機房供電設(shè)計[共91頁]

機房供電概述及系統(tǒng)設(shè)計來源：中國綠色數(shù)據(jù)中心 作者：機房360 更新時間：2009/5/4 18:51:37 摘要：機房電氣工程中機房供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心機房的生命線，因此要建一個好的機房，首先要將供配電解決好。一般要求主要開關(guān)設(shè)備應(yīng)該被設(shè)計成適合增容、維護和冗余，并提供雙倍的或隔離的冗余配置。設(shè)計時應(yīng)該考慮到開關(guān)裝置、總線或斷路器維護的方便性。瞬時電壓浪涌抑制(TVSS)應(yīng)該被安裝在電力分配系統(tǒng)的每一級上，并且采用適當?shù)囊?guī)格，以便能夠抑制可能發(fā)生的瞬時的能量。 （一）機房供電概述1.供配電系統(tǒng)供配電是數(shù)據(jù)中心機房的生命線，這句話一點也不夸張，因為離開了電我們的機房是連一分鐘也運行不了的，因此要建一個好的機房，首先要將供配電解決好。一般要求主要開關(guān)設(shè)備應(yīng)該被設(shè)計成適合增容、維護和冗余，并提供雙倍的或隔離的冗余配置。設(shè)計時應(yīng)該考慮到開關(guān)裝置、總線或斷路器維護的方便性。瞬時電壓浪涌抑制(TVSS)應(yīng)該被安裝在電力分配系統(tǒng)的每一級上，并且采用適當?shù)囊?guī)格，以便能夠抑制可能發(fā)生的瞬時的能量。不同類別機房對電源的要求：A類機房：停電后會產(chǎn)生重大損失和社會影響，要求建立不停電電源系統(tǒng)。B類機房：停電后會產(chǎn)生一定損失和社會影響，要求建立備用電源系統(tǒng)。C類機房：停電后不會產(chǎn)生大的隕失和社會影響，可按一般用戶配置。2.市電輸變電系統(tǒng)對于一級負荷機房應(yīng)該有從不同變電站供給的雙路供電，加上柴油發(fā)電機，通過應(yīng)急電源柜切換后供給機房內(nèi)的UPS和精密空調(diào)機組，ATS切換最好做在機房配電系統(tǒng)就近，切換后以最短距離輸送給機房設(shè)備。備用發(fā)電機系統(tǒng)是至關(guān)重要的一個因素。即便其中有一個故障時，也能夠直接地向計算機和其它設(shè)備提供一個理想質(zhì)量和容量的電力供應(yīng)。發(fā)電機的設(shè)計應(yīng)能夠處理UPS系統(tǒng)或電腦設(shè)備負荷的諧波電流。備用發(fā)電機應(yīng)該提供備用電源給所有的冷卻設(shè)備，避免負載設(shè)備溫度上升以及停止運行。如果發(fā)電機不支持這些系統(tǒng)，它們所帶來的益處就顯得很有限。在自動控制發(fā)生故障時，發(fā)電機應(yīng)該能夠采用手動控制。應(yīng)該給每一個發(fā)電機輸出提供瞬時電壓浪涌抑制(TVSS)裝置。發(fā)電機燃料應(yīng)該是柴油，這樣啟動比較快?？紤]現(xiàn)場儲藏量的要求，通常需要保證4小時到60天。并且需要給所有燃料儲藏系統(tǒng)提供一個遠程的燃料監(jiān)控和警報系統(tǒng)。由于微生物增長是柴油燃料最常見的故障，應(yīng)設(shè)計有便攜的或安裝固定的清潔系統(tǒng)。在寒冷的季節(jié)，需要考慮給燃料系統(tǒng)加熱或循環(huán)，避免柴油燃料膠凝。當確定好現(xiàn)場燃料儲藏系統(tǒng)的容量時，同時需要考慮燃料供貨商在緊急情況時的反應(yīng)時間。在發(fā)電機周圍提供UPS照明電源或單獨的電池，在發(fā)電機和裝置同時發(fā)生故障時提供照明。同樣，在發(fā)電機周圍也應(yīng)該提供UPS供電插座。在組件的分別測試之外，備用發(fā)電機系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)和自動轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)該作為一個系統(tǒng)一起測試。在冗余系統(tǒng)測試單個組件的故障時，冗余系統(tǒng)是為在一個組件發(fā)生故障時能夠繼續(xù)起作用而設(shè)計的。此外，一旦數(shù)據(jù)中心開始運行，應(yīng)該定期測試系統(tǒng)，確保各個組件能夠繼續(xù)正常地發(fā)揮作用。3.機房用電的配置配電必須充分考慮到今后的發(fā)展余量。如lBMP550A服務(wù)器，每臺高配功率為lKW，一個機柜若裝6臺就是6KW，假如預(yù)期機房在今后會裝到最多四十個機柜那就是240KW；UPS一般可按照設(shè)備容量的1.3倍計算，就是312KVA，再加上適當?shù)挠嗔?，選用3臺200KVAUPS冗余供電是一種較為理想的方案。UPS的供電總?cè)萘?臺200KVA冗余UPS可少算一臺400KVA，精密空調(diào)單臺的實際耗電功率為20KW，假如配置10臺精密空調(diào)的話，總功率為10*20引200KW，機房UPS、空調(diào)總功率為：400+200=600KW，機房供配電要考慮到日后的發(fā)展余量等因素，一般可按照UPS與空調(diào)容量總和的150%配置，就是600*1.5=900KW，另外再加上新風(fēng)機4KW、照明等的用電算8KW，則機房總的配電容量應(yīng)為912KW其中由應(yīng)急柜供電的為UPS和精密空調(diào)。4.作為國家A類標準的計算機機房都要求具備雙路市電電源接入供電，但雙路電源的切換開關(guān)（ATS最好要安裝在UPS輸入的附近，這樣接法相比在遠端的配電柜切換來，可以消除從配電問到UPS之間動力線路，開關(guān)等引起的故障）。機房供配電的安全可靠性牽涉的問題很多，從市電輸入到UPS，從UPS輸出到各級ATS、各級開關(guān)然后到輸出端的各個接線盒及插座，每一個環(huán)節(jié)都十分重要，特別是處于供配電上游的UPS輸入總開關(guān)和輸出總開關(guān)以及ATS。其中任何一個一旦出現(xiàn)問題，都會引發(fā)嚴重的停電事故，后果將不堪設(shè)想，因此其配置問題必須慎之又慎，另外對于動力電纜的配置問題也很值得研究，由于機房內(nèi)大量非線性負載的存在，使得諧波電流很大，所以一般機房剛建好時零地電壓都很低，而設(shè)備裝滿時零地電壓都會大大增加我們的有效辦法之一就是降低零線的電阻，以前我們的零線、地線的線徑一般都比相線要，小很多，但實踐中三相配電線路內(nèi)，相線上的3的整數(shù)倍諧波在中性線上會疊加，使中性線的電流值可能超過相線上的電流。但是從降低諧波電流和零地電壓的目標出發(fā)，我們應(yīng)該將零線和地線的線徑選得與相線相同甚至更粗一點。（二）負荷等級和額定容量依據(jù)計算機的用途和性質(zhì)以及負荷分級的規(guī)定，采取相應(yīng)的供電技術(shù):對于一級負荷采用一類供電，重要機房供電屬于一級負荷，按一級負荷的供電要求，必須保證兩個以上獨立的電源點供電，采用兩條專用干線引進，兩路獨立電源在末端互投，建立不停電系統(tǒng)，而且要保證供電的質(zhì)量;對于二級負荷采用二類供電，建立帶備用的供電系統(tǒng);對于三級負荷采用三類供電，按一般用戶供電考慮。機房用電系統(tǒng)要求提供的電源額定容量一般以兩種方式給出:(1)確定機房用電系統(tǒng)的總功率大小或機房用電系統(tǒng)的總電流。這是選取電力設(shè)備、總斷路器、供電電纜、機房的總發(fā)熱量以及精密空調(diào)時都必需考慮的問題。