計算機房供配電原理

1、 1.交流電的含義 波形峰值 Um Im 220V峰值 電壓 311V有效值平均值 mm707.02UUUUm Immm637. 02UUU UP IP 摘自摘自“電氣工程師手冊電氣工程師手冊”2000年版年版p70 mmaUUU637. 02 mmTUUdttuTU707.02/102UAUBUCNG2.三相三相o三相三線制三相三線制 o三相四線制三相四線制o三相五線制三相五線制CACAUUUUUU333BBCABCABCABCBA333IIIIIICABCABCBAUUUUUUCABCABCBAIIIIIIUAUBUCABCIAIBICUABUBCUCANACB oIAIBICE1.單相單

2、相 單相單相2線制線制 火零線的確定火零線的確定 用試電筆或萬用表用試電筆或萬用表 單相單相3線制線制 火零線的確定火零線的確定最大電阻檔最大電阻檔有指示火線有指示火線沒指示零線沒指示零線順時針：順時針：0 L N1rFSQVA1222QPSF AC DC ACDC靜態(tài)開關(guān)靜態(tài)開關(guān)整流器整流器AC DC ACDC充電器充電器容量約為整流器的容量約為整流器的1/10 雙變換名字的由來整流器整流器PWM逆變逆變器器電電池池組組電磁變壓器電磁變壓器輸輸入入濾濾波波器器輸輸出出濾濾波波器器電子變壓器電子變壓器（W）oMTBFMTTRMTBFA輸入輸出輸入輸出配電柜配電柜和和外形外形ARRAY A3A3

3、機房供電方案機房供電方案一般負載關(guān)鍵負載一般負載市電市電油機油機集中監(jiān)控中心集中監(jiān)控中心互投柜互投柜ATSATS擴容備用回路擴容備用回路控制控制電路電路控制控制電路電路功率模塊功率模塊功率模塊功率模塊功率模塊功率模塊功率模塊功率模塊功率模塊功率模塊電池模塊電池模塊電池模塊電池模塊電池模塊電池模塊電池模塊電池模塊接接口口這就是瓶頸這就是瓶頸L1L3192V192VL2 第二代：功能模塊集中式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品外形第二代：功能模塊集中式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品外形 (30 90kVA） (15 120kVA） (10 100kVA） (5 30kVA）Rn=1-(1-rn) (1-r) （分析高頻機效率高的原因） Bypa

4、ss1Bypass2UPS市電市電1市電市電2*照明燈具電流計算照明燈具電流計算比如：一個機房照明燈具100盞，每盞功率60W，沒有電 容補償，計算電流是多少？ 公式：100 60W/220V 0.5 =6000W/110V =54.6A選電線時可按照口訣：10下5，100上2，（25、35）4、3界。（70、95）2.5 穿管溫度8-9，銅線升級算，裸線加一半： ： ：S(總功率)=S1+S2+S3+Sn一個機房配置有一個機房配置有：* PC機機200臺，每臺消耗功率臺，每臺消耗功率170VA；* 2臺服務(wù)器，每臺標稱功率臺服務(wù)器，每臺標稱功率1300W，因是老服務(wù)器，其輸入功率因數(shù)是，因是

5、老服務(wù)器，其輸入功率因數(shù)是0.65* 2臺交換機，名牌上寫著電壓臺交換機，名牌上寫著電壓220V，電流，電流5A 考慮到以后還要增容考慮到以后還要增容20%* 市電斷電后要求延時市電斷電后要求延時4h。用戶要求采用。用戶要求采用100Ah電池，電池，* 要求要求供電可靠性要高，電源應(yīng)具備容錯功能、容易維護和修理，由于機房面積供電可靠性要高，電源應(yīng)具備容錯功能、容易維護和修理，由于機房面積有限，盡量減小占地面積。有限，盡量減小占地面積。問應(yīng)選多大的問應(yīng)選多大的UPS，選什么樣的，選什么樣的UPS？選多大容量的備用發(fā)電？選多大容量的備用發(fā)電機機？a、200臺臺PC機負荷：機負荷：P1=170 20

