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机房供配电系统工程  机房供电系统的设计必须考虑多方面因素。机房系统位于强电、弱电的结合处,在这些界面上有两种专业技术规范,有些规定也不十分明确,带来的问题是:机房各子系统的设计程度差距较大,主要是弱电机房预留的位置不合适,面积过大或偏小;弱电竖井中遗漏接地干线和电源插座;UPS容量、支持时间长短不一;UPS供电方式不能确定是采用集中式还是分散式;各子系统的供电和接地方式不规范等。在一部分设计文件中,还经常发现有文字说明描述不清楚、系统图和平面图五花八门、图形符号不按现行制图和标准绘制等问题。


一、设备的摆放和所处环境
  机房供电系统的主要设备有:UPS、蓄电池、配电柜和柴油机等。这些设备的共同点是单位占地面积大。而对于这些设备的摆放位置既要考虑功能上的需求,又要考虑空间和承重的需要,还要考虑对外界的危害。机房应单独设计电源间,用符合防火要求的隔墙与弱电设备隔离,避免电源间噪声、蓄电池酸碱液渗漏和电气火灾等事故扩散到计算机设备机房内。
  UPS是供电系统的心脏,UPS需要摆放在尽可能距离机房近的位置,能够保证从UPS输出到用电设备之间的压降和损耗尽可能小;还需要考虑到UPS属于大型设备,重量比较大,噪声大,需要摆放在一个承重比较好,并且不影响办公和休息环境的地方。蓄电池同样是比较重的设备,其摆放需要考虑大楼承重的问题,而且电池需要特别的维护,防止其漏液、膨胀爆炸,需要提供一个温、湿度适宜和通风的环境,并定期进行检测。配电柜摆放位置的选择,主要考虑功能上的需求,配电柜应在满足功能分区的基础上,尽可能地靠近其配套设备。柴油机属于空气污染、噪声污染和强震动的设备,应该摆放在通风、承重较好、噪声不会影响其他人的地方,最好是摆放在地面上,并配以减震胶垫。为了起到防潮的效果,这些设备应该摆放在地台或者支架之上。


二、供电系统设计
  动力配电主要用于供给空调设备、普通照明、给排风、维修插座、一般动力、UPS设备等。
  UPS配电主要用于主机设备、网络设备、保安监控设备、多媒体、消防、应急照明等。
  在考虑功能和重要性的前提下,机房的供电系统设计应该注意以下事项:
(1)机房容量较大时,宜设置专用电力变压器,容量较小时,可采用专用低压馈电线路供电。
  (2)电子计算机的电源设备应靠近主机房设置。
  (3)机房内其它电力负荷不得由计算机主机电源和UPS供电。主机房内为计算机设备宜设置专用动力配电箱,与其它负载分别供电。
  (4)单相负载应均匀地分配在三相上,三相负载不平衡度应小于20%。
  (5)计算机电源系统应限制接入非线性负载,以保持电源的输出波形。


三、动力供配电系统
  由总配电柜馈出的动力供配电系统采用50Hz交流电,380/220V三相五线制电源,TN-S接地方式,零线和地线分开设置且零地线之间电压小于1V。动力配电柜、照明配电箱采用放射式配电直接配至各用电设备。
  机房内所有线缆须设计钢制桥架、线槽或钢管进行敷设。由于精密空调的供电电流大、负载动态范围宽,为防止干扰,应考虑另选路径单独敷设电缆。
  动力配电柜(箱)具有火警联动保护功能,出现火警时可与消防系统联动及时切断电源,关闭防烟防火阀,并且在值班室安装手动电源切断装置。动力柜、照明箱内的开关和主要元器件采用进口产品,并设置有效的防雷措施。有条件时,大型机房最好采用专用电力变压器供电。


