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套管未来

【尔雅吾温】机房配电系统与配电电缆线径的选择及巡查

机房规划


主机房:主要用于电子信息处理、存储、交换和传输设备的安装和运行的建筑空间,包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。

支持区:支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业场所,包括变配电室、柴油发电机房、不间断电源系统室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和安防控制室。

辅助区:用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所,包括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等。

行政管理区:用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的场所,包括工作人员办公室、门厅、值班室、盥洗室、更衣间和用户工作室等。

机房分级标准

《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008规定:电子信息系统机房应根据使用性质、管理要求及由于场地设备故障导致网络运行中断在经济和社会上造成的损失或影响程度,将电子信息系统机房划分为A 、B 、C三级。

满足下列情况之一的电子信息系统机房应为A级。 A级为容错型,在系统需要运行期间,其场地设备不应因操作失误、设备故障、维护和检修而导致电子信息系统运行中断。

1 电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失;

2 电子信息系统运行中断将造成公共场所秩序严重混乱。

容错系统是具有两套或两套以上相同配置的系统,在同一时刻,至少有两套系统在工作,每套系统是(N+M,M=O~N)结构。按容错系统配置的场地设备,至少能经受住一次严重的突发设备故障或人为操作失误事件而不影响系统的运行。

满足下列情况之一的电子信息系统机房应为B级。B级为冗余型,在系统需要运行期间,其场地设备在冗余能力范围内,不应因设备故障而导致网络系统运行中断。

1 网络运行中断将造成较大经济损失;

2 网络运行中断将造成公共场所秩序混乱。

不属于A级或B级的电子信息系统机房为C级。C级为基本型,在场地设备正常运行情况下,应保证网络系统运行不中断。

供配电系统

1、供配电系统应为电子信息系统的可扩展性预留备用容量。
2、户外供电线路不宜采用架空方式敷设。当户外供电线路采用具有金属外护套的电缆时,在电缆进出建筑物处应将金属外护套接地。
3、电子信息系统机房应由专用配电变压器或专用回路供电,变压器宜采用干式变压器。
4、电子信息系统机房内的低压配电系统不应采用TN-C系统,而应采用TN-S系统。
5、电子信息设备应由不间断电源系统供电。不间断电源系统应有自动和手动旁路装置。确定不间断电源系统的基本容量时应留有余量。不间断电源系统的基本容量可按下式计算:E≥1.2P
E――不间断电源系统的基本容量,不包括备份不间断电源系统设备
P――电子信息设备的计算负荷
6、用于电子信息系统机房内的动力设备与电子信息设备的不间断电源系统应由不同回路配电。
7、电子信息设备的配电应采用专用配电箱(柜),专用配电箱(柜)应靠近用电设备安装。
8、电子信息设备专用配电箱(柜)宜配备浪涌保护器、电源监测和报警装置,并应提供远程通信接口。当输出端中性线与PE线之间的电位差不能满足电子信息设备使用要求时,宜配备隔离变压器。
9、A级电子信息系统机房应配置后备柴油发电机系统,当市电发生故障时,后备柴油发电机应能承担全部负荷的需要。
10、后备柴油发电机的容量应包括不间断电源系统、空调和制冷设备的基本容量及应急照明和关系到生命安全的需要的负荷容量。
11、市电与柴油发电机的切换应采用具有旁路功能的自动转换开关。自动转换开关检修时,不应影响电源的切换。
12、敷设在隐蔽通风空间的低压配电线路应采用阻燃铜芯电缆,电缆应沿线槽、桥架或局部穿管敷设;当配电电缆线槽(桥架)与通信缆线线槽(桥架)并列或交叉敷设时,配电电缆线槽(桥架)应敷设在通信缆线线槽(桥架)的下方。活动地板下作为空调静压箱时,电缆线槽(桥架)的布置不应阻断气流通路。
13、配电线路的中性线截面积不应小于相线截面积;单相负荷应均匀分配在三相线路上。

