機房配電系統(tǒng)綜述

1、 講述人：講述人：唐武東唐武東 電話：電話： 電子信息系統(tǒng)機房電子信息系統(tǒng)機房電子信息系統(tǒng)機房規(guī)范電子信息系統(tǒng)機房規(guī)范電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范 GB50174-2008電子信息系統(tǒng)機房施工驗收規(guī)范 GB50462-2008中國農(nóng)業(yè)發(fā)展銀行計算機機房建設技術規(guī)范 2009年修訂 電子信息系統(tǒng)機房規(guī)劃電子信息系統(tǒng)機房規(guī)劃機房建設系統(tǒng)組成機房建設系統(tǒng)組成1 1、機房裝飾裝修系統(tǒng)、機房裝飾裝修系統(tǒng)2 2、機房電氣系統(tǒng)、機房電氣系統(tǒng)3 3、機房精密空調(diào)系統(tǒng)、機房精密空調(diào)系統(tǒng)4 4、機房新風、排風系統(tǒng)、機房新風、排風系統(tǒng)5 5、機房綜合布線系統(tǒng)、機房綜合布線系統(tǒng)6 6、機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)7

2、 7、機房視頻監(jiān)控系統(tǒng)、機房視頻監(jiān)控系統(tǒng)8 8、機房門禁系統(tǒng)、機房門禁系統(tǒng)9 9、機房測漏水系統(tǒng)、機房測漏水系統(tǒng)1010、機房消防報警系統(tǒng)、機房消防報警系統(tǒng)1111、機房消防滅火系統(tǒng)、機房消防滅火系統(tǒng)1212、機房集中控制系統(tǒng)（、機房集中控制系統(tǒng)（KVMKVM）選址選址遠離強電磁場干擾；粉塵；水災和火災隱患區(qū)域；強振源和強噪聲源機房規(guī)劃機房規(guī)劃承重承重UPS、電池區(qū)域1600/平方米；其他區(qū)域600 /平方米層高層高梁下高度3.2米電力電力數(shù)據(jù)中心的設備對電量的需求巨大，因此，大樓需有足夠的供電容量空間空間設備放置空間及機房專用空調(diào)室外機安裝空間項目項目裝飾裝修工程、供配電系統(tǒng)、UPS電源系統(tǒng)

3、、暖通工程、綜合布線工程、安防工程、消防滅火系統(tǒng)、KVM系統(tǒng)、場地監(jiān)控系統(tǒng)機房布局機房布局主機房：主要用于電子信息處理、存儲、交換和傳輸設備的安裝和運行的建筑空間，包括服務器機房、網(wǎng)絡機房、存儲機房等功能區(qū)域。輔助區(qū)：用于電子信息設備和軟件的安裝、調(diào)試、維護、運行監(jiān)控和管理的場所，包括進線間、測試機房、監(jiān)控中心、備件庫、打印室、維修室等。 支持區(qū)：支持并保障完成信息處理過程和必要的技術作業(yè)場所，包括變配電室、柴油發(fā)電機房、不間斷電源系統(tǒng)室、電池室、空調(diào)機房、動力站房、消防設施用房、消防和安防控制室。 行政管理區(qū)：用于日常行政管理及客戶對托管設備進行管理的場所，包括工作人員辦公室、門廳、值班室、

4、盥洗室、更衣間和用戶工作室等。 機房分級標準機房分級標準 容錯系統(tǒng)是具有兩套或兩套以上相同配置的系統(tǒng)，在同一時刻，至少有兩套系統(tǒng)在工作，每套系統(tǒng)是(N+M,M=ON)結(jié)構。按容錯系統(tǒng)配置的場地設備，至少能經(jīng)受住一次嚴重的突發(fā)設備故障或人為操作失誤事件而不影響系統(tǒng)的運行。電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范GB50174-2008規(guī)定：電子信息系統(tǒng)機房應根據(jù)使用性質(zhì)、管理要求及由于場地設備故障導致網(wǎng)絡運行中斷在經(jīng)濟和社會上造成的損失或影響程度，將電子信息系統(tǒng)機房劃分為A 、B 、C三級。 滿足下列情況之一的電子信息系統(tǒng)機房應為A級。 A級為容錯型，在系統(tǒng)需要運行期間，其場地設備不應因操作失誤、設備故障、維護

