信息中心機(jī)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(jī)房建設(shè)工程是隨著信息化系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)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(zhuān)業(yè)，它是為解決諸如溫濕度、潔凈度、電磁場(chǎng)強(qiáng)度、防靜電、供配電、接地與防雷、消防安全等綜合技術(shù)問(wèn)題，為電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行和工作人員提供良好的工作環(huán)境。機(jī)房工程概述1電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失；2電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成公共場(chǎng)所秩序嚴(yán)重混亂。1網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中斷將造成較大經(jīng)濟(jì)損失；2網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中斷將造成公共場(chǎng)所秩序混亂。不屬于A(yíng)級(jí)或B級(jí)的電子信息系統(tǒng)機(jī)房為C級(jí)。A級(jí)（容錯(cuò)型）C級(jí)（基本型）B級(jí)（冗余型）機(jī)房工程概述-電源分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)1.《電子計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范》（GB/T2887-2011）2.《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174－2008）3.《電子信息系統(tǒng)機(jī)房施工與驗(yàn)收規(guī)范》（GB50462-2008）4.TelecommunicationsInfrastructureStandardforDataCenters(TIA/EIA–942)5.《計(jì)算機(jī)場(chǎng)地安全要求》（GB/T9361-2011）6.《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2006）7.《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045-95(2005年版)）8.《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范》（GB50052-2009）11.《低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）12.《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50303-2011）13.《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2004）14.《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50217-2002）15.《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）機(jī)房工程概述-建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)房靜電防護(hù)通則》（YD/T754-1995）18.《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50055-2011）19.《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003（2009版））20.《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50019-2003）21.《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50243-2002）22.《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50314-2006）23.《智能建筑工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50339-2003)24.《綜合布線(xiàn)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范》（GB50370—2005）28.《氣體滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50263-2007）29.《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50116-2008)30.《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50166-2007)31.《電信專(zhuān)用房屋設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD/T5003-2005）機(jī)房工程概述-建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)房的供配電系統(tǒng)是機(jī)房工程中的關(guān)鍵項(xiàng)目，是一個(gè)綜合性供配電系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中不僅要解決計(jì)算機(jī)設(shè)備的用電問(wèn)題，還要解決保障計(jì)算機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行的其它附屬設(shè)備的供配電問(wèn)題，如計(jì)算機(jī)機(jī)房專(zhuān)用恒溫恒濕器（空調(diào)器），機(jī)房照明系統(tǒng)用電，安全消防系統(tǒng)用電等。下表為機(jī)房供配電的指標(biāo)，分為三級(jí)。

項(xiàng)目指標(biāo)A級(jí)B級(jí)C級(jí)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(shí)間（ms）0～＜44～＜200200～1500供配電系統(tǒng)-指標(biāo)

設(shè)計(jì)一個(gè)符合計(jì)算機(jī)運(yùn)行要求的供配電系統(tǒng)，首先應(yīng)確定供電等級(jí)。計(jì)算機(jī)機(jī)房的供電等級(jí)是根據(jù)計(jì)算機(jī)的工作性質(zhì)及其重要性來(lái)劃分，分為三級(jí)

A級(jí)負(fù)荷計(jì)算機(jī)房。此類(lèi)機(jī)房是指如國(guó)防建設(shè)、生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、金融財(cái)政、航空管理等部門(mén)的機(jī)房。這些部門(mén)的機(jī)房如遇突然斷電使計(jì)算機(jī)中斷工作的話(huà)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷亡等惡性事故，造成無(wú)法彌補(bǔ)的重大損失。所以這類(lèi)機(jī)房應(yīng)采用一類(lèi)供電——不間斷供電系統(tǒng)。

B級(jí)負(fù)荷計(jì)算機(jī)房。此類(lèi)機(jī)房是指如科研單位和一些應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)單位的機(jī)房，這些單位的機(jī)房一旦突然中斷供電將使生產(chǎn)、運(yùn)輸、通信等受到一定程度的影響，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成一定的損失。這類(lèi)機(jī)房一般采用二類(lèi)供電——需建立帶備用的供電系統(tǒng)。

