信息中心機房建設(shè)介紹-供配電系統(tǒng)

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浙江省郵電工程建設(shè)有限公司2013年6月3目錄第二章供配電系統(tǒng)介紹第三章UPS工作原理第四章UPS選型機房建設(shè)工程是隨著信息化系統(tǒng)對環(huán)境的要求越來越高而出現(xiàn)的新興行業(yè)，涉及到電子工藝、建筑結(jié)構(gòu)、空氣調(diào)節(jié)、給水排水、電器技術(shù)和消防安全等多種專業(yè)，它是為解決諸如溫濕度、潔凈度、電磁場強度、防靜電、供配電、接地與防雷、消防安全等綜合技術(shù)問題，為電子計算機系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行和工作人員提供良好的工作環(huán)境。機房工程概述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。1網(wǎng)絡(luò)運行中斷將造成較大經(jīng)濟損失；2網(wǎng)絡(luò)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。A級（容錯型）C級（基本型）B級（冗余型）機房工程概述-電源分級標準1.《電子計算機場地通用規(guī)范》（GB/T2887-2011）2.《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》（GB50174－2008）3.《電子信息系統(tǒng)機房施工與驗收規(guī)范》（GB50462-2008）4.TelecommunicationsInfrastructureStandardforDataCenters(TIA/EIA–942)5.《計算機場地安全要求》（GB/T9361-2011）6.《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2006）7.《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50045-95(2005年版)）8.《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》（GB50222-95(2001年版)）9.《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》（GB50325-2010）10.《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052-2009）11.《低壓配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50054-2011）12.《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50303-2011）13.《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034-2004）14.《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》（GB50217-2002）15.《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-2010）機房工程概述-建設(shè)標準16.《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343－2012）17.《通信機房靜電防護通則》（YD/T754-1995）18.《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》（GB50055-2011）19.《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015-2003（2009版））20.《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50019-2003）21.《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50243-2002）22.《智能建筑設(shè)計標準》（GB/T50314-2006）23.《智能建筑工程質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50339-2003)24.《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（GB5031-2007）25.《安全防范工程技術(shù)規(guī)范》（GB50348-2004）26.《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB50198-2011）27.《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50370—2005）28.《氣體滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》（GB50263-2007）29.《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50116-2008)30.《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》(GB50166-2007)31.《電信專用房屋設(shè)計規(guī)范》（YD/T5003-2005）機房工程概述-建設(shè)標準3目錄第二章供配電系統(tǒng)介紹第三章UPS工作原理第四章UPS選型機房的供配電系統(tǒng)是機房工程中的關(guān)鍵項目，是一個綜合性供配電系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中不僅要解決計算機設(shè)備的用電問題，還要解決保障計算機設(shè)備正常運行的其它附屬設(shè)備的供配電問題，如計算機機房專用恒溫恒濕器（空調(diào)器），機房照明系統(tǒng)用電，安全消防系統(tǒng)用電等。下表為機房供配電的指標，分為三級。

項目指標A級B級C級穩(wěn)態(tài)電壓偏移范圍（%）-5～+5-10～+10-15～+10穩(wěn)態(tài)頻率偏移范圍（Hz）-0.2～+0.2-0.5～+0.5-1～+1電壓波形畸變率（%）5710允許斷電持續(xù)時間（ms）0～＜44～＜200200～1500供配電系統(tǒng)-指標

設(shè)計一個符合計算機運行要求的供配電系統(tǒng)，首先應(yīng)確定供電等級。計算機機房的供電等級是根據(jù)計算機的工作性質(zhì)及其重要性來劃分，分為三級

A級負荷計算機房。此類機房是指如國防建設(shè)、生產(chǎn)、交通運輸、金融財政、航空管理等部門的機房。這些部門的機房如遇突然斷電使計算機中斷工作的話，將導(dǎo)致嚴重的人身傷亡等惡性事故，造成無法彌補的重大損失。所以這類機房應(yīng)采用一類供電——不間斷供電系統(tǒng)。

B級負荷計算機房。此類機房是指如科研單位和一些應(yīng)用計算機控制系統(tǒng)的生產(chǎn)單位的機房，這些單位的機房一旦突然中斷供電將使生產(chǎn)、運輸、通信等受到一定程度的影響，給國民經(jīng)濟造成一定的損失。這類機房一般采用二類供電——需建立帶備用的供電系統(tǒng)。

