процессора 105W, получаем 1435W. Для блока питания нагрузка в 1435W это 75% от его максимальной мощности. Согласно таблице для 80PLUS GOLD потери на блоке питания составят 10%. Т.е. полученные 1435 умножаем на 1,1 и получаем итоговую сумму в  1578W. Именно столько Ваш GPU майнинг риг будет брать из электросети на своих пиковых нагрузках.

Далее повторяем все тоже самое для других майнинг ригов, если у Вас их несколько.

Для владельцев ASIC рассчитать сколько нужно электроэнергии для майнинга гораздо проще. Т.к. это законченное устройство и производитель уже указывает энергопотребление с учетом потерь в блоке питания. Т.е. если указано в технических характеристиках, что ASIC Bitmain S21 потребляет 3150W ±5%, то нам только и остается что прибавить 5% к указанным 3150W.

Пример: ASIC Bitmain Antminer S21 имеет энергопотребление 3150W. Нагрузку на сеть он может давать как на 5% больше, так и на 5% меньше. Для расчетов берем верхнюю границу, т.е. умножаем 3150W на 1.05 и получаем 3307W.

Что нужно знать про электрическую проводку майнеру

Электрическую проводку в помещении можно разделить по типу провода, материалу провода, по длине провода и по типу прокладки проводов.

Материал провода

По материалу провода массово используется только два вида: медные или алюминиевые.

Медные провода предпочтительней т.к. имеют меньшее сопротивление и сам металл прочнее. Т.е. проводимый ток через медный проводник при том же нагреве будет заметно выше. А прочность металла напрямую влияет на надежность соединений, которые обязательно присутствуют в любой электрической проводке. 

Расположение проводки

Прокладка электрических проводов может быть двух видов скрытая (в стене) и открытая. Этот параметр так же важен, т.к. скрытая проводка гораздо хуже охлаждается и перегрев проводов, а следовательно и короткое замыкание может произойти гораздо быстрее, чем если бы провода просто лежали на полу или висели в воздухе. 

Для закрытой проводки используются поправочные коэффициенты и в среднем она составляет 0,85. Т.е. закрытая проводка на 15% менее эффективна, чем открытая. 

Подбор провода по типу металла, площади сечения и типу проводки

Длина проводки

Длина провода так же имеет значение, т.к. с каждым метром общее сопротивление провода только увеличивается и если есть выбор, где установить оборудование, то лучше это сделать поближе к счетчику. 

Таблица указана для медного провода с падением напряжение на проводнике на 2%.

Слишком длинный провод из-за большого сопротивления начинает на себя забирать часть напряжения. Т.е. наблюдается заметный эффект падения напряжения и вместо 220 вольт до вашего оборудования может доходить только 200В или даже еще меньше.  Если для современного оборудования такое напряжение не является проблемой, т.к. современные блоки питания могут работать в широком диапазоне напряжений. То для самого провода это будет замкнутый круг, т.к. из-за меньшего напряжения, что бы получить ту же мощность (P=UI) майнинг оборудованию нужно будет больше тока, больше тока приводит к большему падению напряжения на самом проводе и уменьшению напряжения на оборудовании, что опять же влечет дальнейшее увеличение тока и так по кругу, пока не наступит равновесное состояние, при котором реально проходящий через кабель ток будет заметно выше расчетного. 

В обычных условиях квартиры длиной проводки можно пренебречь, но если у Вас длина линии питания более 50 метров, то рекомендуем рассмотреть для майнинг оборудования кабель с большим сечением, чем это требуется по другим параметрам расчета.

Температура помещения

Еще один не маловажный фактор это температура в помещении о котором практически всегда забывают. Т.к. фактически  ASIC или видеокарта это обогреватель  хоть и умный, но достаточно мощный, который может нагреть ваше помещение до температуры пустыни Сахары. А высокая окружающая температура мешает вашим проводам, и различным электрическим соединениям охлаждаться, т.е. требования к электрической проводке в таких помещениях еще больше повышаются. 