C級(jí)負(fù)荷計(jì)算機(jī)房。此類(lèi)計(jì)算機(jī)房是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)做些一般的統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)、情報(bào)檢索工作單位的機(jī)房。這些機(jī)方如突然中斷供電雖會(huì)使工作受一定影響，但一般不會(huì)引起太大的損失。這類(lèi)機(jī)房一般采用三類(lèi)供電——常規(guī)供電系統(tǒng)。供配電系統(tǒng)-供電等級(jí)確定供電等級(jí)后，需選擇一個(gè)切合實(shí)際的供電方式。對(duì)供電方式的選擇應(yīng)在了解各種供電方式的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備、場(chǎng)合、環(huán)境和供電條件等實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。機(jī)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(jī)房專(zhuān)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(fù)載供配電系統(tǒng)-市電負(fù)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(jī)（甚至更高級(jí)別的計(jì)算機(jī)）服務(wù)器存儲(chǔ)設(shè)備核心信息設(shè)備（交換機(jī)、路由器、防火墻等）應(yīng)急照明消防系統(tǒng)動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)房門(mén)禁、安防監(jiān)控等系統(tǒng)供配電系統(tǒng)-UPS負(fù)載供配電系統(tǒng)-A級(jí)機(jī)房A級(jí)機(jī)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(jī)1變壓器2ATS切換柜發(fā)電機(jī)2雙回路負(fù)載單回路負(fù)載供電設(shè)備：精密空調(diào)、新風(fēng)機(jī)、市電照明等市電設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)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(xiàn)路由等。以下是一個(gè)B級(jí)機(jī)房的基本配電圖，大型機(jī)房還要復(fù)雜的多。供配電系統(tǒng)-B級(jí)機(jī)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(jī)供電設(shè)備：精密空調(diào)、新風(fēng)機(jī)、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(jī)架式PDU（同一網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜內(nèi)）防濺防塵工業(yè)接插件（安裝于機(jī)柜下方）雙路電源雙電源電子設(shè)備機(jī)架式STS方案單電源電子設(shè)備供配電系統(tǒng)-機(jī)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(fù)載逆變器電池組充電器175～264V220±4％～±10％V功率等級(jí)0.25-3KVA左右后備式UPS基本原理（一）-市電正常時(shí)，它向負(fù)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(dú)立的充電器充電。-當(dāng)市電超出規(guī)定范圍時(shí)，負(fù)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(fù)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(jí)0.7-20KVA左右互動(dòng)式UPS基本原理（一）互動(dòng)式UPS基本原理（二）在線(xiàn)互動(dòng)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(guò)變壓器的抽頭跳變，實(shí)現(xiàn)分段穩(wěn)壓。功率等級(jí)10-480KVA左右市電負(fù)載主變換器電池組Delta變換器175～264V220±4％～±10％V補(bǔ)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(shí)，85％能量有市電直接提供，15％能量有一個(gè)逆變器提供，－當(dāng)市電異常時(shí)，100％能量有電池提供。－無(wú)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(fù)載。ACDCACDCACACACAC3phaseinput3phaseoutputMaininverterDeltainverterNeutralNeutralBatteryBattery整流逆變充電器電池組輸入EMI輸出EMI負(fù)載市電維修開(kāi)關(guān)旁路輸入空開(kāi)市電輸入空開(kāi)切換開(kāi)關(guān)1234功率等級(jí)0.7-1500KVA左右在線(xiàn)式UPS基本原理（一）在線(xiàn)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(guò)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(duì)比

在主路市電正常時(shí)，UPS一方面通過(guò)整流器、逆變器給負(fù)載在線(xiàn)提供高品質(zhì)交流電源；另一方面通過(guò)整流器為電池充電，將能量?jī)?chǔ)存在電池中，如圖：

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

在線(xiàn)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(dòng)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(guò)載延時(shí)時(shí)間到、逆變器受大負(fù)載沖擊等情況下，系統(tǒng)自動(dòng)無(wú)間斷切換到靜態(tài)旁路電源向負(fù)載供電。在逆變器恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常供電方式。當(dāng)用戶(hù)關(guān)機(jī)，或主路市電掉電（或不正常）且電池儲(chǔ)能耗盡，或發(fā)生嚴(yán)重故障等情況下，逆變器關(guān)閉，系統(tǒng)會(huì)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(hù)重新開(kāi)機(jī)，如圖：