C級負荷計算機房。此類計算機房是指應(yīng)用計算機做些一般的統(tǒng)計、查詢、情報檢索工作單位的機房。這些機方如突然中斷供電雖會使工作受一定影響，但一般不會引起太大的損失。這類機房一般采用三類供電——常規(guī)供電系統(tǒng)。供配電系統(tǒng)-供電等級確定供電等級后，需選擇一個切合實際的供電方式。對供電方式的選擇應(yīng)在了解各種供電方式的特點基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備、場合、環(huán)境和供電條件等實際情況進行設(shè)計與施工。機房供配電系統(tǒng)需要向以下設(shè)備提供電源不間斷電源（UPS）空調(diào)、新風(fēng)（包括機房專用精密空調(diào)、普通空調(diào)、新風(fēng)）照明維修電源插座及辦公等其他電源負載供配電系統(tǒng)-市電負載而不間斷電源系統(tǒng)（UPS）又需要向以下設(shè)備提供電源小型機（甚至更高級別的計算機）服務(wù)器存儲設(shè)備核心信息設(shè)備（交換機、路由器、防火墻等）應(yīng)急照明消防系統(tǒng)動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)機房門禁、安防監(jiān)控等系統(tǒng)供配電系統(tǒng)-UPS負載供配電系統(tǒng)-A級機房A級機房配電系統(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雙回路負載單回路負載供電設(shè)備：精密空調(diào)、新風(fēng)機、市電照明等市電設(shè)備在設(shè)計時需要做出配電圖，再根據(jù)需要配置配電柜、電力電纜、電源插座、走線路由等。以下是一個B級機房的基本配電圖，大型機房還要復(fù)雜的多。供配電系統(tǒng)-B級機房變壓器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)電機供電設(shè)備：精密空調(diào)、新風(fēng)機、市電照明等市電設(shè)備

末端精密配電示意圖精密配電柜機架式PDU（同一網(wǎng)絡(luò)機柜內(nèi)）防濺防塵工業(yè)接插件（安裝于機柜下方）雙路電源雙電源電子設(shè)備機架式STS方案單電源電子設(shè)備供配電系統(tǒng)-機柜末端配電供配電系統(tǒng)-案例照片

市電配電柜、UPS配電柜目錄第二章供配電系統(tǒng)介紹第三章UPS工作原理第四章UPS選型市電負載逆變器電池組充電器175～264V220±4％～±10％V功率等級0.25-3KVA左右后備式UPS基本原理（一）-市電正常時，它向負載提供的是抽頭變壓器稍加穩(wěn)壓處理的“低質(zhì)量”交流電，逆變器不工作，蓄電池由獨立的充電器充電。-當(dāng)市電超出規(guī)定范圍時，負載由繼電器轉(zhuǎn)為電池逆變供電。后備式UPS基本原理（二）市電負載低通濾波器逆變器/充電器降壓繞組升壓繞組電池組175～264V150～175V264～276V功率等級0.7-20KVA左右互動式UPS基本原理（一）互動式UPS基本原理（二）在線互動UPS與后備式比，主要區(qū)別在于：逆變器與充電器合二為一，輸出通過變壓器的抽頭跳變，實現(xiàn)分段穩(wěn)壓。功率等級10-480KVA左右市電負載主變換器電池組Delta變換器175～264V220±4％～±10％V補償變壓器Dalta變換式UPS基本原理（一）Dalta變換式UPS基本原理（二）－市電正常時，85％能量有市電直接提供，15％能量有一個逆變器提供，－當(dāng)市電異常時，100％能量有電池提供。－無法解決市電上的諧波污染，比如：頻率異常、浪涌、噪聲等，將直接輸入到重要負載。ACDCACDCACACACAC3phaseinput3phaseoutputMaininverterDeltainverterNeutralNeutralBatteryBattery整流逆變充電器電池組輸入EMI輸出EMI負載市電維修開關(guān)旁路輸入空開市電輸入空開切換開關(guān)1234功率等級0.7-1500KVA左右在線式UPS基本原理（一）在線式UPS基本原理（二）

不管電網(wǎng)電壓是否正常，輸出交流電壓都要經(jīng)過逆變器，即逆變器始終處于工作狀態(tài)。四種架構(gòu)UPS性能對比

在主路市電正常時，UPS一方面通過整流器、逆變器給負載在線提供高品質(zhì)交流電源；另一方面通過整流器為電池充電，將能量儲存在電池中，如圖：

在線式UPS市電逆變工作模式在線式UPS電池逆變工作模式當(dāng)主路市電掉電或不正常時，系統(tǒng)自動無間斷地切換到電池工作模式，由電池逆變出用戶所需的三相四線交流電源向負載供電。市電恢復(fù)后系統(tǒng)自動無間斷地恢復(fù)到正常工作模式，如圖：

在線式UPS靜態(tài)旁路工作模式

旁路工作方式有兩種，一種能自動恢復(fù)到正常工作模式；另一種需人工干預(yù)才能回到正常工作模式。在逆變器過載延時時間到、逆變器受大負載沖擊等情況下，系統(tǒng)自動無間斷切換到靜態(tài)旁路電源向負載供電。在逆變器恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動恢復(fù)正常供電方式。當(dāng)用戶關(guān)機，或主路市電掉電（或不正常）且電池儲能耗盡，或發(fā)生嚴重故障等情況下，逆變器關(guān)閉，系統(tǒng)會停留在旁路工作模式。此后若需恢復(fù)到正常工作模式，則需要用戶重新開機，如圖：