通常供電總功率應(yīng)留有不少于25%的余量。(2)確定各機柜、分機、設(shè)備等所要求的工作電流。這對設(shè)計計算機房的配電柜、選取合適的傳輸導(dǎo)線和分路開關(guān)也是必需的。針對電氣設(shè)備額定電流，在整定總斷路器和分路開關(guān)時要注意電氣設(shè)備的啟動電流值。在進行方案設(shè)計時，有些經(jīng)驗數(shù)據(jù)可供估算時參考，如:l)UPS功率:主機房可按350W400W/計算;照明用電可按l5W20W/計算。2)空調(diào)機電功率要根據(jù)機房制冷量考慮。主機房制冷量按400W/計算，輔助機房制冷量按300W/m2計算，然后再根據(jù)電氣設(shè)備不同的效率和換算系數(shù)，確定空調(diào)系統(tǒng)用電負荷量。（三）防雷和接地接地極的接地電阻，當系統(tǒng)采用聯(lián)合接地時，R10(北京地區(qū)可按0.5考慮);當采用單獨接地時，R4。在總配電室要做總等電位連接，各樓層的智能化系統(tǒng)設(shè)備機房、樓層弱電間、樓層配電間的接地，采用局部等電位聯(lián)接。貫穿弱電豎井的接地干線，應(yīng)當是鍍鋅扁鋼，截面尺寸不小于一40mm4mm。機房的重要設(shè)備和配電柜(箱)，必須按GB50057一1994(2000年版)，并安裝電涌保護器、做好等電位連接。機房供電系統(tǒng)設(shè)計來源：中國綠色數(shù)據(jù)中心 作者：機房360 更新時間：2009/5/4 18:59:33 摘要：機房電氣工程中，安全、可靠是機房供配電系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵出發(fā)點，由于機房的供配電系統(tǒng)、照明、設(shè)備防雷、機房接地、UPS不間斷電源等與一般的強電設(shè)計有所不同，又與弱電專業(yè)的十幾個子系統(tǒng)密切相關(guān)。因此，它們處于強、弱電專業(yè)設(shè)計分工的接合部。 機房在智能建筑中的重要性確定了安全、可靠是供配電系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵出發(fā)點。由于機房的供配電系統(tǒng)、照明、設(shè)備防雷、機房接地、UPS不間斷電源等與一般的強電設(shè)計有所不同，又與弱電專業(yè)的十幾個子系統(tǒng)密切相關(guān)。因此，它們處于強、弱電專業(yè)設(shè)計分工的接合部。有兩種專業(yè)技術(shù)規(guī)范在這些界面上，有些規(guī)定也不十分明確，帶來的問題是:機房各子系統(tǒng)的設(shè)計深度差距較大；主要弱電機房預(yù)留的位置不合適，面積過大或偏??；弱電豎井中遺漏接地干線和電源插座；UPS電源容量、支持時間長短不一；UPS電源供電方式是采用集中式還是分散式不能確定；各子系統(tǒng)的供電和接地方式不規(guī)范等。一部分設(shè)計文件中，還經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有文字說明描述不清楚、系統(tǒng)圖和平面圖五花八門、圖形符號不按現(xiàn)行制圖，標準繪制等問題。機房常用的供電方式不間斷電源(UPS)供電。由于采用了脈寬調(diào)頻技術(shù)、高效功率器件的成熟、微處理器的發(fā)展等因素，不間斷電源已經(jīng)成為計算機房供電的主要手段。不間斷電源最大的特點，在于不間斷性，而且能最大限度地提供穩(wěn)定電壓，隔離外電網(wǎng)的干擾。外電網(wǎng)一旦停電，UPS能在設(shè)備所允許的極短時間內(nèi)(微秒至毫秒級)自動從備用能源經(jīng)逆變器變換成電壓、頻率和相位都與原供電電源相同的電能繼續(xù)向計算機供電?；蛘咂綍r由逆變器供電，只在逆變器發(fā)生故障時，由靜態(tài)電子開關(guān)自動將計算機瞬時切換到外電網(wǎng)供電或切換到另一臺與之并聯(lián)的UPS上，實現(xiàn)不間斷供電。UPS提供的電源具有較高的電壓和頻率穩(wěn)定性，波形失真也較小，干擾更優(yōu)于外電網(wǎng)，是計算機系統(tǒng)最理想的供電方式。幾乎所有的重要計算機設(shè)備都采用UPS供電。(一)電源布置和系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計和施工必須充分了解并掌握供電對象。充分搜集機房設(shè)備和系統(tǒng)的資料才能做好電源布置和系統(tǒng)設(shè)計，從而合理地滿足機房用電需要。機房應(yīng)設(shè)單獨電源管理間，用符合防火要求的隔墻與弱電設(shè)備隔離，避免電源管理間操聲、蓄電池酸堿液滲漏和電氣火災(zāi)等事故傳播到計算機設(shè)備機房內(nèi)。計算機設(shè)備機房與電源管理間中間設(shè)單扇朝電源管理間方向開啟的連通門，還可考慮設(shè)置玻璃觀察視窗。電源管理間應(yīng)做水泥地面，為防潮、防濕可砌高0.30.5m的水泥平臺擱置配電柜和UPS電源等。UPS主供:主機設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、保安監(jiān)控設(shè)備、多媒體、消防、應(yīng)急照明等。市電主供:空調(diào)設(shè)備、普通照明和給排風(fēng)、維修插座、一般動力等。(二)動力供配電系統(tǒng)由總配電柜饋出的動力供配電系統(tǒng)采用50Hz交流電，380/220V三相五線電源，TN-S接地方式，零線和地線分開設(shè)置且零地線之間電壓小于lV。動力配電柜、照明配電箱采用放射式配電直接配至各用電設(shè)備。機房內(nèi)所有線纜須設(shè)計鋼制橋架、線槽或鋼管敷設(shè)。由于精密空調(diào)的供電電流大、負載動態(tài)范圍寬，為防止干擾，應(yīng)考慮另選路徑單獨敷設(shè)電纜。動力配電柜(箱)具有火警聯(lián)動保護功能，出現(xiàn)火警時可與消防系統(tǒng)聯(lián)動及時切斷電源，關(guān)閉防煙防火閥，并且在值班室安裝手動電源切斷裝置。動力柜、照明箱內(nèi)的開關(guān)和主要元器件采用進口產(chǎn)品，并設(shè)置有效的防雷措施。有條件時，大型機房最好采用專用電力變壓器供電。(三)UPS供配電系統(tǒng)UPS供配電系統(tǒng)的供電范圍是計算機設(shè)備(主機和附屬設(shè)備)、通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、保安監(jiān)控設(shè)備、消防系統(tǒng)、應(yīng)急照明等。UPS輸出配電回路(每個配電控制開關(guān)為一個回路)需按機房內(nèi)設(shè)備要求設(shè)置，小型機/服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)核心交換機及重要路由器要由獨立雙回路供電，其他計算機設(shè)備可用一個回路帶34個插座，固定于地板下。UPS電源分別送到主機房配電柜(末端)既可靠，又方便使用。還應(yīng)該考慮為數(shù)據(jù)中心中關(guān)鍵的負載設(shè)備安裝電源分配單元(PDU)，這些設(shè)施是合并了幾個組件功能到一起的一個裝置，通常很小，比分開安裝幾個獨立的面板和變壓器更有效。