机房配电系统设计方案.ppt

机房配电系统设计方案 威科姆工程中心 配电作为业务运行的基础 其重要性相对于供电负载而言是第一位的 无论哪部分负载出现问题 影响的只是局部 而配电系统出问题 则可能造成所有的设备都不能工作 因此 要求对配电系统的设计有足够的重视 配电系统的设计是否完善是保证系统稳定可靠的前提 设计人员是不是熟悉配电系统相关的技术性能 熟悉各种负载对供电的要求是保证可靠运行的关键 在本文中 全面了解一下机房内的配电柜 ups电源 防雷及接地等系统设计方法及注意事项 配电柜 配电柜的主要作用是将低压配电室 220或380v 送到机房的一路市电 经机房配电柜转换成多路市电 供照明 空调 ups电源及插座使用 此配电柜称为机房输入配电柜 即机房主配电柜 配电柜内底板上所有器件连接线称为一次回路线 底板与配电柜面板上器件 主要包括指示灯 电压及电流表 转换开关等 的连接线称为二次回路线 在配电柜内设主开关一个 其上端与低压配电室连接 下端与配电柜内各分路开关通过导线或导线排相接 主开关在容量超过60a时最好选用塑壳开关 导线与塑壳开关相连时导线需压接铜鼻 连接处不容易松动 不会发生打火现象 所有进出配电柜的导线都要用彩色绝缘胶布做上标记 火线用黄色 绿色和红色 对三相而言 如是单相只用红色 零线用兰色 地线用黑色 特别是三相市电进入配电柜与空气开关连接时 一定要按从左到右 黄 绿 红线顺序连接 一定不要接错 许多三相负载对输入相序都有严格要求 如空调设备在相序错时会发生风机倒转 ups电源相序接错会发生损坏等 因此 在没有把握时 一定要用相序表测一下输入电缆 看所标的颜色是否正确 对三相电来说 三相负载平衡也同样重要 如果三相电路中三相电流相差很大 容易使零线中有过大的电流流过 由于零线线径相对火线细 过大的电流流过零线会使零线发热 另外 零线电流过大也是造成零 地电压增高的主要原因 三相负载不平衡也容易造成空开跳闸 配电柜内分路开关容量不宜选取过大 过大会造成分路开关没跳 主开关先跳现象 分路开关同相超过三路时其单路容量最大为主开关的一半 分路同相开关所有容量相加最好不要大于主开关的一倍 配电柜都采用上进线方式 有防静电地板时有时会采用下进线方式 出线可上可下 看怎样走线方便 美观 配电柜内的空开除照明可用带过流保护的空开外 其他都不要使用 如果空调 ups电源使用会经常发生跳闸现象 配电柜内除火线外 零线和地线不用通过空气开关 特别是地线一定不要通过空开 从低压配电室来的零线及地线通过铜鼻直接与配电柜下面的零 地线排连接 地线排与配电柜外壳用导线接在一起 空气开关按质量可分为高 中 低三档 高档与低档价格相差三 四倍 而且容量越大 价格相差越多 高档空开一般为国内组装 如abb 梅兰日兰 施耐德 等 中档有上海人民等 低档有正泰 德里西 天正等 空气开关按其容量可分为 15a 16a 20a 32a 40a 45a 60a 63a 100a等等 括号内为组装容量值 空气开关主要分断路器及塑壳开关二大类 断路器采用簧片压线连线方式 最大压线不超35mm 最大容量不超过100a 由于采用簧片压线方式 时间长容易产生松动现象 需要定期紧固 一般每月需将螺丝紧固一次 不然会产生打火现象 烧毁空开 优点是体积小 价格低 塑壳开关容量一般很大 容量越大 体积也就越大 塑壳开关采用铜鼻接线方式 由于有弹簧垫片 紧固后不需做日常维护 电缆与最大电流换算 人身触电及安全用电 所谓触电 就是当人体触及带电体 带电体与人体之间闪击放电或电弧波及人体时 电流通过人体与大地或其他导体 形成闭合回路 我们就把这种情况叫做触电 触电会使人体受到伤害 可分为电击和电灼伤两种 1 电击 人体相当于一个电阻 当电压施加于人体时 形成电流 人体在电流的作用下组织细胞遭到破坏 控制心脏和呼吸器管的中枢神经会麻痹 造成休克或死亡 这就叫做电击 2 电灼伤 电灼伤是指由于电流的热效应 化学反应 机械效应以及在电流作用下 使熔化和蒸发的金属微粒等侵袭人体皮肤 使人体局部发红 起泡烧焦或组织破坏 严重时也可致人于死命 此类情况即为电灼伤 接触电压 电气设备因绝缘损坏 发生碰壳时 人触及此电气设备就有遭到电击的危险 