在線式UPS維修工作模式

需要對UPS電源及電池等進行全面檢修或設(shè)備故障需維修時，可以通過閉合維護開關(guān)Q3BP，將負載轉(zhuǎn)向維修旁路直接供電，以實現(xiàn)對UPS不停電維護。維修需要斷開UPS內(nèi)部的主路、旁路輸入電源和電池輸入開關(guān)以及輸出開關(guān)，實現(xiàn)UPS內(nèi)部不帶電而對負載仍然維持供電的維修工作模式，如圖：

UPS高可靠性供電方案方案一：主從機串聯(lián)“熱備份”方案適用范圍：中小功率機型優(yōu)點：價格便宜，安裝方式簡單可靠。缺點：從機電池壽命縮短。對單機抗階躍負載能力要求高。沒有擴容能力。市電負載AC/DC----DC/ACAC/DC----DC/AC主路從機旁路從機輸出

UPS高可靠性供電方案方案二：直接并機型冗余供電適用范圍：大功率機型優(yōu)點：多臺UPS平均分攤負載、可靠性高。缺點：控制電路復(fù)雜。成本高。形式較多：直接并機（N+1)、并機柜方式(并機旁路柜）、導(dǎo)航型方式、熱同步方式。市電負載AC/DC----DC/ACAC/DC----DC/AC主機從機從機輸出并機邏輯控制

UPS高可靠性供電方案方案二：直接并機型冗余供電并聯(lián)的目的1、可以組成很大容量的交流電源系統(tǒng)；2、可以組成冗余系統(tǒng)以提高系統(tǒng)的可靠性；3、可以靈活配置系統(tǒng)的容量，便于擴容，并降低用戶的初始投資；4、系統(tǒng)具有很好的可維護性并聯(lián)的基本條件：除并機系統(tǒng)各單機必須滿足機型和容量相同，軟件和硬件版本需一致外，還需滿足以下條件：電壓幅值相等輸出濾波器參數(shù)一致電壓頻率一致控制系統(tǒng)穩(wěn)定電壓相位一致均流一致

UPS高可靠性供電方案方案三：雙母線供電電池UPSACPPCSTS電池UPSACPPC雙電源負載單電源負載LBSTVSSTVSS母線一母線二3目錄第二章供配電系統(tǒng)介紹

第三章UPS工作原理第四章UPS選型

UPS國內(nèi)外主要品牌UPS品牌主要有：臺達（中達）；梅蘭日蘭；艾默生；APC愛克賽山特（中小功率）科士達UPS配置UPS容量的確定統(tǒng)計本期負載的功耗；結(jié)合發(fā)展規(guī)劃，確定中遠期的總功耗；考慮一些安全余量；確定擴容方案1.首先獲得負載的總功耗,并統(tǒng)一單位到KW

可通過查詢設(shè)備銘牌或規(guī)格書獲得其功耗信息

額定電流I：W=I*220*0.8;

額定功率W：直接使用;

視在功率VA：W=VA*0.8；2.將需要供電的所有負載功耗相加，獲得總功耗P3.服務(wù)器等屬電容性負載，功率系數(shù)取0.8，S=P/0.84.根據(jù)GB50174規(guī)范要求：UPS基本容量（E）≥1.2x設(shè)備計算負荷（S）5.根據(jù)E尋找最靠近，且額定容量大于E的UPS型號UPS配置UPS容量計算例如：機房內(nèi)有服務(wù)器機柜20架，每架服務(wù)器機柜內(nèi)安裝5臺服務(wù)器，每臺服務(wù)器400W,Cos?取值為0.9。P=400*5*20/1000=40KWS=P/Cos?=40/0.9=44.4KVAE≥1.2S=1.2*44.4=53.3KVAUPS配置-示例蓄電池國內(nèi)外主要品牌

蓄電池品牌主要有：哈爾濱光宇；廣東湯淺；江蘇雙登；紹興燈塔杭州南都德國陽光沈陽松下電池后備時間主要取決于市電供應(yīng)情況油機發(fā)電機組的配置維護響應(yīng)時間電池組配置電池組配置蓄電池容量(AH)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(AH)的計算方式1、恒流法2、電源法電池組配置恒流法C=P×T/（Vf×η×K）C—蓄電池容量，AhE—UPS容量PF—UPS輸出功率因數(shù)P—負載功率，P=E×PFVf—UPS額定直流電壓η—UPS逆變效率K—電池放電系數(shù)T—放電小時數(shù)當(dāng)電池備用時間為30分鐘，K=0.45，當(dāng)電池備用時間為1小時，K=0.55；當(dāng)電池備用時間為2小時，K=0.64，池備用時間為3小時，K=0.75；當(dāng)電池備用時間為4小時，K=0.79,當(dāng)電池備用時間為5小時，K=0.83;當(dāng)電池備用時間為6小時，K=0.88,當(dāng)電池備用時間為8小時，K=0.94電池組配置-示例恒流法-蓄電池容量計算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NT80KVAUPS,直流電壓為348V電池組選用29只12V電池,故N=29,n=6,UPS的功率因數(shù)Pf=0.8,逆變器轉(zhuǎn)換效率η=0.95。C=P×T/（Vf×η×K）=（80*1000*0.8*0.5）/（348*0.95*0.45）