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數據中心機房供電需求有哪些?供配電系統如何布置??

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數據中心機房供電需求有哪些?供配電系統如何布置??

發布日期:2016-07-27 作者: 點擊:

(1)模扩大、功率密度增高造成供电总容量的提高。 ?单机柜负荷:2kW/台-3kW/台-4kW/台—更高;? 单位面积平均负荷:0.5kva/m2—1kva/m2-1.5kva/m2-2kva/m2—更高; 


(2)可靠性要求——供配电系统的可靠性要求相应提高。 ? 供配电系统可靠性:99.00%-99.90%-99.99%—99.999%——更高;






(二)數據中心機房供配電系統需求分析


随着数据中心的要求也不断提高,信息设备功能越来越强,功率密度越来越高。数据中心设备机柜用电负荷由以前的2kVA/台,提高到3kVA/台、4kVA/台,甚至更高。机房单位面积的平均用电负荷也由1kVA每平方,提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方,甚至更高,数据中心用电负荷的统计应分为两个层次,即:UPS 供电系统负荷(输出)和市电供电系统负荷。 


市电供电系统负荷(输出)的统计主要包括:UPS 供电系统(输入)、机房精密空调系统、机房照明及建筑电气设备等。UPS供电系统负荷(输入)=供电负荷+充电负荷。机房精密空调系统负荷=N台主用空调机组额定负荷容量×负荷率。


UPS供電系統負荷(輸出)的統計主要包括:計算機設備、服務器、存儲、網絡設備、小型機等,在負荷設備明確時,按設備數據統計,具體負荷設備不明確時,按設備機櫃平均負荷統計。設備機櫃數量也不明確時,可按機房面積平均負荷估計。




(三)数据中心机房供配电系统的布置     


数据中心机房供配电系统主要设备有:UPS、电池、配电柜和柴油发电机等。这些设备单位占地面积、重量大,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。  数据中心机房供电系统应有独立的配电间、变配电所,UPS 电源机房应靠近设备机房(负荷中心)布置,这样能保证从UPS输出到用电设备之间的压降和损耗尽可能的小。


UPS 电源主机、配电柜与蓄电池组是否需要分隔,按照数据中心等级的要求决定,另外还需要考虑到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。配电柜位置的选择,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,尽可能靠近供电负载。发电机房宜设置在地面一层,当发电机房设置于地下层时,应特别注意进、出风通道能否满足要求,应注意发电机组储油装置(日用油箱、储油罐)的消防要求。  变配电所、发电机房、UPS 电源机房均应留有足够的面积,可与设备机房同步发展,应对设备机房面积扩展或设备机房功率密度上升引起的供电需求。于非专门设计用于数据中心的建筑,应注意其是否满足设备安装和线路敷设的要求,包括楼面荷载、净高、抗震等级、耐火等级等方面。




(四)市電動力配電系統設計  


市電動力配電主要用于供給機房精密空調設備、普通照明和給排風、維修插座、一般動力、UPS設備等。市電動力配電一般由大樓總配電櫃饋出的動力供配電系統,采用50Hz交電,380/220V三相五線電源,TN-S接地方式,零線和地線分開設置且零地線之間電壓小于1V。  


一般可靠性要求数据中心宜引入两路市电电源,条件受限制时也可引入一路市电电源。引入两路市电电源时,宜为冗余关系,也可作为供电容量扩展关系,每一路市电电源的供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求,包括UPS电源系统、机房精密空调、机房照明、蓄电池充电及建築設備中的一、二级负荷。两路市电电源的供电容量应为全冗余,正常时应同时供电运行,两路电源在负荷设备输入端自动切换。  


市電動力配電櫃一般采用放射式配電直接配至各用電設備或電箱,機房內所有動力配電線纜必須設計橋架或鋼管敷設,市電動力配電櫃具有火警聯動保護功能,出現火警時可與消防系統聯動及時切斷電源,動力配電櫃、照明箱內的開關和主要元器件應設置有效的防雷措施。








(五)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、高等级数据中心也可以选择可靠性高、输出电源品质好、带非线性负载能力强、体积小、重量轻的大功率燃气轮机发电机组。一般可靠性要求的数据中心宜配置一路自备应急电源,供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求,包括UPS 电源系统、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建築設備中的一、二级负荷。


當數據中心條件受限制,且市電電源具有較高可靠性時,也可以部分或全部采用移動式發電機組作爲自備應急電源。發電機組燃料儲備量應根據數據中心等級的要求,結合市電電源可靠性、供油可靠性、消防要求綜合決定,一般不宜少于發電機組滿負荷運行8小時的用油量。