如果機房細分為不同的房間或空間，每一個房間或空間是由它們各自獨立的緊急電源開關(guān)(EPO)所支持，那么這些空間應(yīng)該擁有自己獨立的水平分布區(qū)域。電源分配單元(PDU)集成了獨立的變壓器、瞬時電壓浪涌抑制(TVSS)、輸出面板和電源控制的功能，并提供了更多的優(yōu)點。一個典型的PDU包括以下組件。 離線變壓器雙輸入斷路器應(yīng)被視為允許連接一個臨時接駁，允許維護或資源冉分布時不用關(guān)閉關(guān)鍵的負載。 變壓器:盡可能靠近負載以減少從地線到零線之間的共模噪聲，減少電壓源接地和信號源接地之間的差別。當變壓器位于PDU裝置內(nèi)時，就達到了最近的位置。 瞬時電壓浪涌抑制(TVSS):當導(dǎo)線長度盡可能的短時，最好低于2OOm皿，瞬時電壓浪涌抑制(TVSS)裝置的效率將大大地提高了。通過提供在同一個裝置中瞬時電壓浪涌抑制(TVSS)作為分配面板，可以提高效率。 分配面板:可以將面板與變壓器安裝在同一個機柜中或在需要更多面板的情況下，可以使用一個遠程的電源面板。 計量、監(jiān)測、警報、和遠程控制當提供一個傳統(tǒng)的面板系統(tǒng)時，通常意味著大量的空間要求。 緊急電源關(guān)閉(EPO)控制。單點接地總線應(yīng)該用電力分配單元(PDU)將電源分配到關(guān)鍵的負載上。在需要額外分支電路的地方，面板或PDU"sidecars"可以是次級反饋的。應(yīng)該提供兩個冗余PDU給每個機架供電，每一個PDU最好采用不同的UPS系統(tǒng)供電;提供給單相或三相計算機設(shè)備一個可以安裝在機架上的快速轉(zhuǎn)換開關(guān)或從每一個PDU饋給的靜態(tài)開關(guān)。選擇性地，可以提供給單線和三線設(shè)備，從分開的UPS系統(tǒng)饋給的雙饋給靜態(tài)開關(guān)式PDU，盡管這種安排提供稍微少一些的冗余和靈活性。應(yīng)該考慮用彩色的表示牌和饋給電纜來區(qū)別A和B分布，例如，所有的A側(cè)用白色，所有的B側(cè)用藍色。一條電路不應(yīng)該服務(wù)多于一個機架，防止一條電路對多個機架產(chǎn)生電路故障。為了提供冗余，每一個機架和機柜應(yīng)該各自獨有的、兩個專用的、從兩個不同的電力分配單元(PDU)或供電面板來的16A、220V的電路。對于高密度的機架可能要求更高的安培容量，一些新服務(wù)器可能要求一個或多個、單相或三相插座，額定電流要求5OA或更高。每一個插座應(yīng)該用服務(wù)于它的PDU或電路號來標識。(四)配電設(shè)備的安裝和線路敷設(shè)問題在機房設(shè)備布局確定的前提下，按照電氣設(shè)備用途和設(shè)計圖紙進行設(shè)備安裝和線路敷設(shè)。(1)設(shè)備安裝。機房配電柜、UPS電源柜落地安裝;動力配電箱、照明配電箱底邊距地1.4m墻上暗裝;根據(jù)機房內(nèi)設(shè)備負荷容量和分布情況，機柜(箱)內(nèi)元器件配置作到排列有序、安裝牢固、理線整齊、接線正確、標志明顯、外觀良好，內(nèi)外清潔。分設(shè)單相、三相回路，配用小型真空斷路器，如C65N等線路保護開關(guān)。箱內(nèi)設(shè)置輔助等電位接地母排。電源柜及其他電氣裝置的底座應(yīng)與建筑樓地面牢靠固定。電氣接線盒內(nèi)無殘留物，蓋板整齊、嚴密、緊貼墻面。同類電氣設(shè)備安裝高度應(yīng)一致。吊頂內(nèi)電氣裝置應(yīng)安裝在便于維修處。特種電源配電裝置應(yīng)有明顯標志，并注明頻率、電壓。暗裝照明箱或開關(guān)面板安裝在機房出入口附近墻面的方便位置。分體空調(diào)插座設(shè)置在機房內(nèi)墻面上距地1.8m處。主機房內(nèi)應(yīng)分別設(shè)置維修和測試用電源插座，兩者應(yīng)有明顯的區(qū)別標志。測試用電源插座應(yīng)由計算機主機電源系統(tǒng)供電。其他房間內(nèi)應(yīng)適當設(shè)置維修用電源插座。單相檢修電源回路要在電源管理間各墻面距地0.3m設(shè)置檢修電源插座，禁止使用2kW以上大功率電感性電動工具。確需使用這類工具以及三相檢修設(shè)備，應(yīng)使用施工移動式配電盤從機房所在樓層附近的動力或照明配電箱接取電源。(2)線路敷設(shè)。供電距離盡量短，主要是從供電安全考慮，電子計算機電源間應(yīng)靠近主機房設(shè)備。主機房內(nèi)活動地板下部的低壓配電線路應(yīng)采用銅芯屏蔽導(dǎo)線或銅芯屏蔽電纜。機房內(nèi)的電源線、信號線和通信線應(yīng)分別鋪設(shè)，排列整齊，捆扎固定，長度留有余量。UPS電源配電箱(柜)引出的配電線路，穿薄皮鋼管或阻燃PVC管，沿機房活動地板下敷設(shè)至各排機柜和配線架的背面，經(jīng)帶穿線孔的活動地板引上，穿管保護進入金屬導(dǎo)軌式插座線槽、機柜或配線架?？刂婆_或設(shè)備桌后的敷線，用金屬導(dǎo)軌式插座線槽并用螺栓固定，安裝在設(shè)備桌背面距活動地板0.10.3m處。信號線纜在活動地板下從機柜、配線架至各設(shè)備，應(yīng)采用金屬線槽沿設(shè)備周圍或主機房從設(shè)備背面的活動地板穿線孔引人的設(shè)備(注意不得與電源線路共用活動地板穿線孔，且間距大于0.1m)，信號線纜避免沿機房墻邊敷設(shè)以防與強電線管交叉?；顒拥匕逑虏康碾娫淳€應(yīng)盡可能遠離計算機信號線，并避免并排敷設(shè)。當不能避免時，應(yīng)采取相應(yīng)的屏蔽措施。桌上設(shè)備之間的信號連線是短線的(長度于3m)應(yīng)沿設(shè)備背部桌面明敷，但不得懸吊在設(shè)備桌背側(cè)空中;是長線的(長度大于3m)應(yīng)從活動地板穿線孔翻下(上)穿薄皮鋼管在活動地板下敷設(shè)。機房照明負荷和普通空調(diào)負荷，由電源管理間分別引出動力和照明回路供電。照明和空調(diào)負荷線路均沿吊頂內(nèi)或墻面敷設(shè)，避免在弱電機房(3)可靠接地。總配電柜、UPS電源柜、動力配電箱、照明配電箱的金屬框架及基礎(chǔ)型鋼必需接地(PE)或接零(PEN)可靠。門和框架的接地端子間用裸編銅線連接。柜、箱內(nèi)配線整齊。照明配電箱內(nèi)的漏電保護器的動作電流不大于30mmA，動作時間不大于0.ls。接地(PE)或接零(PEN)支線必須單獨與接地(PE)或接零(PEN)干線相連接，不得串聯(lián)連接。UPS電源柜輸出端的中性線(N極)，必須與由接地裝置直接引來的接地干線連接，作重復(fù)接地，接地電阻小于4。當燈具距地面高度小于2.4m時，燈具的可接近裸露導(dǎo)體必須接地(PE)或接零(PEN)可靠，并應(yīng)有專用接地螺栓和標識。外電源進線至機房電源管理間時，應(yīng)將電纜的金屬外皮與接地裝置連接;從樓外引入的皚裝信號電纜和屏蔽信號線，進入弱電機房前也應(yīng)注意采取防雷擊措施，避免沿建筑外墻或防雷引線引雷人室，遭受雷擊和高頻電磁干擾。同軸電纜的屏蔽層必須與機殼一起接地。上述線纜進人機房后，應(yīng)設(shè)金屬接線箱(盒)，并將線纜金屬(屏蔽)外皮連接避雷器或浪涌電壓抑止器(SPD)，然后與機房等電位接地母排，用截面積不小于16mm2的銅芯絕.緣線連通。這樣可以有效的抑制線纜接收到的電磁干擾信號，從而保證信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。從機房送出的信號線路應(yīng)采用金屬線槽沿墻并在吊頂內(nèi)敷設(shè)，避免與其他電氣管路平行緊貼。