Например, при температуре  в помещении +50 градусов по Цельсия Ваш провод рассчитанный на передачу тока в 10 Ампер при температуре в 25 градусов, по факту  сможет передать только 7,4 ампера. Т.е. использовать проводку рассчитанной на 16 ампер при температуре в помещении около 50 градусов для подключения ASIC мощностью 3кВт и более точно не стоит. 

Что нужно знать про соединения проводов майнеру

Алюминий в зажимных клеммах имеет свойства текучести, т.е. со временем пятно контакта между клеммой и алюминиевым проводом уменьшается, увеличивается сопротивление в этом месте, а значит и нагрев и такое соединение уже не может держать максимальные нагрузки. Поэтому для алюминиевой проводки рекомендуют подтягивать все соединения раз в несколько лет.

Для медного провода эффект текучести так же присутствует, но он гораздо менее заметен, но если вашей медной проводке 10 или более лет, то  подтянуть все соединения тоже будет не лишним. 

Любые соединения провод-провод, провод-автомат защиты, провод-розетка, вилка-розетка и т.д. имеют так же ограничения по проводимому току через конкретное соединение. И со временем эти соединения изнашиваются из-за постоянного соединения, разъединения.

Многие производители даже указывают сколько таких переключений они гарантируют без ухудшения в заданных параметрах своих устройствах соединений. И для домашнего использования это параметр составляет несколько сотен раз. После чего Ваша розетка уже не может обеспечить заявленные на ее корпусе указанные параметры в 16 ампер.

Но даже если Вы не планируете часто использовать ту же розетку или контакт по многу раз они все равно со временем теряют свои свойства из-за усталостной прочности металла, который обжимает в розетке штыревые контакты вашей вилки от питающего кабеля АСИКа. Качество соединения (пятно контакта уменьшается) так же падает - увеличивается сопротивление и нагрев в этом месте, что опять же может привести к расплавлению пластикового корпуса, замыканию и пожару. 

Для электрических потребителей мощность которых близка к 3000ВТ или даже больше рекомендуется использовать качественные розетки на 16ампер, контакты в которых подпружинены, а не обычные, где прижим обеспечивается только за счет самого поджатого контакта.  

подпружиненные контакты

обычные домашние розетки

Что бывает с обычными розетками, которые используют для майнинга

Все металлы подвержены окислению (ржавению). На алюминии или меди это не так заметно как на железе, но этот процесс все равно присутствует. И в этом плане алюминий опять проигрывает меди, т.к. его поверхность быстрее окисляется чем у меди, а образованная пленка имеет намного больше сопротивление, чем сам металл, что дополнительно вносит свой вклад в нагрев в электрическом соединении. 

Медь тоже со временем окисляется, но этот процесс более длительный и сама пленка имеет меньшее сопротивление, чем у алюминия. Поэтому для меди этот момент обычно опускают, но в нашем случае когда электрическая проводка будет использоваться по максимуму об это тоже лучше знать.

Еще одно неприятное свойство это гальваническая связь двух металлов алюминия и меди. Простыми словами при контакте двух металлов активно разрушается алюминий (ржавеет) превращаясь в большую оксидную пленку, которая как мы уже знаем практически не проводит электричество.  Если вдруг Вы решили соединить два провода из разных металлов методом скрутки, то знайте это очень плохая идея.

В таких случаях надо использовать специальные клеммы, которые предназначены для соединения одновременно обоих типов проводов. Об этом обычно указывается на коробках

Клеммы для соединения алюминиевых и медных проводов

Как итог рекомендуем сделать следующие действия перед включением майнинг оборудования:

• заменить розетки на новые, желательно с подпружиненными контактами.
• разобрать все соединения и зачистить провода и контакты
• Заново все собрать и хорошо затянуть.
• для потребителей более 3000 квт сделать выделенную линию от счетчика с отдельным автоматом защиты на 16А, подключенный напрямую к блоку питания ASIC ( без кабеля питания и розетки) 

 Что нужно знать про электрический кабель майнеру:

Как мы уже говорили провода бывают алюминиевыми и медными, и предпочтение нужно отдавать медным кабелям.