机房配电系统框图



ATS开关和STS开关的区别

    ATS开关和STS开关用于在两个独立的AC电源之间转换供电,第一路出现故障后自动切换到第二路给负载供电。

  STS静态切换开关主要由智能控制板,高速可控硅,断路器构成。其标准切换时间为≤8ms,不会造成IT类负载断电。既对负载可靠供电,同时又能保证STS在不同相切换时的安全性。STS的基本应用包括电力工业的自动化系统,石化工业的电源系统,计算机和远程通讯中心,大楼的自动化和安全系统,以及其他对电源中断敏感的设备。

 ATS为机械结构,以接触器为切换执行部件,切换功能用中间继电器或逻辑控制模块组成二次回路完成控制功能,缺点是主回路接触器工作需要二次回路长期通电,容易产生温升发热、触点粘结、线圈烧毁等故障。同时如果是大负载情况下,转换时间相对比较长,为100毫秒以上,会造成负载断电。


ATS开关


STS开关



机房接地系统

接地系统分类

根据系统和设备接地方法的各种不同的组合, 低压电源系统的接地形式分为TN、TT、IT 等几种。

a) TN 系统是电源系统中性点直接接地, 负载电气设备的外露可导电部分通过导线连接到中性点的系统。

b) TT 系统是电源系统中性点直接接地, 负载电气设备的外露可导电部分独立接地(与电源系统的接地无电气连接)的系统。

c) IT 系统是电源系统的带电部分不接地或经阻抗接地,负载电气设备的外露可导电部分接地的系统。

TN接地系统分类

根据中性线和保护线是否合并的情况,TN 系统又分为TN-S、TN-C-S 和TN-C 系统。

TN-S 系统在整个系统中,中性线和保护线都是分开的。所有负载电气设备的外露可导电部分均接保护线。TN-S 系统有时称为三相五线系统。在有三相不对称负载和非线性负载时,中性线N 中有电流流过,但保护线在正常时不通过负载电流,保护线上没有电压。

TN-C 系统在整个系统中,中性线和保护线的功能合并为一根PEN线。TN-C 系统有时称为三相四线系统。

TN-C-S 系统中,有一部分电路(A 点以前)的中性线和保护线的功能合并为一根PEN 线,是TN-C 系统。另一部分电路(A 点以后) 分成中性线和保护线,是TN-S 系统。需要指出的是,分成保护线和中性线后不能再合并,否则将失去TN-S 的特点。

UPS选型

UPS的功能与作用


后备式:后备式UPS电源在市电正常时负载由市电经转换开关供电,当市电系统出现问题时才会由UPS的电池经逆变器转换向负载供电。后备式UPS输出电压稳定在±5%~8%,输出频率稳定在±1Hz。后备式UPS电源其主要优点是价格便宜。目前大部分的后备式UPS都是一些低功率UPS,一般不到1KVA。

在线式:在线式UPS电源当市电正常时,供电途径是市电→整流器→逆变器→负载。市电中断时的供电途径是电池→逆变器→负载。在线式UPS输出电压稳定在±3%以内,输出频率稳定在±0.5Hz。因此不论外部电网状况如何,总能够提供稳定的电压。这种UPS价格比后备式UPS贵些,容量从1KVA~l00KVA以上。

UPS计算选型

1、用户在规划或者设计机房时,遇到的最普遍的问题是服务器负载的计算问  题。

2、计算机设备的总功耗由CPU、内存、主板、存储设备、风扇等部件的功耗组成,当CPU处于高使用率的时候,计算机的功耗主要来自CPU和内存,此时功耗较大;当CPU处于空载或低使用率的时候,计算机的功耗主要来风扇等辅助设备,此时功耗较小。计算机的实际使用功耗取决于CPU的使用率。