盡量避開空調(diào)、消防、暖氣和給排水等管道，與它們的間距按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。金屬電纜橋架及其支架和引入或引出的金屬電纜導(dǎo)管必須接地(PE)或接零(PEN)可靠，且必須符合下列規(guī)定:1)金屬電纜橋架及其支架全長應(yīng)不少于2處與接地(PE)或接零(PEN)干線相連接。2)電纜橋架間連接板的兩端跨接銅芯接地線，接地線最小允許截面積不小于6mm2。3)接地(PE)或接零(PEN)線在插座間不串聯(lián)連接。工程實施中按上述做法可以較好地處理機房供電的可靠和安全，各種不同電壓和頻率的信號線纜敷設(shè)安全、相互隔離度好、整齊、美觀并方便維護管理。(4)消防系統(tǒng)的要求。消防系統(tǒng)的設(shè)備動力電纜，控制電纜、電線，按規(guī)范要求選用耐火型電纜、電線。其他弱電系統(tǒng)所用電纜、電線均采用阻燃型。在設(shè)備選擇及線路敷時，應(yīng)充分考慮電磁兼容問題。UPS的概念及UPS供電原理和UPS供電范圍及容量計算 來源：中國綠色數(shù)據(jù)中心 作者：機房360 更新時間：2009/5/5 12:44:49 摘要：據(jù)統(tǒng)計，在計算機故障中，有50一70%的原因是電源故障造成的。這些電源故障包括電網(wǎng)電壓過壓、欠壓、瞬時跌落、失壓和故障停電等由于電源環(huán)境、設(shè)備以及傳輸系統(tǒng)，乃至自然環(huán)境造成的各種干擾。在這些故障中，電網(wǎng)完全掉電僅占百分之幾，UPS不再僅僅是為完全掉電提供后備電源的設(shè)備，而應(yīng)為各種電源問題提供解決方案。 窗體頂端窗體底端（一）UPS的概念（二）不間斷電源UPS供電原理 （三）UPS電源的技術(shù)性能（四）UPS供電方案設(shè)計（五）網(wǎng)絡(luò)機房可選發(fā)電技術(shù)（六）UPS供電范圍和容量估算 （一）UPS的概念 普通定義：UninterruptablePowerSupply 專家認為：UPS應(yīng)該為UnintenuptablePowerSystem，即是一個高可靠、高性能、高度自動化的供電中心。 UPS是UninterruptablePowerSupply的簡稱，也就是不間斷電源。它的出現(xiàn)與最早應(yīng)用，是為某些重要部門電網(wǎng)掉電時的持續(xù)供電提供保障。但是，電子信息產(chǎn)業(yè)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，對供電質(zhì)量不斷提出了更新更高的要求。據(jù)統(tǒng)計，在計算機故障中，有50一70%的原因是電源故障造成的。這些電源故障包括電網(wǎng)電壓過壓、欠壓、瞬時跌落、失壓和故障停電等由于電源環(huán)境、設(shè)備以及傳輸系統(tǒng)，乃至自然環(huán)境造成的各種干擾。在這些故障中，電網(wǎng)完全掉電僅占百分之幾，在大城市以及供電環(huán)境較好的地區(qū)，應(yīng)以幾次/年計，但是在有代表性的場所，計算機遭受的電網(wǎng)和傳輸系統(tǒng)的干擾，幅度在幾十伏的可達每日數(shù)次之多，所以UPS不再僅僅是為完全掉電提供后備電源的設(shè)備，而應(yīng)為各種電源問題提供解決方案。 假設(shè)你是一個網(wǎng)絡(luò)管理員或系統(tǒng)管理員，理解網(wǎng)絡(luò)不間斷并不難，然而很多情況下，沒有意識到的電源問題可能會使你的系統(tǒng)出現(xiàn)各種無法解決的困難，甚至于崩潰。系統(tǒng)的可用性至關(guān)重要，而作為網(wǎng)絡(luò)運行基礎(chǔ)的電源的可靠性自然成為首先考慮的問題。同時，電源的智能監(jiān)控與管理在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟時代不可或缺。單純的提供不間斷供電已經(jīng)不能滿足要求。 專家認為UPS可以改為UnintenuptablePowerSystem的簡稱，也就是說，UPS，特別是大中型UPS，它已經(jīng)不僅僅是一臺簡單的不停電供電整機產(chǎn)品，隨著UPS技術(shù)的發(fā)展和成熟，它將成為一個中型的或者說局部的高可靠、高性能、高度自動化的供電申心。它的功能應(yīng)該包括我們傳統(tǒng)概念上的以下環(huán)節(jié)和內(nèi)容: 第一，主機運行高效、高可靠，能在各種復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境下運行，輸出能全面地高質(zhì)量地滿足各種負載的要求。 第二，有很強的可用性和可維護性，有高度智能化的自析功能狀態(tài)顯示、報警、狀態(tài)記錄和通訊功能，甚至有環(huán)境監(jiān)測功能。 第三，有很強的網(wǎng)絡(luò)保護功能，也就是說，它不僅向直接由它供電的硬件設(shè)備提供可靠的保護，還應(yīng)該向它們所運行的軟件提供保護，UPS可配置相應(yīng)的電源監(jiān)控軟件，SNMP(網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)管理器，有遠程管理能力，用戶可執(zhí)行UPS與網(wǎng)絡(luò)管理平臺之間的監(jiān)控。 （二）不間斷電源UPS供電原理 它由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關(guān)和蓄電池組組成。平時，市電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，對蓄電池浮充電，同時經(jīng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流純凈的電源供重要負載，使其不受市電的電壓、頻率、諧波干擾。當市電因故停電時，系統(tǒng)自動切換到蓄電池組，蓄電池放電，經(jīng)逆變器對重要設(shè)備供電。 UPS的不間斷特性，體現(xiàn)在其轉(zhuǎn)換時間工作程序上，當市電與逆變器進行切換時，其控制系統(tǒng)會適時地檢測市電的同步范圍，在市電不超限時，逆變器實現(xiàn)“先通后斷”的供電，從而保證了供電系統(tǒng)的“不間斷切換”。（三）UPS電源的技術(shù)性能 UPS電源的技術(shù)性能隨使用要求的不同而不同，主要技術(shù)性能包括以下幾個方面。 1.在線式 特點: 雙逆變器 輸出電性能指標高 輸入端AC-DC變換器是整流電路，對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴重的干擾公害 兩個變換器始終在100%負載功率下工作，整機效率低，輸出能力有局限，可靠性一般 市電電池轉(zhuǎn)換時，輸出電壓沒有切換時間 功能說明 市電正常時，市電經(jīng)過AC-DC和DC一AC兩次變換后向負載供電 DC一AC隨時在監(jiān)測并參與對輸出電壓的調(diào)整，是在線式工作 市電掉電后，電池通過DC一AC逆變器向負載繼續(xù)供電 當負載過載或逆變器故障時，市電轉(zhuǎn)旁路維持向負載供電 在線式原理 除了基本供電電路為電池逆變器電路外，基本原理圖與后備式相同。無論交流輸入電源是否正常，均通過逆變器電路提供電源輸出。