Самый важный параметр после материла провода это его диаметр или площадь сечения, т.к. именно по этому параметру в первую очередь и подбирают проводку под майнинг. И здесь Вас как покупателя может ждать очень неприятный сюрприз т.к. в магазинах под видом провода с площадью сечения 2,5 квадрата может оказаться провода с заметно меньшим сечением. И это не единичный случай, а можно сказать систематический обман потребителей как это происходит с шоколадом по 90 грамм и напитками с объемом 0,45 литра. 

Кабель в магазинах может продаваться по ГОСТ так и по ТУ и если кабель имеет маркировку ТУ то это именно тот сигнал, когда Вам нужно проявить особую бдительность и проверить самостоятельно какого на самом деле сечения проводники в этом кабеле, т.к. зачастую именно кабель с ТУ будет не соответствовать тем параметрам которые указаны на этикетке.

К каким последствиям может привести использование такого кабеля, когда Вы собираетесь использовать свою проводку по максимуму, говорить наверное не стоит. Т.к. повышенное сопротивление кабеля вкупе с повышенной температурой в помещении и не самыми надежными розетками, могут позвать госпожу удачу, которая сыграет с вами в не самую приятную игру.

Узнать площадь сечения провода очень просто если это одножильный кабель. Вам будет нужен только штангенциркуль и калькулятор. 

Ваша задача убрать изоляцию и замерить диаметр медной жилы.

Для многожильного провода провести замер будет сложнее, т.к. жилы будут сжиматься в измерительном инструменте. Для многожильного провода легче произвести измерения токопроводящих жил в изоляции, а потом отнять толщину изоляции от полученного результата.

Рассчитать площадь сечение можно уже по формуле:

S = (3,14*D²)/4

Как вариант можно просто запомнить соотношение площади сечения к диаметру жилы:

Если замеренный диаметр жилы электрического провода оказался меньше требуемого, то это явный сигнал что бы отказаться от покупки и посмотреть других производителей или рассмотреть к покупке более толстый кабель, чем вам требовалось изначально.

Провода бывают многожильными (многопроволочные) и одножильными (однопроволочные), первые более гибкие и удобные для использования, но требует особой аккуратности при зачистки изоляции и соединении. Токовая нагрузка при том же сечении, что и у одножильного, для таких кабелей меньше примерно на 5-10%.

Однопроволочные провода считаются более надежными. 

Провода бывают для наружного применения и применения в помещении. Эти различия обусловлены применяемой изоляцией. Проводка для помещений обычно несколько дешевле, но если ее использовать на улице то изоляция на таком проводе из-за внешнего воздействия ультрафиолета и погодных условий быстро растрескается и придет в негодность. В помещении можно использовать любой кабель, вопрос только в цене.

6 причин отказаться от удлинителя в майнинге

1. два лишних соединения
2. можно подключить более 1 устройства
3. неизвестного качества провод
4. неизвестного качества розетки и вилка
5. увеличивают общую длину проводки
6. смотанный провод

Теперь подробнее про удлинители в майнинге.

Большинство удлинителей продаваемых в широкой рознице крайне низкого качества и даже если указано, что они предназначены для тока 16 ампер, это вовсе не значит, что они подходят для долговременной работы с такой нагрузкой в режиме 24/7. Скорее всего производитель имеет ввиду, что  Вы можете подключить такую электрическую нагрузку и в краткосрочной перспективе  такой переходник не оплавится и не сгорит. 

У меня лично дома есть такой удлинитель с надписью 16А 220В, но даже 15 минутное подключение пылесоса мощностью 2400Вт (11А) нагревает провод этого удлинителя до заметных значений, когда тепло от провода можно почувствовать просто прикоснувшись к нему. Если к нему подключить ASIC с такой же мощностью то такой провод гарантированно расплавит изоляцию кабеля через несколько часов работы. Кабель этого удлинителя может и выглядит внушительно и имеет толщину с палец но по факту основной объем занимает изоляция, а токопроводящие жилы оказались с площадью сечения всего 0,5 квадратных миллиметра.  

Не оставляйте кабель намотанный по кругу в катушке или в бухте на полу.

Если Вы все таки будете использовать электрический удлинитель, который отвечает всем заявленным требованиям, то обязательно разматывайте всю длину удлинителя.

Во первых кабель намотанный по кругу это катушка индуктивности, которая создает дополнительное магнитное поле. Из-за этого провод испытывает дополнительную нагрузку из-за увеличения реактивной мощности.