6、0=34kVAb、2臺服務(wù)器功率：臺服務(wù)器功率：P2=1300 2/0.65=4000VA=4kVAc、2臺交換機功率：臺交換機功率：P3=220 5 2=2.2kVA 總計：總計：P=P1+P2+P3=40.2kVA 考慮到以后增容考慮到以后增容20%，還考慮到一般情況下的余量，還考慮到一般情況下的余量20%，最最后容量后容量 Po=40.2kVA （1+20%+20%）=56.3kVA考慮到考慮到“電源應(yīng)具備容錯功能、容易維護和修理，由于機房面積有電源應(yīng)具備容錯功能、容易維護和修理，由于機房面積有限，盡量減小占地面積。限，盡量減小占地面積?！币诉x模塊化宜選模塊化UPS，并且選帶有配電，并且

7、選帶有配電功能的模塊化功能的模塊化UPS，適合此要求的一款設(shè)備影視，適合此要求的一款設(shè)備影視ARRAY系列系列中的中的3A3：*選選4+1配置，即配置，即15kVA 4+15kVA=75kVA由于由于ARRAY 3A3輸入功率因數(shù)大于輸入功率因數(shù)大于0.95，接近于，接近于1，不需，不需3倍倍UPS的容量，的容量，假如考慮到：允許輸入電壓變化假如考慮到：允許輸入電壓變化 20%，允許過載，允許過載20%和機器本身功耗和機器本身功耗假如是假如是5%，則發(fā)電機的功率應(yīng)是：，則發(fā)電機的功率應(yīng)是： P=60 kVA （1+20%+20%+5%）=87 kVA 如果選威爾信發(fā)電機如果選威爾信發(fā)電機100

8、kVA規(guī)格就足夠了，前一個規(guī)格是規(guī)格就足夠了，前一個規(guī)格是75kVA就太緊就太緊張了。張了。 （如果選（如果選60kVA工頻機工頻機6脈沖脈沖UPS，由于輸入功率因數(shù)是，由于輸入功率因數(shù)是0.8，就需選，就需選3倍倍的功率的功率180kVA 如果再加上輸入電壓變化如果再加上輸入電壓變化 20%，允許過載，允許過載20%和機器本身功耗假如是和機器本身功耗假如是5%，則發(fā)電機的功率應(yīng)是，則發(fā)電機的功率應(yīng)是P=60 kVA 3 （1+20%+20%+5%）=261 kVA，可選威爾信發(fā)電機，可選威爾信發(fā)電機270kVA規(guī)格）規(guī)格） 例：例：負載功率因數(shù)為F=0.8 功率為So=60kVA的 UPS，

9、整機效率=94%，半橋逆變器，電池電壓為UB=12V20 2=480V， UPS距輸入輸出配電lu=50m，電池柜在底樓，UPS在8樓，距離約lb=40m，問該UPS輸入、輸出電纜和電池電纜應(yīng)選多大截面積的規(guī)格？（已知UPS可過載到125% 10m，過載到150% 30s，允許輸入電壓波動15%） 解：解：1. 列出需要的數(shù)據(jù)列出需要的數(shù)據(jù) 輸入功率S1=So/=64kVA,考慮到UPS過載25%和電壓下調(diào)15%同時出現(xiàn)時的情況（如果不考慮過載50%30s的情況），總輸入功率應(yīng)該是： Sin=S11+（25%+15%）=89.6kVA 近似取90kVA因是三相輸入，每相為30kVA 每相輸入電

10、流Iin=30kVA/220V=136A 2. 由于電纜長度超過由于電纜長度超過10m，電流超過，電流超過100A，為了方便，先計算出截面積，為了方便，先計算出截面積 s1=10mm2、長度l1=10m時的電阻r1o已知：已知：導電器采用銅的電阻率 =0.0175mm2/m， 0175. 01010m)/mm0175. 0(slr2111 那么100m長，截面積s1=10mm2的電阻就是R1=0.0175100=1.753. 根據(jù)輸入電壓允許在電纜上的壓降求電纜截面積根據(jù)輸入電壓允許在電纜上的壓降求電纜截面積sin， 設(shè)允許在電纜上的壓降為5%，即220V 5%=11V。因UPS機配電柜50m