交流輸入電源中斷時不需要切換，不存在轉(zhuǎn)為電池供電的切換時間。在電池逆變器出現(xiàn)故障或者逆變器內(nèi)部失靈時，都需要切換為旁路供電。由于在正常工作情況下，整流器和逆變器都要消耗一定的功率，因此這種類型UPS的效率要比后備式低。無論是在線還是電池供電，在線式UPS的電源輸出來自于逆變器，可以提供近乎理想化的電源，頻率和電壓的穩(wěn)定性優(yōu)于其它類型。 圖中電路各環(huán)節(jié)功能如下：整流器：該整流器為AC-DC單向變換，當市電存在時;它完成對電池的充電，并通過逆變器向負載供電。逆變器：該逆變器為DC-AC單向逆變，當市電存在時，它從整流器取得功率后再送到輸出端，并保證向負載提供高質(zhì)量的電源，當市電掉電時，由電池通過逆變器向負載供電旁路開關(guān)：平時處在斷電狀態(tài)，當主電路發(fā)生故障，或者當負載有沖擊性（例如啟動負載時)時，逆變器停止輸出，旁路開關(guān)接通，由電網(wǎng)直接向負載供電，旁路開關(guān)多為智能型的功率容量很強的無觸點開關(guān)。雙逆變在線式UPS的性能特點如下：因為不管市電有無，負載的全部功率都由逆變器輸出，所以可以向負載提供高質(zhì)量的電源，例如輸出電壓穩(wěn)定精度、頻率穩(wěn)定度、輸出電壓動態(tài)響應(yīng)、波形失真度等指標，都是比較高的市電掉電時，輸出電壓不受任何影響，沒有轉(zhuǎn)換時間，因為無論市電有無，全部負載功率都由逆變器供出，UPS的功率余量有限，輸出能力不理想，所以對負載提出限制條件，例如輸出電流峰值系數(shù)(一般只達到3:1)、過載能力：輸出功率因數(shù)一般為0.8。整流電路對電網(wǎng)形成電流諧波干擾，輸出功率因數(shù)低，諧波電流成份在30%左右，而輸入功率因數(shù)只有0.8左右，在市電存在時，由于兩個逆變器都承擔100%的負載功率，所以整機效率低，80KVA以下的UPS為80%左右，80KVA的可達8590%，100KVA以下的可達90-92%。所以在線式能夠確保輸出高可靠性、高質(zhì)量電源。在DSP數(shù)字控制技術(shù)、數(shù)字并聯(lián)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)、電池管理技術(shù)、電源保護技術(shù)等方面技術(shù)先進，性能可靠。2.高效數(shù)字功率器件PIGBT技術(shù)采用先進的高效數(shù)字功率器件PIGBT作為逆變功率器件，其性能及可靠性高于上一代的功率器件IGBT，提高了逆變器的可靠性和處理速度，其逆變效率高達98%99%，熱功耗極低。諧波分量小于1.5%，使輸出波形更好，對負載或接地系統(tǒng)等不會造成干擾。3.DSP技術(shù)和SMD電氣集成模塊采用數(shù)字控制技術(shù)取代傳統(tǒng)的模擬控制。DSP數(shù)據(jù)處理技術(shù)的處理速度是傳統(tǒng)微處理器的12倍，并使硬件線路更為簡化、可靠性更高、瞬態(tài)反映能力更強。電路板采用仿真設(shè)計和表面安裝焊接技術(shù)，使整機散熱性好，可靠性更高。4.電池保護功能安全防護電池包括2、6、12V的通用型、深放電型、高比能型、快速充電型、循環(huán)耐久型等系列蓄電池產(chǎn)品。電池具有充放電的實時監(jiān)測、過流及限流保護功能，可防止用戶因電池過放電而造成電池永久性損害，防止過充電而造成電池壽命的減短；欠壓預(yù)警功能可及時通知用戶進行相關(guān)處理，以免造成大的損失；控制系統(tǒng)可通過設(shè)置定期電池自檢功能，及時發(fā)現(xiàn)故障電池，避免系統(tǒng)故障造成的危害，并可實現(xiàn)在線更換電池。5.靈活可靠的并聯(lián)技術(shù)采用數(shù)字模塊式環(huán)路直接并聯(lián)技術(shù)，能夠有效的抑制并機中的環(huán)流，可以在UPS不斷電的情況下實現(xiàn)并機擴容或維修，可以實現(xiàn)不同功率的UPS直接并聯(lián)。6.通信及監(jiān)控功能較強的通信聯(lián)網(wǎng)功能是指UPS可以采用于接點、JBUS或SITEMONITOR軟件，實現(xiàn)遠程監(jiān)控及模擬控制或集中遙測遙控?？梢岳肐ntranet、Internet來監(jiān)控UPS，每個UPS在網(wǎng)絡(luò)中有自己的IP地址，可以通過WEB測覽器來監(jiān)控，采用的協(xié)議可以是TCP/IP、SNMP、HTTP和JAVA。7.高可靠性UPS單機平均無故障時間都在MTBF>35萬h，并獲得ISO9001國際質(zhì)量標準證書，干擾標準等證書。8.散熱系統(tǒng)機房UPS是最大的噪聲源，采用冗余式智能風(fēng)扇調(diào)速散熱系統(tǒng)，則微處理器可以依據(jù)內(nèi)部溫度及輸出功率大小，自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，以達到降低噪聲、延長風(fēng)扇壽命及節(jié)省能源的目的。9.控制和診斷監(jiān)控系統(tǒng)智能化UPS應(yīng)具有專家系統(tǒng)故障診斷軟件。當UPS某一部分出現(xiàn)異常后，該系統(tǒng)能迅速對故障進行診斷、推理，判明故障部位，通過顯示器給操作者或維修工程師指示，判明故障性質(zhì)，以便快速修復(fù)。同時還可自動記錄信息，生成信息檔案，便于用戶更好使用。10.其他除了上述功能外，還有主/從容錯雙處理器并行控制技術(shù)、過載能力和抗短路保護功能、UPS的非線性帶載能力、多種啟動方式、多種輸入/輸出模式、寬電壓輸入、可靠的旁路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、綠色環(huán)保、正面維修、雷電保護等，是針對不同產(chǎn)品所具有的不同功能。此外，大容量的UPS配12脈沖整流器，能夠進一步降低輸入諧波分量；內(nèi)置輸出隔離變壓器，采用零線及火線均隔離的隔離技術(shù)，可以進一步提高對負載的保護，有效地隔離零線的干擾，提高UPS系統(tǒng)的適應(yīng)性等，都是UPS產(chǎn)品近幾年來的先進實用技術(shù)。 四）UPS供電方案設(shè)計很多設(shè)計工程師都試圖設(shè)計出完美無暇的UPS解決方案為關(guān)鍵負載提供支持，不過他們的設(shè)計方案往往不一定涉及到設(shè)計方案的可用性范圍。例如，并聯(lián)冗余、串聯(lián)冗余、分布式冗余、熱連接、熱同步、多路并聯(lián)總線、雙系統(tǒng)以及故障預(yù)警系統(tǒng)等，這些都是設(shè)計工程師或制造商賦予不同配置方案的名稱。這些名稱的問題對于不同的用戶，它們可能具有不同的含義，可以存在很多種解釋方式。雖然目前市場上的UPS配置名目繁多且差別甚大，但最常用的不外乎5種。這5種方案包括:容量；串聯(lián)冗余；并聯(lián)冗余；分布式冗余；雙系統(tǒng)。選擇系統(tǒng)配置方案時，應(yīng)當根據(jù)負載的關(guān)鍵程度而定。此外，還要考慮停機所帶來的影響以及公司的風(fēng)險承受能力，這樣才能更好地找到合適的系統(tǒng)配置方案。下面我們介紹如何為特定應(yīng)用環(huán)境選擇恰當?shù)呐渲梅桨傅囊恍┲笇?dǎo)方針。1.可用性、等級和成本1）可用性數(shù)據(jù)處理中心日益增長的可用性需求，推動著UPS配置的不斷發(fā)展?！