四、UPS供电系统
  UPS供电系统既可以采用单机供电,也可以采用并联冗余方式进行供电。冗余方式供电能够在少数设备故障时,仍然能够满足机房内的用电需求,这是单机供电所不能达到的。从冗余式配置方案来看,有以下几种方式:(1)主机—从机型“热备份”UPS供电方式;(2)直接并机冗余UPS供电方式;(3)双总线冗余供电方式。
  4.1 主机-从机型“热备份”UPS供电方式
  主机带负载,备机空载,备机接入主机的BYPASS(旁路)输入端。这种方式布置比较灵活,不需要两台UPS必须是同一品牌,而且不要增加额外辅助电路,不增加购置成本。但是这种供电方式两台UPS老化程度不同,备机电池组长期处于浮充状态影响电池寿命。这种结构有许多单点故障。如果主UPS出了故障,那么另一台必须接替全部负载。这也就意味着在约8ms内,另一台UPS必须把供电从0增加到100%,此方式的缺陷在于备用UPS长期处于空载状态,其电池寿命会缩短、容量会下降,且备用UPS须具有阶跃性负载承载能力,无扩容能力。由于人们很难实时了解备用UPS各部分有无故障或隐患,当要启动备用机时,可能就无法正常工作了。
  4.2 直接并机冗余UPS供电方式
  为克服主机—从机型“热备份”供电系统的缺点,随着UPS控制技术的进步,具有相同额定输出功率的UPS可直接并联而形成冗余供电系统。为保证高质量的并机系统,各电源间必须保持同频、同相,并且各机均流。此供电方式瞬间过载能力强,能够自动均分功率。但是存在着环流,增加无功损耗,降低系统可靠性;需增加额外辅助电路,随之而来的是增加成本,增加故障点。

4.3 双总线冗余供电方式
  双总线供电方式是采用两条总线对后端设备进行供电,每条总线上具有相同的一套UPS供电方式。消除可能出现在UPS输出端与最终用户负载端之间的“单点瓶颈”故障隐患,以提高输出电源供电系统的“容错”功能。此供电方式能够在线维护、在线扩容、在线升级,提高了重要总线的可用性,满足了双电源用电设备的需求,真正实现了7×24×365小时运行的目标。但是双总线冗余供电方式相当于搭建了两套前述供电方式的回路,需要增加2倍以上的成本。
  另外,UPS输出配电针对每个单独机柜采用一个独立回路(一个空气开关控制一个回路),使用插座或者工业连接器对单独机柜进行供电;对于重要设备需要提供双路独立供电电源,可从两个独立的UPS进行输出配电。UPS输出的电源分别送到机房各个机柜既安全可靠,又方便使用和日常维护。如果机房细分为不同的房间或空间,每一个房间或空间是由它们各自独立的紧急电源开关(EPO)所支持,那么这些空间应该拥有自己独立的水平分布区域。