11、，來回就是100m，即這100m的電阻應(yīng)該是：Rin=11V/136A=0.0809 10mm2電纜的根數(shù) nin=1.75/0.080921.6 根， 因此可取因此可取220mm2三芯電纜三芯電纜 如果如果UPS據(jù)配電柜只有據(jù)配電柜只有5m，那么電纜的截面積就可取，那么電纜的截面積就可取22mm24. 根據(jù)輸出電壓允許在電纜上的壓降求電纜截面積根據(jù)輸出電壓允許在電纜上的壓降求電纜截面積so 因輸出功率為60kVA，過載25%時的功率S=60kVA（1+25%）=75kVA輸出電流： Io=75kVA/3/220V=114A，如果也設(shè)設(shè)允許在電纜上的壓降為5%，即220V 5%=11V， 即這

12、100m的電阻應(yīng)該是：Ro=11V/114A=0.0965 10mm2電纜的根數(shù) nin=1.75/0.0965=18根 因此可取因此可取180mm2三芯電纜三芯電纜 如果如果UPS據(jù)配電柜只有據(jù)配電柜只有5m，那么電纜的截面積就可取，那么電纜的截面積就可取18mm2 5.計算電池連線截面積計算電池連線截面積 設(shè)電池放電時逆變器的效率為設(shè)電池放電時逆變器的效率為96%，電池電壓的截止值為，電池電壓的截止值為 Umin=1.75V 6 20 2=420V，設(shè)允許線路壓降2V，此時放電電流 UPS在8樓，距離約lb=40m，來回80m，那么80m長，截面積s1=10mm2的電阻就是R1=0.017

13、580=1.4，而此時線路電阻要求： Rr=2V/120A=0.0143 ，那么電池電纜s1=10mm2的根數(shù)就是： nb= 1.4 /0.0143 =98根！根！ 就是就是980mm2！如果用一根如果用一根s1=10mm2的電纜，線路壓降就會變成： U= 1.4120A=168V！ 用用100mm2就會使就會使線路壓降就會變成16.8V說明：說明： 電池連線不能遠離電池連線不能遠離UPS主機，否則就會使電池的后備時間大打折扣；如果要求折扣打主機，否則就會使電池的后備時間大打折扣；如果要求折扣打得小，就必須極大的將電纜截面積擴大，使材料和施工費用增加很多。得小，就必須極大的將電纜截面積擴大，使

14、材料和施工費用增加很多。120A42095. 08 . 060kVAdI 40m（往返80m） 2V 980mm2 4m （往返8m） 2V 98mm2 2m （往返4m） 2V 49mm2 0.5m（往返1m） 2V 25mm2 UPS與電池柜并肩Rn=1-(1-rn-2) (1-r)2=0.999994145電磁干擾（EMI）形成電磁干擾的三個要素：形成電磁干擾的三個要素： 干擾源，被干擾對象，傳輸途徑干擾源，被干擾對象，傳輸途徑根據(jù)電磁感應(yīng)根據(jù)電磁感應(yīng),趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng),電磁震蕩與電磁波傳播等基本物理電磁震蕩與電磁波傳播等基本物理規(guī)律可知規(guī)律可知,電磁物理量隨時間變化越快電磁物理量隨時間

15、變化越快,越容易感生越容易感生EMI;頻率越頻率越高越容易產(chǎn)生輻射高越容易產(chǎn)生輻射;電磁場強度與與距離的平方成反比電磁場強度與與距離的平方成反比;一些一些靈敏度高的未屏蔽電路容易產(chǎn)生耦合等等靈敏度高的未屏蔽電路容易產(chǎn)生耦合等等,分析分析EMI日益嚴日益嚴重的原因可以歸納為重的原因可以歸納為:1、高頻高功率化、高頻高功率化2、高速數(shù)字化、高速數(shù)字化3、高密度組裝、高密度組裝4、低電壓化、低電壓化5、頻點密度提高，頻帶加寬、頻點密度提高，頻帶加寬6、移動化趨勢、移動化趨勢o 電磁干擾的分類：低頻、中頻、高頻、甚高頻電磁干擾的分類：低頻、中頻、高頻、甚高頻(按頻段粗分按頻段粗分)低頻：低頻：02KH