3、一般计算机厂商在设计计算机电源时,从电源可靠性考虑,均增加了30%以上的余量,也就是说,即使当计算机满负荷运行时,其实际功耗也只有电源铭牌功率的70%左右。

4、根据实测经验数值,计算机设备的实际运行功耗一般在电源铭牌功率的35%~65%之间。以上数据是确定负荷计算中的需用系数Kx的依据。

机房所需UPS容量计算

机房所需UPS容量P=Pjs/Cosø/0.8

机房设备计算容量Pjs=Pe*Kx

说明:

Pe=数据中心机房的机柜数量×平均每机柜服务器数量 ×每台服务器功率

Kx:根据不同行业的用户或不同类型的应用对计算机系统的使用要求,Kx的取值略有不同,一般典型的Kx取值为0.4,适用于IDC运营机房、政府机关、金融行业以及各类数据机房。对于集群应用的用户Kx取值为0.45~0.5。对于大量采用刀片式服务器的集群应用系统,其Kx取值按照0.6计取,但Pe需要按照实际刀片数来计算。每个刀片的典型装机容量Pe为201W。

Cosø:20多年前,根据当时计算机电源技术,得出一个经验值,Cosø=0.8 。根据最近几年对用户机房内计算机设备功率因数的实际测量,平均值大约在0.9~0.93之间。

计算机设备负荷计算(举例)

例如:机房内有服务器机柜32台,每台服务器机柜内安装6台服务器,每台服务器600W, Kx取值为0.4 , Cosø取值为0.9。

Pjs=Pe*Kx=600*6*32*0.4/1000=46.08KW

P=Pjs/Cosø/0.8=46.08/0.9/0.8=64KVA

E≥1.2P=1.2*64=76.8KVA

蓄电池容量选型

蓄电池容量(AH) 的定义

蓄电池容量(AH)是指在标准环境温度下(25℃),电池在给定时间指点终止电压时(1.80v),可提供的恒定电流A与持续放电时间H的乘积(I*T)。

蓄电池容量(AH) 的计算方式

1、恒功率法

2、估算法

恒功率法(查表法)

Pnc =P(W)/(N*n)

P(W)={P(VA)*Pf}/η

P(W)电池组提供的总功率

P(VA)  UPS标称容量(VA)
Pf  UPS功率因子

η逆变器转换效率
Pnc
每cell需要提供的功率

n机器配置的电池数量
N
单体电池cell数

Vmin电池单体终止电压


恒功率法举例

1台80KVA UPS 后备时间30min,选用DCF126-12系列电池.计算电池容量?

台达NT80KVA UPS直流终止电压为300V及U临界=300V,直流电压为348V电池组选用29只12V电池,故N=29,n=6, U终压=1.75vUPS的功率因子Pf =0.8,逆变器转换效率η=0.95。
P(W)={P(VA)*Pf}/η={80*1000*0.8}/0.95=67368.4(W)
Pnc=P(W)/(N*n)=67368.4 /(29*6)=387.2(W)

查DCF126-12系列电池恒功率表可知:

DCF126-12/120电池终止电压为1.75v时放电30min电池提供功率为217W。
电池组数量=387.2/217=1.78
即:选用2组120ah,计58节120ah电池。

蓄电池容量选型

估算法

C10= Imax/KCh

Imax= {P(VA)*Pf}/(η*Umin)

C10蓄电池10小时率容量

P(VA)  UPS标称容量(VA)
Pf    UPS功率因子

η逆变器转换效率
KCh   容量换算系数(1/h)

Imax 电池组提供最大电流

Umin电池组最底工作电压


估算法举例

1台80KVA UPS 后备时间30min,选用DCF126-12系列电池.计算电池容量?

台达NT80KVAUPS直流终止电压为300V及U临界=300V,直流电压为348V电池组选用29只12V电池,故N=29,n=6, U终压=1.75v UPS的功率因子Pf =0.8,逆变器转换效率η=0.95。

Imax= {P(VA)*Pf}/(η* Umin)=(80*1000*0.8)/(0.95*300)=224.6(A)

查中达电通DCF126系列蓄电池不同放电时率不同放电终止电压下,电池的容量换算表(25℃)可知KCh=0.9.