机房供配电系统五、配电设备的安装和线路敷设问题
  机房内设备的安装和线路的铺设是以设备布局和设计图纸为基础进行的。
  5.1 设备安装
  机房配电柜、UPS柜落地安装。动力配电箱、照明配电箱底边距地1.4m墙上暗装。配电柜及其他电气装置的底座应与建筑楼地面牢靠固定,并接地。吊顶内电气装置应安装在便于维修处。分体空调插座设置在机房内墙上距地面1.8m处。机房内应分别设置维修和测试用插座,且有明显区别标志。测试用电源插座应由UPS供电,维修插座由市电供电。
  5.2 线路敷设
  供电距离要尽量短,主要是从供电安全考虑,电源间应靠近机房设备。机房内活动地板下部的低压配电线路应采用铜芯屏蔽导线或铜芯屏蔽电缆。机房内的电源线、信号线和通信线应分别铺设,不能共走同一线槽。UPS输出配电箱(柜)引出的配电线路,穿镀锌钢管沿机房活动地板下敷设至各排机柜,使用插座或工业连接器为各个机柜供电。
  信号线缆在活动地板下从机柜、配线架至各设备,应采用金属线槽沿设备周围或主机房从设备背面的活动地板穿线孔引入设备(注意不得与电源线路共用活动地板穿线孔,且间距大于0.1m),信号线缆避免沿机房墙边敷设以防与强电线管交叉。弱电布线槽道应与强电槽道分开,并行的间距应不小于300mm,线槽接头应可靠连接并良好接地。活动地板下部的电源线应尽可能远离计算机信号线,并避免并排敷设。当不能避免时,应采取相应的屏蔽措施。
  5.3 可靠接地
  所有的配电柜和配电箱的金属框架和基础型钢必须可靠接地(PE)。门和框架的接地端子间用裸扁铜线连接。照明配电箱内的漏电保护器的动作电流不大于30mA,动作时间不大于0.1s。接地(PE)支线必须单独与接地(PE)干线相连接,不得串联连接。UPS输出柜输出端的中性线(N极),必须与由接地装置直接引来的接地干线连接,作重复接地,接地电阻小于4Ω。当灯具距地面高度小于2.4m时,灯具的可接近裸露导体必须可靠接地(PE),并应有专用接地螺栓和标识。外电源进线至机房电源管理间时,应将电缆的金属外皮与接地装置连接;从楼外引入的铠装信号电缆和屏蔽信号线,进入弱电机房前也应注意安装信号避雷器,避免沿建筑外墙或防雷引线引雷入室,而遭受雷击和高频电磁干扰。同轴电缆的屏蔽层必须与机壳一起接地。这样可以有效地抑制线缆接收到的电磁干扰信号,从而保证信号传输的质量。从机房送出的信号线路应采用金属线槽沿墙并在吊顶内敷设,避免与其他电气管路平行紧贴。尽量避开空调、消防、暖气和给排水等管道,与它们的间距按相关规范执行。金属电缆桥架及其支架和引入或引出的金属电缆导管必须可靠接地(PE),且必须符合下列规定:
  (1)金属电缆桥架及其支架全长应不少于两处与接地(PE)干线相连接。
  (2)电缆桥架间连接板的两端跨接铜芯接地线,接地线最小截面积不小于6mm2。
  (3)接地(PE)在插座间不串联连接。
  工程实施中按上述做法可以较好地处理机房供电的可靠和安全,各种不同电压和频率的信号线缆敷设安全、相互隔离度好、整齐美观,并且方便维护管理。

5.4 消防系统的要求
  消防系统设备的动力电缆、控制电缆或电线,按规范要求选用耐火型电缆、电线。其他弱电系统所用电缆、电线均采用阻燃型。在设备选择及线路敷设时,应充分考虑电磁兼容问题。


六、末端供电(PDU)
  电源分配单元(PDU),顾名思义PDU应具备电源的分配或附加管理的功能。电源的分配是指电流及电压和接口的分配,电源管理是指开关控制(包括远程控制)、电路中的各种参数监视、线路切换、承载的限制、电源插口匹配安装、线缆的整理、空间的管理及电涌防护和极性检测。由于数据中心的几乎所有IT设备都已经或者将要放置在标准机柜内。因此,PDU作为机柜的必备附件也越来越受到相关各方的重视。
  PDU和普通电源插排相比,其优点主要表现在:设计安排更合理、品质和标准更严格、安全无故障工作时间长、各类漏电、过电过载保护更优秀、插拔动作频繁而不易损坏、热温升小、安装更灵活方便,适合对用电要求很严格的行业客户使用。也从根本上杜绝了普通电源插排因接触不良、负荷小而造成的频繁断电、烧毁、火灾等安全隐患。


七、数据中心机房对供电的需求有如下几个特点
1、对供电要求高靠性
数据中心面对的客户一般都是企业级客户,有的甚至为门户网站,若负载中断,数据中心业务提供者,将会面临巨大损失,因此对供电的可靠性要求很高。
2、负载容量大
数据中心机房建设投入巨大,并且会考虑到未来几年的业务增长,因此其要能承接足够大的业务量。一般一个机房约放置50-100个机架,每个机架的负载量约为几千瓦,因此一个机房的负载量约为几百到上千千瓦,一个数据中心可能建设多个机房。
3、相对集中的供电方式
为了分担风险,同时又考虑到集中供电的方便管理性,一般按一个机房的负载容量来考虑,负载量约在几百到上千千瓦。
4、对设备的谐波污染要求高
随着国家对节能、环保的要求越来越高,电信运营商积极响应,同时,数据中心机房也是用电大户,是供电单位的重点关注对象,对谐波关注的程度高,这已经是趋势。

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