16、z ，特性：產(chǎn)生諧波。，特性：產(chǎn)生諧波。中頻：中頻：2KHz150KHz,特性：產(chǎn)生電壓波動與閃爍；特性：產(chǎn)生電壓波動與閃爍；高頻：高頻：150kHz30MHz,特性：傳導發(fā)射。特性：傳導發(fā)射。甚高頻：甚高頻：30MHz以上，特性：輻射發(fā)射。以上，特性：輻射發(fā)射。o 國際電工委員會（ IEC ）對此作了統(tǒng)一規(guī)定，稱為 TT 系統(tǒng)、 TN 系統(tǒng)、 IT 系統(tǒng)。其中 TN 系統(tǒng)又分為 TN-C 、 TN-S 、 TN-C-S 系統(tǒng)。下面內(nèi)容就是對各種供電系統(tǒng)做一個扼要的介紹。o TN系統(tǒng)（分為TN-S、TN-C、TN-C-S三種）o TT系統(tǒng)o IT系統(tǒng)1、接地系統(tǒng)介紹：說明：o第一個字母表示電源

17、端與地的關(guān)系nT（法文Terre）電源端有一點直接接地；nI（法文Isoland）電源端所有帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地。o第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與地的關(guān)系nT（法文Terre）電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點；nN（法文 Neutre）電氣裝置的外露可導電部分與電源端接地點有直接電氣連接。o短橫線后的字母用來表示中性導體與保護導體的組合情況nS（法文Separateur）中性導體和保護導體是分開的；nC（法文Combinaison）中性導體和保護導體是合一TN-S系統(tǒng)：系統(tǒng)：L2L3L1NLPE電源端接地點設(shè)備設(shè)備外露可導電部分TN

18、-C系統(tǒng)：系統(tǒng)：L2L3L1LPEN電源端接地點設(shè)備設(shè)備外露可導電部分TN-C-S系統(tǒng)：系統(tǒng)：L2LL1LN電源端接地點設(shè)備設(shè)備外露可導電部分L2L3L1LPENPE外露可導電部分TT系統(tǒng)：系統(tǒng)：L2L3L1LN電源端接地點設(shè)備設(shè)備外露可導電部分IT系統(tǒng)：系統(tǒng)：L2L3L1L電 源 端 不 接 地 或 通 過 阻 抗 接 地設(shè) 備設(shè) 備外 露 可 導 電 部 分UPS接地的幾個典型方案：單機不隔離系統(tǒng)UPS接地的幾個典型方案：單機旁路隔離系統(tǒng)UPS接地的幾個典型方案：單機不隔離系統(tǒng)PPCUPS接地的幾個典型方案：單機無輸入零線系統(tǒng)UPS接地的幾個典型方案：并機系統(tǒng)l注意：在標準規(guī)定的條件下，不

19、得隨意改變配電系統(tǒng)原有的接地類型（采用隔離、分立系統(tǒng)等措施除外）。接地技術(shù)-接地的方式單點接地接地技術(shù)-接地的方式多點接地接地技術(shù)-接地的方式混合接地接地技術(shù)o搭接方法搭接方法:o 1、永久搭接：熱熔焊接、永久搭接：熱熔焊接o 2、直接壓接：壓力在、直接壓接：壓力在830010300kpa;截面積大于截面積大于 o 650mm2的搭接電阻小于的搭接電阻小于0.5毫歐。毫歐。o 3、金屬表面涂導電涂料后壓接，一般在幾毫歐，但大于、金屬表面涂導電涂料后壓接，一般在幾毫歐，但大于1MHz時動態(tài)電時動態(tài)電阻超過阻超過1歐姆。歐姆。搭接：搭接： 電阻為電阻為0.5毫歐。（毫歐。（50Hz） 電感：電感：

20、25uH, 頻率直頻率直20MHz,搭接電阻為搭接電阻為80毫歐毫歐搭接條應(yīng)短而寬，長寬比一般為搭接條應(yīng)短而寬，長寬比一般為3倍。搭接施工應(yīng)做防腐處理。搭接應(yīng)采用倍。搭接施工應(yīng)做防腐處理。搭接應(yīng)采用同種金屬，不同金屬搭接應(yīng)使用不同金屬的過度帶再搭接。同種金屬，不同金屬搭接應(yīng)使用不同金屬的過度帶再搭接。接地系統(tǒng)設(shè)計電子設(shè)備的地線處理應(yīng)注意的問題：電子設(shè)備的地線處理應(yīng)注意的問題：o一、正確選擇一點接地和多點接地，頻率低于一、正確選擇一點接地和多點接地，頻率低于1MHz時應(yīng)采用時應(yīng)采用一點接地，頻率在一點接地，頻率在1MHz10MHz時，如果采用一點接地，時，如果采用一點接地，地線長度不應(yīng)超過波長的

