数据中心机房供电配电系统如何设计

发布时间:

2024-04-16

  一、机房配电系统布局

  数据中心机房配电系统的主要设备包括UPS、蓄电池、配电柜和柴油发电机。这些设备占据很大的面积和重量。对于这些设备的位置,要考虑功能要求、空间和承重需要,还要考虑对外界的危害。

  数据中心机房配电系统应有独立的配电室和变电站。 UPS电源机房应布置在靠近机房(负载中心)的位置,以保证UPS输出与电源设备之间的压降和损耗尽可能小。 UPS电源主机、配电柜、电池组是否需要分离,根据数据中心级的要求确定。另外要考虑到UPS属于大型设备,比较重,噪音大,需要放置在承重好的地方,不影响办公和休息环境。配电柜位置的选择主要考虑功能要求。配电柜在满足功能分区的基础上,尽量靠近供电负载。发电机房宜设在地面一层。发电机房设置在地下时,应特别注意进、出风通道是否符合要求,以及机组储油装置(日用油箱、储油罐)的防火要求。发电机组应注意。

  应预留足够的变电站、发电机房和UPS电源房面积,可与机房同步发展,满足机房面积扩大或机房功率密度上升引起的供电需求。对于不是专门为数据中心设计的建筑物,需要注意是否满足设备安装和线路敷设的要求,包括楼层承重、净高、抗震等级、耐火等级等。

  二、供配电系统设计

  1.市政配电系统设计

  市政配电主要用于为精密空调设备、通用照明和送排风、维修插座、通用电源、UPS设备等供电。 市政配电的机房配电系统一般由通用供电。建筑物的配电柜。采用50Hz交流电源,380/220v三相五线制电源,TN-S接地方式。零线和地线分开设置,零地线之间的电压小于1V。

  一般数据中心应该引入两路市电电源,条件有限时可以引入一个电源。当引入两个市电电源时,宜做冗余或作为电源容量的扩展。

  各市级电源的供电能力应满足所有一、二类负载的要求,包括UPS供电系统、机房精密空调、机房照明、蓄电池充电、楼宇一、二类负载。设备。两路市电供电能力应为全冗余,正常情况下同时进行供电运行,两路电源在负载设备输入端自动切换。

  市政配电柜一般通过径向分布直接分配给所有的电力设备或电箱。机房内所有配电电缆必须采用桥架或钢管敷设。市政配电柜具有消防联动保护功能。发生火灾时,可及时切断电源,如遇火警报警,照明箱内的开关及主要部件应设置有效的防雷措施。

  2.自备应急电源系统设计

  数据中心一般采用柴油发电机组作为自备应急电源。对于大型、高层数据中心,可选择可靠性高、输出电能质量好、非线性负载能力强、体积小、重量轻的大功率燃气轮发电机组。具有一般可靠性要求的数据中心应配备一个独立的应急电源,供电容量应满足所有一级和二级负载的要求,包括UPS电源系统、机房空调、机房照明等。机房、电池充电和楼宇设备的 I 和 II 类负载。当数据中心条件有限且市电供电时

  供电可靠性高,移动式发电机组可部分或全部作为自备应急电源使用。发电机组的燃料储备量应根据数据中心级要求,结合市政供电、供油和消防要求的可靠性确定。一般不低于发电机组满负荷运行8小时的油耗。

  3. UPS供配电系统设计

  UPS电源配电主要用于计算机设备、服务器、小型机器、存储、网络设备、安防监控设备等。UPS电源系统输出一般采用三级配电方式:系统输出配电柜-机房配电柜- 机柜配电单元。

  UPS电源系统电池容量的计算方法有两种:

  (1) 按负载电流计算;

  (2) 按负载功率计算;

  负载电流计算的结果是电池组的总容量,然后选择单个电池组的容量和数量。负载功率计算的结果为所选容量规格的电池数量。两种方法的结果可以相互验证。

  对于单电源输入设备,即使采用了双机冗余UPS供电系统,也建议将其接入其中一台。对于双机组冗余UPS电源系统,每台机组的容量可视为并联冗余。对于需要双路供电的单电源输入设备,其输入端应设置静态开关STS。静态开关STS的性能应满足其要求,一般转换时间小于5-10ms。

  当负载设备对地零电压要求较高时,可在机房配电柜内设置隔离变压器。有时,为了保证UPS故障旁路后的高质量供电,常在UPS旁路的输出端设置隔离变压器。

  数据中心UPS供配电系统一般采用冗余供电,很少采用单机供电。在UPS设备出现故障的情况下,冗余电源仍然可以满足机房重要设备的用电需求,这是单机无法实现的。从冗余配置方案来看,常见的有以下几种方式:

  (1)热备份冗余UPS供电方式

  主机已加载,备用机为空或有非重要负载。备用机接主机的旁路输入。这种方式灵活,不需要两个相同品牌的ups,也不增加额外的辅助电路,不增加采购成本。如果ups主机出现故障,ups备用机必须更换所有负载,这意味着在设计时必须计算UPS备用机的总负载。这种方法的缺陷是ups备用机具有阶梯式承载能力,不能扩展供电系统。两台不同容量的UPS连接,只能按UPS的最小容量输出。