在線(xiàn)式UPS維修工作模式

需要對(duì)UPS電源及電池等進(jìn)行全面檢修或設(shè)備故障需維修時(shí)，可以通過(guò)閉合維護(hù)開(kāi)關(guān)Q3BP，將負(fù)載轉(zhuǎn)向維修旁路直接供電，以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS不停電維護(hù)。維修需要斷開(kāi)UPS內(nèi)部的主路、旁路輸入電源和電池輸入開(kāi)關(guān)以及輸出開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)UPS內(nèi)部不帶電而對(duì)負(fù)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(jī)串聯(lián)“熱備份”方案適用范圍：中小功率機(jī)型優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，安裝方式簡(jiǎn)單可靠。缺點(diǎn)：從機(jī)電池壽命縮短。對(duì)單機(jī)抗階躍負(fù)載能力要求高。沒(méi)有擴(kuò)容能力。市電負(fù)載AC/DC----DC/ACAC/DC----DC/AC主路從機(jī)旁路從機(jī)輸出

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

UPS高可靠性供電方案方案二：直接并機(jī)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(kuò)容，并降低用戶(hù)的初始投資；4、系統(tǒng)具有很好的可維護(hù)性并聯(lián)的基本條件：除并機(jī)系統(tǒng)各單機(jī)必須滿(mǎn)足機(jī)型和容量相同，軟件和硬件版本需一致外，還需滿(mǎn)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(xiàn)供電電池UPSACPPCSTS電池UPSACPPC雙電源負(fù)載單電源負(fù)載LBSTVSSTVSS母線(xiàn)一母線(xiàn)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(guó)內(nèi)外主要品牌UPS品牌主要有：臺(tái)達(dá)（中達(dá)）；梅蘭日蘭；艾默生；APC愛(ài)克賽山特（中小功率）科士達(dá)UPS配置UPS容量的確定統(tǒng)計(jì)本期負(fù)載的功耗；結(jié)合發(fā)展規(guī)劃，確定中遠(yuǎn)期的總功耗；考慮一些安全余量；確定擴(kuò)容方案1.首先獲得負(fù)載的總功耗,并統(tǒng)一單位到KW

可通過(guò)查詢(xún)?cè)O(shè)備銘牌或規(guī)格書(shū)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(fù)載功耗相加，獲得總功耗P3.服務(wù)器等屬電容性負(fù)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(jì)算負(fù)荷（S）5.根據(jù)E尋找最靠近，且額定容量大于E的UPS型號(hào)UPS配置UPS容量計(jì)算例如：機(jī)房?jī)?nèi)有服務(wù)器機(jī)柜20架，每架服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)安裝5臺(tái)服務(wù)器，每臺(tái)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(guó)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(guó)陽(yáng)光沈陽(yáng)松下電池后備時(shí)間主要取決于市電供應(yīng)情況油機(jī)發(fā)電機(jī)組的配置維護(hù)響應(yīng)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下（25℃），電池在給定時(shí)間指點(diǎn)終止電壓時(shí)（1.80v），可提供的恒定電流A與持續(xù)放電時(shí)間H的乘積（I*T）蓄電池容量(AH)的計(jì)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(fù)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(shí)數(shù)當(dāng)電池備用時(shí)間為30分鐘，K=0.45，當(dāng)電池備用時(shí)間為1小時(shí)，K=0.55；當(dāng)電池備用時(shí)間為2小時(shí)，K=0.64，池備用時(shí)間為3小時(shí)，K=0.75；當(dāng)電池備用時(shí)間為4小時(shí)，K=0.79,當(dāng)電池備用時(shí)間為5小時(shí)，K=0.83;當(dāng)電池備用時(shí)間為6小時(shí)，K=0.88,當(dāng)電池備用時(shí)間為8小時(shí)，K=0.94電池組配置-示例恒流法-蓄電池容量計(jì)算1臺(tái)80KVA

UPS后備時(shí)間30min,選用DCF126-12系列電池.計(jì)算電池容量?

臺(tái)達(dá)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）