翱捎眯浴奔措娫幢３止╇姴⒄＿\行以支持關(guān)鍵負載的時間百分比估算值，如同其它任何模型一樣，為簡化分析過程，必須對模型做出一些假設(shè)。2）等級一切UPS系統(tǒng)(以及配電設(shè)備)都需要定期進行維護。系統(tǒng)配置的可用性一方面取決于配置不受設(shè)備故障干擾的水平，另一方面取決于執(zhí)行正常維護和例行測試以保證關(guān)鍵負載供電的能力。3）成本配置的可用性等級越高，其成本也越高。該成本指的是建造一間新的數(shù)據(jù)機房所需的成本。因此，其中不僅包括UPS結(jié)構(gòu)的成本，還包括數(shù)據(jù)機房的整個網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵物理基礎(chǔ)設(shè)施(NCPI)的成本。后者包括發(fā)電機、開關(guān)裝置、制冷系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、活動地板、機架、照明設(shè)施、物理空間和整個系統(tǒng)的調(diào)試成本。這些只是前期成本，還不包括運營成本，如維護成本等。在計算上述成本時，我們假設(shè)每個機柜平均占地面積為2.79m2，且功率密度范圍為每機柜2.3kW至3.8kW。如果分擔成本的設(shè)備占地面積增大，每機架的成本也將隨之降低。說明:在UPS設(shè)計配置的計算過程中，通常采用字母"N"來指代UPS設(shè)計記置。例如，并聯(lián)冗奈系統(tǒng)也稱作N+1設(shè)計，而雙系統(tǒng)設(shè)計可以用2N來表示。"N"可以簡單地定義為關(guān)鍵負載的"need(需求)"。換而言之，應(yīng)滿足所保護設(shè)備供電量的電源表亡。我們可以用RAID（獨立磁盤冗余陣列）系統(tǒng)等IT設(shè)備來解釋"N"的用途。例如，如果存儲容量需要4個磁盤，且RAID系統(tǒng)正好包含4個磁盤也稱4個磁盤，則稱這是一個"N"設(shè)計。反之，如果RAID系統(tǒng)統(tǒng)有5個磁盤，而存儲容量只需要4個磁盤，則稱為"N+1"設(shè)計。一直以來，在規(guī)劃關(guān)鍵負載電源時，必須充分考慮以后的發(fā)展，以使UPS系統(tǒng)可以為負載提供10或15年的支持。事實證明，按照這一原則進行規(guī)劃是很困難的。20世紀90年代，為便于提供討論框架并比較各種設(shè)施，曾提出了"瓦特。平方面積"的概念。但由于人們對"平方面積"的含義無法達成共識，這種電源設(shè)計指標造成了很多誤解。近來，伴隨著技術(shù)精簡的大趨勢，人們逐漸采用"瓦特/機柜"的概念來表示系統(tǒng)容量。事實證明，由于單位空間內(nèi)的機架數(shù)量很容易統(tǒng)計，因此這種度量方式的準確性更高。無論如何選擇負載方式，有一點很重要，那就是應(yīng)當從一開始便選擇好配置方案，使設(shè)計過程沿著正確的方向進行。如今，涌現(xiàn)出了許多可擴展的模塊化UPS系統(tǒng)設(shè)計，從而可以使UPS容量隨著IT需求的增長而擴大。2.單系統(tǒng)或"N"系統(tǒng)簡而言之，單系統(tǒng)(N系統(tǒng))是指由單個UPS模塊或容量與關(guān)鍵負載規(guī)劃容量相等的一組并聯(lián)UPS模塊構(gòu)成的系統(tǒng)。迄今為止，這種類型的系統(tǒng)是UPS行業(yè)中使用最為廣泛的配置。辦公桌下的小型UPS也屬于單系統(tǒng)。同樣，對于規(guī)劃設(shè)計容量為400kW，面積為450m2的計算機房，如果采用單個400kW的UPS或在公共總線上采用兩個并聯(lián)的200kW的UPS，那么也屬于單系統(tǒng)。因此，可以將單系統(tǒng)視作關(guān)鍵負載供電的最低要求。雖然上述兩例均可視為單系統(tǒng)，但其中的UPS模塊設(shè)計卻有所不同。與小型UPS不同，超出單相容量大約為20kW的系統(tǒng)都設(shè)置有內(nèi)部靜態(tài)旁路開關(guān)，以便在UPS模塊出現(xiàn)內(nèi)部問題時，將負載安全地轉(zhuǎn)換到市電。UPS到靜態(tài)旁路的轉(zhuǎn)換點是經(jīng)過制造商的仔細選取，以便為關(guān)鍵負載提供最妥善的保護，同時也保護UPS模塊本身不會受到損害。下面舉例說明了這些保護措施中的一種措施:在三相UPS應(yīng)用中，模塊通常都具有額定過載能力指標。該指標通常的一種表述形式為"模塊將承載125%的額定負載達10分鐘"。因此，一旦負載達到額定值的125%，模塊將啟動一個計時程序，其內(nèi)部時鐘將開始倒數(shù)10分鐘。10分鐘后，如果負載仍未恢復(fù)到正常水平，則模塊會將負載安全地轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路。啟用旁路的情況還有很多種，UPS模塊的規(guī)格說明中會對此進行詳細闡述。擴充單系統(tǒng)的一種方式是為系統(tǒng)提供維修或外部旁路。若采用維修旁路，那么在需要進行維護時，可以將整個UPS系統(tǒng)(模塊和靜態(tài)旁路)安全地關(guān)閉。維修旁路與UPS共用一個配電盤，并且與UPS輸出端直接相連。當然，正常情況下這條電路處于斷開狀態(tài)，僅當UPS模塊轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路時才合上。在設(shè)計過程中，必須采取某些措施以防止當UPS末轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路時，維修旁路電路接通。如果安裝正確，維修旁路可確保UPS模塊安全運行而無需擔心負載停機，因而是系統(tǒng)中一個極為重要的組件。大多數(shù)單系統(tǒng)配置，尤其是低于100kW的配置，都用于對整個電力系統(tǒng)無特殊要求的建筑環(huán)境中。建筑物的電力系統(tǒng)一般都采用"N"配置，因此，單系統(tǒng)配置剛好可滿足這種情況。圖3-1顯示了常用的單模塊UPS系統(tǒng)配置。(1)優(yōu)點如下。設(shè)計概念簡單，硬件配置成本低廉。由于UPS工作于滿負荷條件下，因而其效率最高。具備高于市電的可用性。如果電力需求增長，可進行擴展(可以同時配置多UPS設(shè)備，根據(jù)供應(yīng)商或制造商的不同，可以并聯(lián)多達8個額定值相同的UPS模塊)。(2)缺點如下?？捎眯杂邢?，因為如果UPS模塊出現(xiàn)故障，負載將轉(zhuǎn)換到旁路供電，從而處于無保護電源下。在UPS、電池或下游設(shè)備維護期間，負載處于無保護電源下(通常，這種情況每年至少會發(fā)生一次，而且往往會持續(xù)24小時)。缺乏冗余，限制了在UPS發(fā)生故障時對負載的保護能力。存在多個單故障點，這意味著系統(tǒng)的可靠性由其最薄弱的環(huán)節(jié)決定。3.串聯(lián)冗余串聯(lián)冗余配置有時也稱為"N+l"系統(tǒng)，不過，它與通常情況下用N+l表示的并聯(lián)冗余配置截然不同。串聯(lián)冗余設(shè)計概念既不需要并聯(lián)總線，也不要求模塊的容量必須相同，甚至不要求模塊來自同一個制造商。在該配置中，正常情況下由一個主要的或主UPS模塊為負載供電。同時，一個串聯(lián)的或輔助的UPS為主UPS模塊的靜態(tài)旁路供電。