21、地線長度不應(yīng)超過波長的1/20。否則采用多點接地，也可采。否則采用多點接地，也可采用并聯(lián)單點接地，頻率高于用并聯(lián)單點接地，頻率高于10MHZ時，宜采用多點接地，原時，宜采用多點接地，原則是就近接地。則是就近接地。o二、屏蔽導線或屏蔽地線應(yīng)在輸入端一端接地，或接地點是放二、屏蔽導線或屏蔽地線應(yīng)在輸入端一端接地，或接地點是放大器公共端或信號源公共端。大器公共端或信號源公共端。o三、負載的地線和交流地線上流過的電流很大時，對這些大電三、負載的地線和交流地線上流過的電流很大時，對這些大電流的地線必須與信號地線分開設(shè)置，同時對大電流的地線一定流的地線必須與信號地線分開設(shè)置，同時對大電流的地線一定要考慮阻

22、抗。一般垂直主干宜采用阻燃銅芯屏蔽電纜，屏蔽層要考慮阻抗。一般垂直主干宜采用阻燃銅芯屏蔽電纜，屏蔽層360始端接始端接“地理地地理地”，水平采用匯流排或銅芯電纜，截面，水平采用匯流排或銅芯電纜，截面積不應(yīng)小于積不應(yīng)小于35平方毫米，與電子設(shè)備相連接的絕緣銅芯導線，平方毫米，與電子設(shè)備相連接的絕緣銅芯導線，按頻率的高低設(shè)計多芯或單芯導線，長度小于按頻率的高低設(shè)計多芯或單芯導線，長度小于1米。米。o四、對于不同頻率考慮四、對于不同頻率考慮“地理地地理地”時，應(yīng)達到更優(yōu)的效果。依時，應(yīng)達到更優(yōu)的效果。依據(jù)電磁屏蔽機理，在同一接地網(wǎng)中的據(jù)電磁屏蔽機理，在同一接地網(wǎng)中的“地理地地理地”中加入銅網(wǎng)和中加入

23、銅網(wǎng)和鋼網(wǎng)，混合成為統(tǒng)一接地網(wǎng)，也就是我們所說的地理網(wǎng)。應(yīng)在鋼網(wǎng)，混合成為統(tǒng)一接地網(wǎng)，也就是我們所說的地理網(wǎng)。應(yīng)在統(tǒng)一接地網(wǎng)中留放電間隙，用銅棒、銅纜以及匾銅帶引至等電統(tǒng)一接地網(wǎng)中留放電間隙，用銅棒、銅纜以及匾銅帶引至等電位排上。位排上。o五、在低頻和高頻共存的電子設(shè)備時，應(yīng)按不同的頻率分別連五、在低頻和高頻共存的電子設(shè)備時，應(yīng)按不同的頻率分別連接后，再連接到公共參考點上。接后，再連接到公共參考點上。o六、要獲得一個無干擾的等電位參考面，交流電路中的返回通六、要獲得一個無干擾的等電位參考面，交流電路中的返回通路（中性線）只能在一點與安全接地系統(tǒng)相連接。必須做到交路（中性線）只能在一點與安全接地系統(tǒng)相連接。必須做到交流電源線路的返回電流絕對不得流入信號參考地系統(tǒng)中。流電源線路的返回電流絕對不得流入信號參考地系統(tǒng)中。o七、為減少電感效應(yīng)，將電子設(shè)備盡可能通過多點與信號參考七、為減少電感效應(yīng)，將電子設(shè)備盡可能通過多點與信號參考地連接。這樣可為高頻干擾提供多個并聯(lián)對地通路。歐姆定律地連接。這樣可為高頻干擾提供多個并聯(lián)對地通路。歐姆定律提示我們并聯(lián)通路越多，對地阻抗越小。提示我們并聯(lián)通路越多，對地阻抗越小。同位體地線案例介紹O 輸入浪涌幅度輸入浪涌幅度 第一級抑制後第一