为了衡量危险程度 测出离电气设备的水平方向0 8米 相当跨步距离 的地电位和电气装置垂直方向1 8米处 人手触及的部位 的设备发生故障时所带的电位 两者的电位差称为接触电压 如果设备未接地 220v的相线碰壳 这时产生的接触电压可达到相电压大小 如果设备接地 其接触电压的大小与设备的接地电阻大小有关 当设备的接地电阻与电源的工作接地电阻相等时 接触电压可达到110v 设备的接地即使非常好 在故障电压未切断前 接触电压也是存在的 只有故障电压被断路器或熔丝切断后 才解除电击的危险 跨步电压 当电气装置发生对地短路故障 或高压架空线路某根导线断落在地上时 电流进入大地 便从故障点的地通过大地接地极回到电源 于是在故障点的地和接地极周围产生一个电场 离故障点的地或接地极的地越近 电位越高 越远则电位越低 离开20米 则可视为零 人两脚分开相距约为0 8米时 站在这个电场内 由于两脚处于不同的电位点 就有一个电位差 此电位差称为跨步电压 当人处于电场内有麻电感觉时 不能奔跑逃离电场 而应该单脚跳或细步离开电场 低压配电系统中的接地方式 低压系统接地制式可分为 tn系统 tt系统 it系统三种形式 其中tn系统又分为 tn c tn s tn c s it系统 it系统是指配电系统电源中性点不接地或经阻抗接地 电气设备的外露导电部分可直接接地或通过保护线接到电源的接地极上 a b c n 外露可导电部分 保护接地 电力系统接地点 这种系统当出现第一次故障时 故障电流受到限制 电气设备的金属外壳上不会产生危险的接触电压 因此可以不切断电源 电气设备仍能继续运行 所以特别适用要求连续工作的电气设备 由于第一次故障时的故障电流很小 因此 也适用于有爆炸危险的环境 如矿山等 为监视it系统中带电部分与外露可导电部分或与大地之间是否发生一点单一故障 可装上带有声光指示报警设备 在发生一点单一故障后应及早排除 避免长时间带故障运行 tt系统 tt系统是指配电系统有一个直接接地点 一般是配电变压器或发电机的中性点 电气设备的外露导电部分必须另接在单独的接地极上 a b c n 外露可导电部分 保护接地 电力系统接地点 在tt系统内 电气设备的金属外壳用单独的接地极接地 与电源的接地极无电气联系 所以适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备的供电 如计算机房 tt系统之所以能防止触电 是因为接地电阻与触摸带电设备外壳的人体是并联相连的 由于分流作用 使得人体接触到的电流仅为故障电流的一部分 从而减少了触电的危险性 如果接地电阻符合要求 接地电阻值很小 使得流过人体的故障电流在安全值以内 这样触电的人就得到了保护 tn系统 tn电力系统有一点直接接地 装置的外露导电部分用保护线与该点连接 接照中性线与保护线的组合情况 公认的tn系统有以下3种形式 1 tn c 外露可导电部分 电力系统接地点 l1 l2 l3 pen 整个系统的中性线与保护地是合一的 具有简单 经济的优点 当发生接地故障时 故障电流大 可采用一般过电流保护电器切断电源 以保证安全 但对于单相负荷或三相不平衡负荷以及有谐波电流负荷的线路 正常运行时pen线有电流 其所产生的压降呈现在电气设备的金属外壳上 这对敏感的电子设备不利 另外 pen线上的微弱电流在爆炸危险环境也能引起爆炸 因此 我国 爆炸危险环境电力设备设计规范 中明确规定爆炸危险环境中不能采用tn c系统 2 tn s保护线与中性线分开 具有tn c系统的优点 但价格较贵 由于正常情况下pe线不通过负荷电流 与pe线相连的电气设备金属外壳不带电位 所以适合于数据处理和精密电子仪器的供电 也可用于爆炸危险的环境中 外露可导电部分 电力系统接地点 l1 l2 l3 pe n 3 tn c s在tn c s系统中 pen线自a点起分为保护线和中性线 分开后 n线应对地绝缘 为了防止分开后的pe线志n线混淆 按国标规定 给pe线和pen线涂以黄绿相间的色标 给n线涂以浅蓝色色标 pen自分开后 pe线与n线不能再合并 否刚将丧失分开后形成的tn s系统的特点 外露可导电部分 电力系统接地点 l1 l2 l3 pe n