該配置要求主UPS模塊的靜態(tài)旁路具有單獨的輸入電路，這種方式可以在保留現(xiàn)有UPS的情況下，對之前的無冗余配置進行擴充，以獲得一定程度的冗余。圖3-2顯示了串聯(lián)冗余UPS配置。在正常運行條件下，主UPS模塊將承擔起全部關(guān)鍵負載的供電，串聯(lián)模塊不承擔任何負載。一旦主模塊負載轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路上，串聯(lián)模塊將即刻接受主模塊的全部負載。因此，必須仔細選取串聯(lián)模塊，以確保它能夠迅速承擔起負載。如果它不能完成該任務(wù)，它自身或許可以轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路，但這樣一來，便便得該配置方案所提供的冗余保護消失殆盡。對于這兩個模塊而言，只需將負載轉(zhuǎn)換到另一個模塊，便可輕松提供服務(wù)。由于輸出線路仍存在單故障點，因此，維護旁路仍然是一項重要的設(shè)計功能。整個系統(tǒng)每年需要停機24小時，以便對系統(tǒng)進行預(yù)防性的維護。雖然該配置方案的可靠性提高了，但往往卻被開關(guān)裝置及相關(guān)控件的復(fù)雜性所抵銷。(1)優(yōu)點如下。產(chǎn)品的選擇很靈活，可以混用不同制造商或不同型號的產(chǎn)品。具備UPS容錯功能。對于雙模塊系統(tǒng)而言，相對比較經(jīng)濟。(2)缺點如下。依賴于主模塊靜態(tài)旁路是否能從冗余模塊正確接收電力。如果電流超出逆變器的容量，則要求兩個UPS模塊的靜態(tài)旁路都必須能正常運行。主UPS模塊轉(zhuǎn)換到旁路時，輔助UPS模塊必須能夠處理突然出現(xiàn)的負載變化。(由于輔助UPS往往長期工作在0%負載的條件下，并非所有UPS模塊都能執(zhí)行該任務(wù)，因此旁路模塊的選擇至關(guān)重要。開關(guān)裝置及相關(guān)組件不僅復(fù)雜，而且昂貴。由于為保持電源不間斷而設(shè)置的輔助UPS長期工作于0%的負載情況下，因而運營成本提高了。這種雙模塊系統(tǒng)(一個主模塊，一個輔助模塊)至少需要一個電路斷電器，以便在市電與作為旁路電源的另一個UPS之間進行選擇。這比只包含一條公共負載總線的系統(tǒng)要復(fù)雜得多。每個系統(tǒng)一條負載總線，因而存在單點故障。（3）并聯(lián)冗余或"N+1"系統(tǒng)在并聯(lián)冗余配置方案中，當單個UPS模塊出現(xiàn)故障時，無需將關(guān)鍵負載轉(zhuǎn)換到市電，所有UPS的用途都在于保護關(guān)鍵負載不受市電變化及斷電的影響。隨著數(shù)據(jù)重要程度的提高以及風(fēng)險承受能力的降低，轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路和維護旁路的觀念已逐漸被淘汰。但N+l系統(tǒng)設(shè)計仍需靜態(tài)旁路，而且大多數(shù)N+l系統(tǒng)都具有維護旁路，因為它們?nèi)云鹬e足輕重的作用。在并聯(lián)冗余配置方案中，多個并聯(lián)的容量相同的UPS模塊共用一條輸出總線。如果備用的供電量至少等于一個系統(tǒng)模塊的容量，則系統(tǒng)稱為N+l冗余；如果各用的供電量等于兩個系統(tǒng)模塊的容量，則系統(tǒng)為N+2冗余，以此類推。并聯(lián)冗余系統(tǒng)要求采用同一制造商生產(chǎn)的相同容量的UPS模塊，UPS模塊制造商還可以提供系統(tǒng)并聯(lián)電路板。并聯(lián)電路板可能包含與各個UPS模塊相通的邏輯電路，且各個UPS模塊之間也相互連接，以產(chǎn)生完全同步的輸出電壓。并聯(lián)總線應(yīng)具備監(jiān)控功能，以顯示系統(tǒng)負載以及系統(tǒng)的電壓與電流特征。此外，并聯(lián)總線還必須能顯示并聯(lián)總線上的模塊數(shù)量，以及需要多少模塊才能保證系統(tǒng)冗余。一條公共總線上可以并聯(lián)的UPS模塊的數(shù)量存在一個邏輯上限，對于不同的UPS制造商而言，該最大值也不同。在正常運行條件下，并聯(lián)冗余設(shè)計中的UPS模塊均勻分攤關(guān)鍵負載容量。如果從并聯(lián)總線上取下一個模塊進行維修(或如果某個模塊因內(nèi)部故障而停機)，則剩下的UPS模塊必須立即分擔起發(fā)生故障的UPS模塊的負載。由于有了此項功能，因此可以從總線中取下任意一個模塊進行修理，而無需將關(guān)鍵負載直接連接到市電。單系統(tǒng)示例中面積為450m2的數(shù)據(jù)機房，如果采用該方案，則需要2個400kW的UPS模塊，或3個200kW的UPS模塊并聯(lián)在一條公共輸出總線上以提供冗余。并聯(lián)總線的設(shè)計容量為系統(tǒng)的非冗余容量，因此，包含2個400kW模塊的系統(tǒng)，其并聯(lián)總線的額定容量為400kW。在N+l系統(tǒng)配置方案中，UPS容量可以隨負載的增長而增長。應(yīng)當設(shè)置容量升級機制，以便當容量百分比達到某個水平時，就訂購新的冗余模塊。因為某些UPS模塊的交貨時間可能需要幾周甚至幾個月，且UPS容量越大，安裝新UPS模塊的難度越大。大型的UPS模塊重達上干千克，需要特殊的傳動裝置才能將它們安置就位，UPS房間中通常會為這種大型模塊預(yù)留位置。由于將大型UPS模塊安放在任何房間中都存在一定的風(fēng)險，因此，這種部署必須進行周密規(guī)劃。在設(shè)計冗余UPS系統(tǒng)時，系統(tǒng)效率是一個應(yīng)當著重考慮的重要因素。一般而言，負載較輕的UPS模塊的效率要低于負載接近于其額定容量的UPS模塊。表中顯示了為240KW負載供電時，采用不同容量UPS模塊的系統(tǒng)的負載分配情況，可以看出，為特定應(yīng)用環(huán)境所選的模塊大小會嚴重影響系統(tǒng)效率。低負載情況下任何特定UPS的效率因制造商而異，在設(shè)計過程中應(yīng)對具體數(shù)據(jù)進行調(diào)查。圖3-3顯示了一個典型的雙模塊并聯(lián)冗余配置?？梢钥闯?，盡管該系統(tǒng)提供了單個UPS模塊故障保護功能，但在并聯(lián)總線中仍存在單故障點。與單系統(tǒng)配置方案一樣，為了斷開并聯(lián)總線以進行定期維護，在設(shè)計該方案時也應(yīng)看重考慮維護旁路電路。1)優(yōu)點如下。由于在一個UPS模塊出現(xiàn)故障時有其它冗余容量可用，因此該方案的可用性要高于單系統(tǒng)配置。可根據(jù)電力需求的增長進行擴展，在同一裝置中可以同時配置多個單元設(shè)備。硬件的布置不僅設(shè)計概念簡單，而且成本相對低廉。2)缺點如下。兩個或多個模塊必須采用相同的設(shè)計、相同的制造商、相同的額定值以及相同的技術(shù)與配置。UPS系統(tǒng)的上游與下游仍存在單點故障。在UPS、電池或下游設(shè)備維護期間，負載處于無保護電源下(通常這種情況每年至少會發(fā)生一次，而且往往會持續(xù)2一4小時)。由于各個UPS設(shè)備的利用率均低于l00%，因此運營效率較低。每個系統(tǒng)一條負載總線，因而存在單故障點。大多數(shù)制造商都需要外部靜態(tài)開關(guān)，才能在兩個UPS模塊之間均分負載。否則負載將分配不均，波動范圍高達15%。這不僅增加了設(shè)備的成本，還使設(shè)備復(fù)雜化。