5、和檢修而導致電子信息系統(tǒng)運行中斷。1 電子信息系統(tǒng)運行中斷將造成重大的經(jīng)濟損失;2 電子信息系統(tǒng)運行中斷將造成公共場所秩序嚴重混亂。 滿足下列情況之一的電子信息系統(tǒng)機房應為B級。B級為冗余型，在系統(tǒng)需要運行期間，其場地設備在冗余能力范圍內(nèi)，不應因設備故障而導致網(wǎng)絡系統(tǒng)運行中斷。1 網(wǎng)絡運行中斷將造成較大經(jīng)濟損失;2 網(wǎng)絡運行中斷將造成公共場所秩序混亂。不屬于A級或B級的電子信息系統(tǒng)機房為C級。C級為基本型，在場地設備正常運行情況下，應保證網(wǎng)絡系統(tǒng)運行不中斷。 供配電系統(tǒng)供配電系統(tǒng)1、供配電系統(tǒng)應為電子信息系統(tǒng)的可擴展性預留備用容量。2、戶外供電線路不宜采用架空方式敷設。當戶外供電線路采用具有金

6、屬外護套的電纜時，在電纜進出建筑物處應將金屬外護套接地。3、電子信息系統(tǒng)機房應由專用配電變壓器或?qū)Ｓ没芈饭╇?，變壓器宜采用干式變壓器?、電子信息系統(tǒng)機房內(nèi)的低壓配電系統(tǒng)不應采用TNC系統(tǒng)，而應采用TNS系統(tǒng)。5、電子信息設備應由不間斷電源系統(tǒng)供電。不間斷電源系統(tǒng)應有自動和手動旁路裝置。確定不間斷電源系統(tǒng)的基本容量時應留有余量。不間斷電源系統(tǒng)的基本容量可按下式計算：E1.2P E不間斷電源系統(tǒng)的基本容量，不包括備份不間斷電源系統(tǒng)設備 P電子信息設備的計算負荷6、用于電子信息系統(tǒng)機房內(nèi)的動力設備與電子信息設備的不間斷電源系統(tǒng)應由不同回路配電。7、電子信息設備的配電應采用專用配電箱（柜），專用配電

7、箱（柜）應靠近用電設備安裝。機房配電系統(tǒng)標準機房配電系統(tǒng)標準機房配電系統(tǒng)標準機房配電系統(tǒng)標準8、電子信息設備專用配電箱（柜）宜配備浪涌保護器、電源監(jiān)測和報警裝置，并應提供遠程通信接口。當輸出端中性線與PE線之間的電位差不能滿足電子信息設備使用要求時，宜配備隔離變壓器。9、A級電子信息系統(tǒng)機房應配置后備柴油發(fā)電機系統(tǒng)，當市電發(fā)生故障時，后備柴油發(fā)電機應能承擔全部負荷的需要。10、后備柴油發(fā)電機的容量應包括不間斷電源系統(tǒng)、空調(diào)和制冷設備的基本容量及應急照明和關系到生命安全的需要的負荷容量。11、市電與柴油發(fā)電機的切換應采用具有旁路功能的自動轉(zhuǎn)換開關。自動轉(zhuǎn)換開關檢修時，不應影響電源的切換。12、敷

8、設在隱蔽通風空間的低壓配電線路應采用阻燃銅芯電纜，電纜應沿線槽、橋架或局部穿管敷設；當配電電纜線槽（橋架）與通信纜線線槽（橋架）并列或交叉敷設時，配電電纜線槽（橋架）應敷設在通信纜線線槽（橋架）的下方?；顒拥匕逑伦鳛榭照{(diào)靜壓箱時，電纜線槽（橋架）的布置不應阻斷氣流通路。13、配電線路的中性線截面積不應小于相線截面積；單相負荷應均勻分配在三相線路上。 上。 機房配電系統(tǒng)框圖機房配電系統(tǒng)框圖變壓器1ATS配電總柜市電配電柜UPS輸入配電柜UPS2UPS1UPS3UPS輸出配電柜列頭配電柜STS配電柜ATS切換柜UPS4發(fā)電機1變壓器2ATS切換柜發(fā)電機2雙回路輸出單回路輸出供電設備：精密空調(diào)、新風