Второе, наложенные друг на друга провода взаимно нагреваются, что особенно опасно когда кабель намотан в катушке и провода в середине в такой катушке испытывают максимальный нагрев т.к. вокруг него точно такие же горячие провода.

Удлинитель с катушкой

Еще один минус от скрученных проводов это повышенные электромагнитные помехи от которых ваше Wi-Fi соединение или сотовая связь будут работать не так эффективно как могли бы. Из-за чего ваши ASIC майнеры или риги подключенные через Wi-Fi так же могут работать не стабильно.

Как рассчитать возможности проводки помещения под майнинг

Что бы оценить возможности помещения под майнинг, например одной из комнат в вашей квартире, нужно сделать небольшой осмотр.

• Проверить автоматы защиты и счетчик электроэнергии на какой ток они рассчитаны. Нужно минимум 16А на одну линию и 25ампер на всю квартиру
• Провод перед счетчиком должен быть с большим сечением. Если иначе, то проводку до квартиры надо тоже учитывать.
• Проверить розетку и удлинители, что бы они выдерживали ток в 16А
• Проверить проводку до помещения. Медь или алюминий  и какая толщина жилы. (проверить максимальный ток из таблицы выше)
• Прикинуть длину кабеля до помещения
• За основу взять температуру помещения самого жаркого дня в году ( применить коэффициент для температуры).
• Если проводка скрытая, т.е. в стене, то использовать коэффициент 0,85

Пример:

Возьмем в пример квартиру времен СССР с алюминиевой проводкой с сечением 4,0мм. Длина кабеля до комнаты 10 метров. Максимальная температура 35 градусов. 

Если посмотреть в таблицу по сечениям то для скрытой алюминиевой проводки с сечением 4,0мм разрешенная нагрузка будет в 4,6кВт или 21 Ампер.

Далее применим коэффициент по температуре. Для 35 градусов это 0,9. Т.е. 4,6 умножим на 0,9, получим  4,14кВт.

Т.к. длина менее 50 метров, то увеличение площади сечения кабеля из-за длины не требуется.

Как итог алюминиевая проводка сечением 4,0 в квартире позволит нам подключить оборудование до 3,5кВТ (16ампер), ограничителем здесь выступают уже розетки и автоматы защиты. 

Что нужно знать про помещение для майнинга

Перед тем как купить оборудование для майнинга, сначала оцените свое помещение, в котором Вы планируете размещать это оборудование по следующим критериям:

• Сколько фаз доступно (2 или 3 фазы)
• Максимально доступный ток и напряжение (обычно для квартир это 25 ампер и 220 вольт)
• Какие провода используются медные, алюминиевые или сразу два вида.
• Сколько лет назад прокладывались провода
• Скрытая или открытая проводка в помещении
• Какой счетчик и автоматы защиты установлены
• Какие используются розетки
• Будут использоваться удлинители и какие
• Какая температура будет в помещении
• Будет или нет использоваться кондиционирование
• Будет или нет использоваться вытяжная вентиляция

Вывод:

Расчет или выбор электрической проводки хоть и кажется простой с первого раза задачей, но на самом деле это довольно сложная и специфическая работа с множеством нюансов, о которых многие могут даже и не догадываться. Но если Вы решили заняться майнингом криптовалют, где нагрузка на электрическую проводку может достигать своих максимальных значений, Вам все таки лучше вникнуть в происходящие процессы и оценить возможности уже имеющийся электрический проводки более профессиональным взглядом, что бы в дальнейшем не столкнутся с такими неприятными моментами как расплавление изоляции проводов, расплавление розеток, короткие замыкания, что в свою очередь может привести к выходу майнинг оборудования из строя или возгоранию самого помещения.

Если коротко резюмировать, то для мощных современных ASIC майнеров с мощностью около 3квт прокладывайте отдельные медные кабеля питания с площадью сечения не менее 1,5мм и с индивидуальным автоматом защиты на 16 Ампер.

Для менее мощных нагрузок можно использовать уже имеющуюся в квартире электрическую проводку, но с обязательной ревизией всех элементов.