大多數(shù)制造商都需要一個公共的外部維修旁路，這不僅增加了設(shè)備的成本，還使設(shè)備復(fù)雜化。圖3-3 并聯(lián)冗余UPS配置4.分布式冗余分布式冗余配置在當今市場中很常見。20世紀90年代末期，一家工程公司為了獲得全方位的冗余，不惜花費任何高額成本，因而使開發(fā)出了這種設(shè)計方案。該設(shè)計以三個或更多個UPS模塊及獨立的輸入和輸出電路為基礎(chǔ)，獨立的輸出總線通過多個PDU和STS與關(guān)鍵負載相連。從市電服務(wù)入口到UPS，分布式冗余設(shè)計和雙系統(tǒng)設(shè)計幾乎是一樣的。這兩種方案均提供了同步維護功能，并將單故障點減至最少。二者最主要的區(qū)別在于，為關(guān)鍵負載提供冗余電源線路所需的UPS模塊的數(shù)量不同，以及從UPS到關(guān)鍵負載的配電結(jié)構(gòu)不同。隨著負載要求容量的增加，備用UPS模塊的數(shù)量也在增加。圖3-4和圖3-5分別顯示了同樣為300kW負載供電的兩種不同的分布式冗余設(shè)計方案。圖3-4采用3個UPS模塊，在該配置中，模塊3與每個STS的輔助輸入電路相連，根據(jù)另外兩個主UPS模塊的故障情況投入系統(tǒng)并向負載供電。在該系統(tǒng)中，模塊3通常不承載任何負載。圖3-4 分布式冗余UPS配置一圖3-5的分布式冗余設(shè)計采用3個STS，正常運行狀態(tài)下，負載平均分配在3個UPS模塊上。如果其中任何一個模塊出現(xiàn)故障，則將強制STS將負載轉(zhuǎn)換到為該STS供電的另一個UPS模塊上。很顯然，雙電源負載與單電源負載的供電電路是不同的。雙電源負載可以采用兩個STS設(shè)備供電，而單電源負載只能由單個STS供電。因此，STS便成為單電源負載的單路徑故障點。在當今的數(shù)據(jù)機房中，單電源負載的使用數(shù)量日趨減少。因此，可以在單電源負載的附近安裝多個小型轉(zhuǎn)換開關(guān)，該方法既方便又經(jīng)濟。如果全部為雙電源負載，那么該配置可以不采用STS設(shè)備。對于那些需要進行同步維護，且大多數(shù)負載均為單電源負載的、復(fù)雜的大型計算機房而言，分布式冗余系統(tǒng)是比較理想的選擇。還有其它一些行業(yè)因素也推動著分布式冗余配置方案的發(fā)展。同步維護：無需將負載轉(zhuǎn)換到市電，即可完全斷開任何特定供電設(shè)備或組件的一部分以進行例行維護或測試。單路徑故障點：指在配電系統(tǒng)中，如果沒有設(shè)置旁路則會引起停機的某些點。單系統(tǒng)實質(zhì)上是由一系列單路徑故障點所組成，在設(shè)計過程中盡量排除單路徑故障點是冗余的一個關(guān)鍵指標。圖3-5 分布式冗余UPS配置二靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)(STS)：STS具有兩路輸入和一路輸出。通常，STS從兩個不同的UPS系統(tǒng)接受供電，并根據(jù)某些條件將其中一路電源提供給負載。如果STS的主UPS供電電路出現(xiàn)故障，則STS將在4ms內(nèi)將負載轉(zhuǎn)換到輔助UPS供電電路上。STS通過這種方式使負載隨時處于受保護狀態(tài)下，此項技術(shù)自20世紀90年代初期出現(xiàn)以來，已廣泛應(yīng)用于分布式冗余配置中。該設(shè)計的最大弱點便是采用了靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，這種設(shè)備不僅十分復(fù)雜，而且存在一些無法預(yù)計的故障模式。其中最糟糕的莫過于它可能會引起兩條輸入線路短路。此時，由于STS造成兩個UPS同時與負載接通，STS便成為了單路徑故障點。STS的故障會波及到上游，進而影響整個系統(tǒng)的運行。正因為此，下文將介紹的雙系統(tǒng)設(shè)計方案的可用性要好得多，尤其是當負載設(shè)備具備雙路冗余供電電路時。在市場上，有多種不同配置和不同可靠性等級的STS可供選擇。在該配置中，STS處于PDU的前端(400V一側(cè))。這種應(yīng)用方式十分常見，不過許多工程師認為，將STS置于兩個PDU的220V一側(cè)會更可靠一些。事實上也確實如此，但這種方式要比400VSTS造價高得多。單電源負載：如果數(shù)據(jù)機房全部由單電源負載設(shè)備組成，那么每個叮設(shè)備只能由單個STS或安裝在機柜上的轉(zhuǎn)換開關(guān)來供電。冗余結(jié)構(gòu)要獲得高可用性，必須將開關(guān)安置在靠近負載的位置。將數(shù)百個單電源設(shè)備與單個大型STS相連，是一個極其冒險的舉動。如果采用多個小型開關(guān)分別為部分負載供電，則可以降低這種危險性。此外，基于機柜的分布式轉(zhuǎn)換開關(guān)也不會像大型STS那樣，出現(xiàn)那種會往上波及到多個UPS系統(tǒng)的故障模式。因此，基于機柜的轉(zhuǎn)換開關(guān)得到了越來越廣泛的采用，尤其是當單電源負載只占據(jù)全部負載的一小部分時。雙電源負載：隨著時代的發(fā)展，雙電源負載日漸成為主流。因此，STS巴不是必不可少的設(shè)備。負載可以直接與兩個單獨的PDU相連，而PDU則分別由單獨的UPS系統(tǒng)供電。多個電源同步：如果數(shù)據(jù)機房采用STS設(shè)備，那么應(yīng)當使兩個UPS供電電路保持同步。如果沒有同步控制，UPS模塊之間很可能出現(xiàn)相位差，尤其是當UPS采用電池模式時。要防止出現(xiàn)異相轉(zhuǎn)換，一種解決辦法是在兩個UPS系統(tǒng)之間安裝一個同步設(shè)備，使這兩個UPS系統(tǒng)的AC輸出同步。當UPS模塊的輸入電源斷電，使用電池工作時，這一點尤其重要。同步設(shè)備可確保所有UPS系統(tǒng)在任何時候都保持同步。因此，在STS轉(zhuǎn)換過程中，電源將保持完全同相，從而杜絕了異相轉(zhuǎn)換以及可能對下游設(shè)備造成的損害。當然，在各個UPS系統(tǒng)之間添加同步設(shè)備時，應(yīng)當考慮發(fā)生常見故障模式，或發(fā)生會同時影響所有UPS系統(tǒng)的故障的可能性。(1)優(yōu)點如下。便于所有組件的同步維護(如果所有負載均為雙電源負載)。與雙系統(tǒng)設(shè)計相比，UPS模塊較少，因而成本較低。對于任何特定雙電源負載而言，兩條獨立的供電線路自服務(wù)入口處便提供了冗余。無需將負載轉(zhuǎn)換到旁路模式(負載將處于無保護電源下)，即可對UPS模塊、開關(guān)裝置和其它配電設(shè)備進行維護。大部分分布式冗余設(shè)計都不需要維護旁路電路。(2)缺點如下。與之前幾種配置相比，由于大量采用開關(guān)裝置，因此成本相對比較高。設(shè)計是否成功依賴于STS設(shè)備的運行是否正常，因為采用STS設(shè)備即意味著存在單點故障以及復(fù)雜的故障模式。配置方案復(fù)雜。在包含眾多UPS模塊、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)和PDU的大型數(shù)據(jù)機房中，要保證各個UPS系統(tǒng)均分負載并了解哪些系統(tǒng)為哪些負載供電，是一項艱巨的管理任務(wù)。無法預(yù)計的運行模式。UPS系統(tǒng)具備多種運行模式，且各UPS系統(tǒng)之間存在多種可能