9、機、市電照明等市電設備機房配電系統(tǒng)框圖機房配電系統(tǒng)框圖變壓器1變壓器2ATS配電總柜市電配電柜UPS輸入配電柜UPS2UPS1UPS3UPS輸出配電柜列頭配電柜STS配電柜ATS切換柜發(fā)電機UPS4ATS開關和STS開關的區(qū)別 ATS開關和STS開關用于在兩個獨立的AC電源之間轉(zhuǎn)換供電，第一路出現(xiàn)故障后自動切換到第二路給負載供電。 STS靜態(tài)切換開關主要由智能控制板，高速可控硅，斷路器構成。其標準切換時間為8ms，不會造成IT類負載斷電。既對負載可靠供電，同時又能保證STS在不同相切換時的安全性。STS的基本應用包括電力工業(yè)的自動化系統(tǒng)，石化工業(yè)的電源系統(tǒng)，計算機和遠程通訊中心，大樓的自動化和

10、安全系統(tǒng)，以及其他對電源中斷敏感的設備。 ATS為機械結(jié)構，以接觸器為切換執(zhí)行部件，切換功能用中間繼電器或邏輯控制模塊組成二次回路完成控制功能，缺點是主回路接觸器工作需要二次回路長期通電，容易產(chǎn)生溫升發(fā)熱、觸點粘結(jié)、線圈燒毀等故障。同時如果是大負載情況下，轉(zhuǎn)換時間相對比較長，為100毫秒以上，會造成負載斷電。 ATS開關ATS組成組成ATS一般由兩部分組成：開關本體+控制器。而開關本體又有PC級(整體式)與CB級(斷路器)之分。 PC級級 能夠接通、承載、但不用于分斷短路電流的ATS CB級級 配備過電流脫扣器的ATS，它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流。如果過電流故障引起開關斷開，ATSE

11、將不會轉(zhuǎn)換。 PC級與級與CB比較比較 CB級是由斷路器組成，而斷路器是以分斷電弧為己任，要求機構快速脫扣一般采用四連桿機構。四連桿機構易存在滑扣、再扣不可靠因素：而PC級機構不存在該方面問題。因而PC級產(chǎn)品的可靠性遠高于CB級產(chǎn)品。 CB級ATS的電動操作機構一般是通過微電機帶動減速齒輪機構對斷路器進行合分工作，又因斷路器機構的限制，微電機必須工作到堵轉(zhuǎn)后，靠行程開關才斷開控制回路。眾所周知，微電機堵轉(zhuǎn)工作后，其壽命會大大降低。因而，CB級ATSE電動操作機構可靠性較低。 而PC級ATS的電動操作機構一般為短時工作電磁鐵由于電磁鐵結(jié)構簡單，工作可靠好，所以PC級ATSE電動操作機構的可靠性較

12、高。 STS開關STS組成組成靜態(tài)切換開關主要由智能控制板，高速可控硅，斷路器構成。兩路交流電源的幅度、頻率和相位差應控制在一定的范圍內(nèi)。其標準切換時間為8ms，不會造成IT類負載斷電。 原理框圖原理框圖STS開關STS外觀外觀控制面板控制面板機房接地系統(tǒng)機房接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)分類接地系統(tǒng)分類根據(jù)系統(tǒng)和設備接地方法的各種不同的組合, 低壓電源系統(tǒng)的接地形式分為TN、TT、IT 等幾種。a) TN 系統(tǒng)是電源系統(tǒng)中性點直接接地, 負載電氣設備的外露可導電部分通過導線連接到中性點的系統(tǒng)。b) TT 系統(tǒng)是電源系統(tǒng)中性點直接接地, 負載電氣設備的外露可導電部分獨立接地(與電源系統(tǒng)的接地無電氣連接)的系

13、統(tǒng)。c) IT 系統(tǒng)是電源系統(tǒng)的帶電部分不接地或經(jīng)阻抗接地, 負載電氣設備的外露可導電部分接地的系統(tǒng)。機房接地系統(tǒng)機房接地系統(tǒng)TN接地系統(tǒng)分類接地系統(tǒng)分類 根據(jù)中性線和保護線是否合并的情況,TN 系統(tǒng)又分為TN-S、TN-C-S 和TN-C 系統(tǒng)。 TN-S 系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中,中性線和保護線都是分開的。所有負載電氣設備的外露可導電部分均接保護線。TN-S 系統(tǒng)有時稱為三相五線系統(tǒng)。在有三相不對稱負載和非線性負載時,中性線N 中有電流流過,但保護線在正常時不通過負載電流,保護線上沒有電壓。 TN-C 系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中,中性線和保護線的功能合并為一根PEN線。TN-C 系統(tǒng)有時稱為三相四線系統(tǒng)。