(六)UPS供配电系统设计      


UPS配电主要用于计算机设备、服务器、小型机、存储、网络设备、保安监控设备等。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电源系统蓄电池组容量的计算方法有以下两种: 


(1) 按负荷电流计算; 


(2) 按负荷功率计算;  


按负荷电流计算的结果是蓄电池组的总容量,然后再选择单组蓄电池的容量和组数。按负荷功率计算的结果是选定容量规格的蓄电池组数。两种计算方法的结果可互相校验。  对于单电源输入设备,即使已采用双单元冗余UPS 电源系统,也宜将其连接在其中一个单元上。对于双单元冗余UPS电源系统,可将其每个单元中的部分容量视为并联冗余性质。对于需要双回路供电的单电源输入设备,宜在其输入端设置静态转换开关STS。静态转换开关STS 的性能应能满足其要求,一般转换时间小于5~10ms。  当负荷设备对零-地电压要求较高时,可在机房配电柜设置隔离变压器。有时候,为保证UPS故障旁路后输出高质量电源,往往在UPS旁路输出端设置隔离变压器。  


數據中心UPS供配電系統一般采用冗余方式供電,很少采用單機供電。冗余方式供電能在一台UPS設備故障時,仍然能夠滿足機房內重要設備的用電需求,這是單機供電所不能達到的。從冗余式配置方案來看,常用的有以下幾種方式:




(1)、热备份式冗余UPS供电方式   


主机带负载,备机空载或带非重要负载,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同品牌,而且不要增加额外辅助电路,不增加购置成本。如果UPS主机发生了故障,那么UPS备机必须接替全部负载,这也就意味着设计时必须计算好UPS主机故障时,UPS备机所需承担的总负载。此方式的缺陷在于UPS备机得具有阶跃性负载承载能力,无法对电源系统进行扩容,两台容 量不同的UPS相联,只能按最小的UPS容量输出。




(2)、直接并机冗余UPS供电方式   


爲克服熱備份式冗余供電系統的弱點,隨著UPS控制技術的進步,具有相同額定輸出功率的UPS可直接並聯而形成冗余供電系統,爲保證高質量的並機系統,各電源間必須保持同頻、同相、且各機均流。此供電方式瞬間過載能力強,能夠自動均分功率,系統互爲主備,提高供電可靠性,電源系統擴容方便。但是存在著環流,增加無功損耗,降低系統可靠性,需增加額外輔助電路,隨之而來是增加成本,增加故障點。設計時,如2台互備,每台按照50%帶載能力考慮,並聯的主機越多,單台主機的帶載能力就越低。




(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,改善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。同 时,为满足单电源设备的供电需求,可在输出端安装STS,来保证供电输出的可靠性。




(七)供配電設備的安裝和線路敷設  


机房UPS、精密空调电源系统输入应设置专用的输入配电柜。电源系统输入配电柜应引接两路电源、自动切换。UPS 电源主机的主电源和旁路电源应分别引入,并宜由不同的输入配电柜引接。UPS电源系统输出应采用放射式、双回路配电方式。UPS 电源系统输出应采用三相配电,末端分相,以利三相平衡。  机房配电柜、UPS电源柜落地安装,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,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。所有线路的敷设是要以设备布局和设计图纸为基础进行,设计时考虑供电距离尽量短,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电源配电箱(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网络或服务器机柜,使用插座或工业连接器为机柜供电。




(八)末端PDU        


電源分配單元(PDU),顧名思義PDU應具備電源的分配或附加管理的功能。電源的分配是指電流及電壓和接口的分配,電源管理是指開關控制(包括遠程控制)、電路中的各種參數監視、線路切換、承載的限制、電源插口匹配安裝、線纜的整理、空間的管理及電湧防護和極性檢測。由于數據中心的幾乎所有的IT設備都已經或者將要放置在標准機櫃內,所以,PDU作爲機櫃的必備附件也越來越受到相關各方的重視。 


PDU電源分配器和普通電源排插相比,其優點主要表現在設計安排更合理、品質和標准更嚴格、安全無故障工作時間長、各類漏電、過電過載保護更優秀、插拔動作頻繁而不易損壞、熱升溫小、安裝更靈活方便,適合對用電要求很嚴格的天堂在线客戶使用。也從根本上杜絕了普通電源排插的因接觸不良、負荷小而造成的頻繁斷電、燒毀、火災等安全隱患。

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