  (2) 。直接并联冗余UPS供电方式

  为了克服热备份冗余供电系统的弱点,随着UPS控制技术的进步,额定输出功率相同的UPS可以直接并联,形成冗余供电系统。为保证并联系统的高质量,电源必须保持同频、同相、均流。供电方式瞬时过载能力强,可自动分电,系统以备用为主,提高供电可靠性,方便电力系统扩容。但存在环流,增加无功损耗,降低系统可靠性,需要额外的辅助电路。因此,增加了成本和故障点。例如,在设计中,两台互为备用,每一台都被认为是50%的承载能力。并行主机越多,单个主机的负载能力越低。

  (3) .双总线冗余供电方式

  双总线供电方式是用两条总线为后端设备供电。每条总线具有相同的UPS供电方式,消除UPS输出端与终端用户负载端之间可能出现的“单瓶颈”故障隐患,提高输出电源的“容错”功能系统。这种供电方式可保持在线、扩容、在线升级,提高了重要总线的可用性,满足双电源设备需求,实现7×24×365运行目标。但双总线冗余供电方式相当于构建上述供电方式的两条电路,需要两倍以上的成本。同时可在输出端安装STS,满足单电源设备的供电需求,保证供电和输出的可靠性。

  三、供配电设备安装及线路铺设

  机房UPS和精密空调电源系统输入应配备专用输入配电柜。电力系统输入配电柜应接两路电源并自动切换。 UPS电源主机的主电源和旁路电源应分别引入,并由不同的输入配电柜引出。 UPS电源系统的输出应为放射状双回路配电方式。 UPS电源系统的输出应为三相配电,端部分开,以利于三相平衡。

  机房配电柜和UPS电源柜应安装在地面上。配电箱和照明配电箱的底边应安装在离地面1.4m的墙上。配电柜和其他电气设备的底座应与建筑物地面牢固固定并接地。机房内应分别设置维修和测试用插座,并有明显的区别标志。测试用电源插座采用UPS供电,维修插座采用市电供电。所有线路均应根据设备布置图和设计图布设。供电距离在设计时应尽量短。机房内的电源线、信号线和通信线应分开敷设,从UPS配电箱(柜)引出的配电线不得一起敷设,应敷设在机房活动地板下至各机房。一排网络或服务器机柜,用插座或工业连接器为机柜供电。

  四、可靠接地

  数据中心采用联合接地方式,将建筑物周围的环形接地体、建筑物地基接地网和变压器接地铜板连接起来。重要机房由铜编织带组成联合接地网。配电柜和配电箱的所有金属框架和基础钢必须可靠接地(PE)。门和框的接地端子采用裸铜编织线连接。照明配电箱漏电保护器动作电流不大于30mA,动作时间不大于0.1s。接地(PE)支线必须与接地(PE)干线分开连接,不得串联。 UPS电源柜输出端中性线(N极)必须与接地装置直接引出的接地干线相连,联合接地电阻小于4Ω,独立接地小于1Ω Ω、当灯具离地高度小于2.4m时,灯具易触及的外露导体必须可靠接地(PE),并提供专用接地螺栓和标志。当外部电源接入机房电源管理室时,电缆的金属护套应与接地装置连接。金属电缆桥架及其支架的总长度应不少于2处与接地(PE)干线相连。电缆桥架间连接板的两端应接铜芯接地线。接地线的最小允许截面积不小于6mm2,插座之间不得串联接地(PE)。

  五、机房防静电

  由于静电对计算机设备的影响很大,机房的防静电技术非常重要。目前机房的防静电措施主要是在机房地板上设置防静电地板,地板通过横梁连接成一个整体,并与机房下方的接地铜板连接。地面。地板基材采用全钢、铝合金、硫酸钙等材料,机房墙面涂刷彩钢板或防静电涂料。吊顶装有金属吊顶板,起到静电屏蔽作用,防止强磁场干扰。

  六、结束PDU

  配电单元(PDU),顾名思义,应具有配电或附加管理的功能。配电是指电流、电压和接口的分配。电源管理是指开关控制(包括

  遥控、电路中的各种参数监控、线路切换、承重限制、电源插座的匹配安装、电缆的布置、空间的管理、浪涌保护和极性检测。由于几乎所有数据中心的IT设备都已经或将被放置在标准机柜中,PDU作为机柜必不可少的配件越来越受到各方的关注。与普通电源相比,PDU电源分配器具有设计更合理、质量标准更严格、安全无故障工作时间长、对各种漏电、过流过载、插拔动作频繁、发热小等优点。上升,安装灵活方便,适合对用电要求严格的行业客户使用。也从根本上杜绝了普通电源因接触不良、负载小而造成的频繁停电、烧毁、火灾等安全隐患。

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