14、TN-C-S 系統(tǒng)中,有一部分電路(A 點以前)的中性線和保護線的功能合并為一根PEN 線,是TN-C 系統(tǒng)。另一部分電路(A 點以后) 分成中性線和保護線,是TN-S 系統(tǒng)。需要指出的是,分成保護線和中性線后不能再合并,否則將失去TN-S 的特點。UPSUPS選型選型UPS的功能與作用的功能與作用 在UPS出現(xiàn)之初，它僅被視為一種備用電源 早期UPS的運用國內(nèi)目前供電質(zhì)量我國目前電網(wǎng)的線路及供電質(zhì)量并不很高，抗干擾、抗二次污染的技術措施遠遠落后于世界先進國家。如電壓涌浪、電壓尖鋒、電壓瞬變、電壓跌落、持續(xù)過壓或欠壓甚至電源中斷等，從而導致計算機系統(tǒng)經(jīng)常受到干擾，造成敏感元件受損、信息丟失、磁

15、盤程序被沖等嚴重后果 現(xiàn)階段UPS的運用UPS的保護作用首先表現(xiàn)在對市電電源進行穩(wěn)壓， UPS的輸入電壓范圍比較寬，一般情況下從170V到250V的交流電均可輸入。 UPSUPS選型選型UPS分類分類后備式UPS電源在市電正常時負載由市電經(jīng)轉(zhuǎn)換開關供電，當市電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時才會由UPS的電池經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換向負載供電。后備式UPS輸出電壓穩(wěn)定在58，輸出頻率穩(wěn)定在1Hz。后備式UPS電源其主要優(yōu)點是價格便宜。目前大部分的后備式UPS都是一些低功率UPS，一般不到1kVA。后備式 在線式 在線式UPS電源當市電正常時，供電途徑是市電整流器逆變器負載。市電中斷時的供電途徑是電池逆變器負載。在線式UPS

16、輸出電壓穩(wěn)定在3以內(nèi)，輸出頻率穩(wěn)定在0.5Hz。因此不論外部電網(wǎng)狀況如何，總能夠提供穩(wěn)定的電壓。這種UPS價格比后備式UPS貴些，容量從1kVAl00kVA以上。 UPSUPS選型選型1、用戶在規(guī)劃或者設計機房時，遇到的最普遍的問題是服務器負載的計算問 題。2、計算機設備的總功耗由CPU、內(nèi)存、主板、存儲設備、風扇等部件的功耗組成，當CPU處于高使用率的時候，計算機的功耗主要來自CPU和內(nèi)存，此時功耗較大；當CPU處于空載或低使用率的時候，計算機的功耗主要來風扇等輔助設備，此時功耗較小。計算機的實際使用功耗取決于計算機的實際使用功耗取決于CPU的使用率的使用率。3、一般計算機廠商在設計計算機電

17、源時，從電源可靠性考慮，均增加了30%以上的余量，也就是說，即使當計算機滿負荷運行時，其實際功耗也只有電源銘牌功率的70%左右。 4、根據(jù)實測經(jīng)驗數(shù)值，計算機設備的實際運行功耗一般在電源銘牌功率的35%65%之間。以上數(shù)據(jù)是確定負荷計算中的需用系數(shù)Kx的依據(jù)。 UPSUPS選型選型機房所需機房所需UPS容量計算容量計算機房設備計算容量機房設備計算容量Pjs=Pe*Kx 說明說明機房所需機房所需UPS容量容量P=Pjs/Cos/0.8Pe=數(shù)據(jù)中心機房的機柜數(shù)量平均每機柜服務器數(shù)量 每臺服務器功率 Kx：根據(jù)不同行業(yè)的用戶或不同類型的應用對計算機系統(tǒng)的使用要求，Kx的取值略有不同，一般典型的Kx