C10=I/KCh=224.6A/0.9=249(Ah)

即:选用2组120ah,计58节120ah电池。

综合布线系统

数据中心布线设计的参考标准

为了让数据中心结构化布线的规划与设计规范化,建议使用者和设计者重点参考以下几个标准以及书籍:

★ANSI/TIA-942-2005 《数据中心电信设施标准》

★《数据中心布线系统设计于施工技术白皮书》*

*:此白皮书详细地阐述面向未来的数据中心结构化布线系统的规划思路、设计方法和实施指南。

综合布线系统构成


数据中心机房内布线空间主要包含主配线区(MDA),水平配线区(HDA),区域配线区(ZDA)和设备配线区(EDA)。各配线区详细功能说明请参阅标准ANSI/TIA-942-2005。


数据中心布线设计建议

数据中心的需求

灵活性– 容易根据网络调整(如:增加、移动、删除)而改进

扩展性– 从小规模到大规模的应用,随需求增长而变化

高密度– 更多的端口,更少的空间

快速部署– 时间就是金钱,快速安装

改进线缆管理/专用的线缆区域–大线径线缆的空间,高密度

模块化设计– 容易复制设计,实现更有效率扩展

美观– 数据中心是技术陈列室

铜缆系统性能等级




本段课件作者:唐武东,来源于互联网。

机房配电电缆线径的选择及巡查注意事项

机房配电电缆线径的选择

机房供配电系统设计有一定的规范,用户新建机房供配电系统时,应通过设计单位选择合适的交流线径,严格按设计文件施工。对于现有机房新增一般性负载,往往由用户自行设计并安装。

安全用电是动力设备安装与维护人员的基本要求,所有安装与维护人员都有必要了解交流电缆线径选择的方法和原则。维护人员在日常工作中不局限于发现设备潜在故障,也应关注线缆等配套设备存在的风险,实现精细化维护。在具体的安装与维护工作中,不少工程师对电缆线径的选择存在着一些误区,需要对这些误区进行分析。选择了错误的电缆线径,轻则增加了建设或运行成本,重则可能带来巨大的安全隐患。
只按经济电流密度,不复核电缆压降信
假定某单相交流负载最大电流不超过16A(单相负载电流通常不超过20A),按经济电流密度法选用4mm

2
电缆,如果负载距离100米,铜电导率σ为57,电缆电阻为:R=L/(σS)=100×2/(57×4)=0.88Ω
电缆上电压降ΔU为ΔU=IR=16×0.88=14.1V
  连接回路在最大工作电流作用下的电压降,不得超过该回路允许值(《电力工程电缆设计规范》第6页,GB50217-94),该例电缆上电压降达到14.1/220=6.4%,超过多数设备线路上压降不应大于5%的要求。负载工作电压下降6.4%,相应的工作电流上升1A,需要选用更粗的电缆(如6mm
2
),重新计算电压降,直至电压降小于5%。
并联多大的导线,就相当于线径增大多少平方

大型机房负载容量大,需要提供很大的电流,如果选择一根导线,无疑需要线径很粗的供电电缆,施工并不方便,甚至没有足够粗的导线可供使用。多根导线并联是允许的,由于线径小的电线每平方载流量大于粗电线,并联方式可能在经济上更合算。
 并联电线之间的电流在理论上按截面积分配,只要是相同材质电线(如铜线),都可以直接并联。但实际工程中,最好使用相同的线径。如果线径相差悬殊,可能由于接线端子存在一定电阻,以及与电缆截面积不成正比的感抗作用,导致电流分配偏差,一根导线可能分配电流过大,超过安全载流量。此外,如果采用不一致的线径,需仔细复核电线上的电流是否小于安全载流量,细导线的单位载流量只能按粗导线计算。

因此,大小相差悬殊的电缆并联使用,电缆载流量往往并不按照理想条件下的电流分配规律来分配,小电缆相对发热明显。两线并联时,粗的电缆不应大于细电缆的两倍。
零线选择未考虑三次谐波与不平衡电流