18、取值為0.4，適用于IDC運營機房、政府機關、金融行業(yè)以及各類數(shù)據(jù)機房。對于集群應用的用戶Kx取值為0.450.5。對于大量采用刀片式服務器的集群應用系統(tǒng)，其Kx取值按照0.6計取，但Pe需要按照實際刀片數(shù)來計算。每個刀片的典型裝機容量Pe為201W。Cos：20多年前，根據(jù)當時計算機電源技術，得出一個經(jīng)驗值，Cos=0.8 。根據(jù)最近幾年對用戶機房內(nèi)計算機設備功率因數(shù)的實際測量，平均值大約在0.90.93之間。 UPSUPS選型選型計算機設備負荷計算計算機設備負荷計算例如：機房內(nèi)有服務器機柜32臺，每臺服務器機柜內(nèi)安裝6臺服務器，每臺服務器600W， Kx取值為0.4 , Cos取值為0.9

19、。Pjs=PePjs=Pe* *Kx=600Kx=600* *6 6* *3232* *0.4/1000=46.08KW0.4/1000=46.08KWP=Pjs/Cos/0.8=46.08/0.9/0.8=64KVAP=Pjs/Cos/0.8=46.08/0.9/0.8=64KVAE1.2P=1.2E1.2P=1.2* *64=76.8KVA64=76.8KVA蓄電池容量選型蓄電池容量選型蓄電池容量蓄電池容量(AH) 的定義的定義 蓄電池容量(AH)是指在標準環(huán)境溫度下（25），電池在給定時間指點終止電壓時（1.80v），可提供的恒定電流A與持續(xù)放電時間H的乘積（I*T） 蓄電池容量蓄電池容

20、量(AH) 的計算方式的計算方式1、恒功率法2、估算法恒功率法恒功率法(查表法查表法) Pnc =P（W）/（N*n） P（W）=P（VA）*Pf/ P（W） 電池組提供的總功率 P（VA） UPS標稱容量（VA）Pf UPS功率因子 逆變器轉(zhuǎn)換效率Pnc 每cell需要提供的功率 n 機器配置的電池數(shù)量N 單體電池cell數(shù)Vmin 電池單體終止電壓 蓄電池容量選型蓄電池容量選型 蓄電池容量選型蓄電池容量選型恒功率法舉例恒功率法舉例1臺80KVA UPS 后備時間30min,選用DCF126-12系列電池.計算電池容量? 臺達NT80KVA UPS直流終止電壓為300V及U臨界=300V,直

21、流電壓為348V電池組選用29只12V電池,故N=29,n=6, U終壓=1.75v UPS的功率因子Pf =0.8,逆變器轉(zhuǎn)換效率=0.95。 P（W）=P（VA）*Pf/=80*1000*0.8/0.95=67368.4（W）Pnc=P（W）/（N*n）=67368.4 /（29*6）=387.2(W) 查DCF126-12系列電池恒功率表可知：DCF126-12/120電池終止電壓為1.75v時放電30min電池提供功率為217W。電池組數(shù)量=387.2217=1.78即:選用2組120ah,計58節(jié)120ah電池。 蓄電池容量選型蓄電池容量選型估算法估算法 C10= Imax/KCh

22、Imax= P（VA）*Pf/（*Umin） C10 蓄電池10小時率容量 P（VA） UPS標稱容量（VA）Pf UPS功率因子 逆變器轉(zhuǎn)換效率KCh 容量換算系數(shù)（1/h）Imax 電池組提供最大電流 Umin 電池組最底工作電壓 蓄電池容量選型蓄電池容量選型估算法舉例估算法舉例1臺80KVA UPS 后備時間30min,選用DCF126-12系列電池.計算電池容量? 臺達NT80KVA UPS直流終止電壓為300V及U臨界=300V,直流電壓為348V電池組選用29只12V電池,故N=29,n=6, U終壓=1.75v UPS的功率因子Pf =0.8,逆變器轉(zhuǎn)換效率=0.95。 Imax

23、= P（VA）*Pf/（* Umin）=(80*1000*0.8)/(0.95*300)=224.6(A) 查中達電通DCF126系列蓄電池不同放電時率不同放電終止電壓下，電池的容量換算表（25）可知KCh=0.9. C10=I/KCh=224.6A/0.9=249(Ah) 即:選用2組120ah,計58節(jié)120ah電池。 綜合布線系統(tǒng)綜合布線系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心布線設計的參考標準 為了讓數(shù)據(jù)中心結(jié)構化布線的規(guī)劃與設計規(guī)范化，建議使用者和設計者重點參考以下幾個標準以及書籍：GB50174-2008 電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范ANSI/TIA-942-2005 數(shù)據(jù)中心電信設施標準ISO/IEC 24764 數(shù)據(jù)中心通用布線標準(即將頒布)數(shù)據(jù)中心