当负载三相不平衡时,零线将有电流流过;当三相严重不平衡时,零线电流甚至大于相电流。计算机、节能灯等电子设备多产生三次及三的倍次谐波,谐波电流通过零线。对于谐波抑制不佳的电子设备来说,三次谐波电流可能大于相电流,零线电流很大。此外,三次及以上谐波频率较高,在导线内流过时有趋肤效应,即电流主要从导体表面流过,相当于缩小了导线截面积,热效应更加明显。
  现行IDC机房建设过程中,普遍采用3+2电缆,即一根圆形绝缘电缆中包括三根相线、一根零线和一根保护地线,如3×50+2×25电缆,零线线径为相线的一半。如果为普通计算机或照明供电,当负载达到设计容量后,存在一定的安全风险,三次谐波导致零线过热甚至着火。除非负载谐波抑制效果好,或进行了谐波整治,否则零线线径不应小于相线线径。
保护地线目的是等电位连接,线径细一点也可以

交流设备与机房接地排之间、设备内部部件与机柜之间连接有保护接地线,一方面是等电位连接的要求,使所有设备和部件外壳保持等电位,预防触电以及由于雷电侵入导致的内部放电;另一方面用于泄放接地故障电流。
  由于雷击时长以微秒计,即使大的雷电流,积累的能量常不足以烧毁保护地线,因此不少工程师认为接地保护线对于防雷来说不用考虑粗细。确实,在雷击事件中少见有保护地线烧毁的案例,但保护地线的线径要求还有另外的原则,即发生接地故障时,保护地线不应在保护设备动作前烧毁。显然,电流越大的设备,输入电缆越粗,输入断路器容量越大,保护地线也越粗。因此规范规定,当相线线径大于35mm

2
时,保护地线线径应取相线线径的一半,按规范进行供配电系统设计,能达到相线越粗,保护地线也越粗的目的,消除安全隐患。
电缆压接头注意问题

正常情况下电缆头与线鼻子线径要对应。电缆头允许细一些但里面要放填充物,不允许电缆比电缆头粗出现用刀削细电缆头的现象。

电缆鼻子根据其本身长度,一般要压三次;也会有压两次的情况。

压接方向为与电缆接线方向垂直

注意剥线长度与线鼻子长度适中(剥线长度要略短于线鼻子长度)

剥线时注意下手力度,不要过深,破坏其内部的铜导线。

关于涮锡的问题,主要是为了减少压接处的电阻,保证电缆内部电缆紧密连接。同时可防止压接头处过热和防止氧化。

多芯电缆剥线时注意问题

剥线力度要适中,注意保护电缆内部铜导体。

热缩套管与电缆线径要适中。注意热缩套管加热时不要损伤配电柜其他部分。

分线套筒要压到多芯电缆开口根部,并做好密封,保证电缆内部的绝缘。

对于铠装电缆,要做好铠装部分的接地。

电缆敷设时注意问题

注意电缆不可弯折不可贴地拖动,不可环绕(尤其是多芯电缆)。

电缆尽量不要交叉,或叠加。

注意电缆弯曲半径,最低为15D。同时要留有一定余量。

电缆与配电柜压接时要注意不同相留有不同的余量,一般电缆出现母排每相高度不同,注意接线时的应力。

注意接线母排螺母方向,充分考虑接线空间和散热。

注意电缆与桥架之间不要有应力,充分考虑桥架的承重,桥架无锋利处。

注意电缆与目排螺栓连接处不要有绝缘漆,电缆鼻子与母排压接面积相同。

注意母排结合处10cm内不得刷相色漆。

注意N排始终与柜体保持绝缘,N 线的接线要紧固。地线与柜体始终紧密连接。

对于UPS要保证电池开关柜接地与UPS柜接地分开。BCB控制线要于电池侧可靠接地。

最后基本的还是要注意相序是否正确,接线两段是否对应电缆敷设顺序是否合理,切记混乱。