pen a ups基础知识 随着电子技术的飞速发展 一些重要部门的用电设备 如计算机 通迅设备等等对供电质量的要求越来越高 不仅要求不停电 还要求电压 频率 波形准确完好 不能受到电网的任何干扰 而ups电源能使电网和用电器进行隔离 既避免负载对电网产生的干扰 又避免电网中的干扰影响负载 ups电源已成为现在机房必不可少的设备 ups的基本作用 什么叫ups ups是英文uninterruptablepowersupply的缩写 中文译为 不间断电源 它是能够实现两路电源之间无间断地相互切换的电气装置 有时人们叫它 不停电电源 这种说法从专业上来说是不确切的 因为电源是能够提供电能 实现其他能量转换成电能的装置 ups不能依靠能量的转换来提供电能 因此从严格意义上讲 ups不是一种电源 它只是提供一种两路电源之间无间断转换的机会 这才是ups设计的主要思想 ups的价格之所以昂贵 就是贵在这种不间断切换的特点上 ups的主要作用 两路电源之间的无间断相互切换 ups 市电1 市电2 输出 隔离作用 将瞬间间断 谐波 电压波动 频率波动以及电压噪声等电网干扰阻挡在负载之前 既使负载对电网不产生干扰 又使电网中的干扰不影响载 整流器 逆变器 直流电 交流输入 交流输出 电压变换作用 输入电压有时不等于输出电压 ups 输入380v 输出 220v 380v 或 频率变换作用 输入频率有时不等于输出频率 ups 50hz 输出 输入 60hz 50hz 或 提供一定的后备时间 ups带有电池 贮存一定的能量 一方面在电网停电或发生间断时继续供电一段时间来保护负载 另一方面在ups的整流器发生故障时使用户有时间来保护负载 按照用户的要求 后备时间可以是5分钟 10分钟 15分钟 30分钟 电池占ups价格的一半 90分钟等 甚至更长 ups主要生产厂家梅兰日兰 mge 爱克赛 艾默生 原力博特 先控 冠军 champion apc 科士达 kstar 山特 科龙等 ups电源的分类ups根据设计方式不同可分为在线式 离线式 后备式 和在线互动式三种 a 在线式 在线式ups的含义是指 即使是在电网电压正常时 市电也是经过整流滤波 逆变器 输出给负载 这种ups无论在市电正常时将市电隔离 还是供电异常时转由蓄电池供电 逆变器始终处于工作状态 都能供给负载纯净的电源 并保持0中断时间 这样负载即使是实时控制信号 也不会因为市电异常而丢失或差错 b 后备式 后备式ups的含义是指 在外电电网电压正常时 ups的任务主要对自身蓄电池进行充电 负载由ups电源旁路供电 其输出电压基本就是输入电网的电压 不能抑制和隔离电网中的各种噪声和干扰 输出的电压不是稳压稳频的 只是进行简单的调压和稳压 当市电故障时 负载由电池通过逆变器供电 这种ups有一定的转换时间 通常小于10ms 这种ups线路简单 输出多为方波 成本较低 一般功率在1kva以下 c 在线互动式 在线互动ups则是指 在输入市电正常时 ups的逆变器处于反向工作给电池组充电 在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作 将电池组电压转换为交流电输出 因此在线互动式ups也有转换时间 同后备式ups相比 在线互动ups的保护功能较强 逆变器输出电压波形较好 一般为正弦波 使用这一技术的ups厂家不多 根据输入 输出电压不同称法 a s11 单 单 输入电压为220v 输出为220v 此类ups为了减少三相电路的不平衡 一般功率不超过5kva b s31 三 单 输入电压为380v 输出为220v 此类ups在自动 手动旁路状态时 负载由电网a相供电 c s33 三 三 输入电压为380v 输出为380v 此类ups输出必须配有输出配电柜才能获得单相电压 功率因数 对一台设备有输入功率因数和输出功率因数两个不同的参数 功率因数绝对值介于0于1之间 它是w 有功功率 与va 视在功率 之间的比数 一般ups电源负载都是非线性的 所以ups输出功率因数根据负载的特性一般在0 6 小型ups电源 0 8 中 大型ups电源 之间 ups功率不能用w来表示 要用va来表示 ups结构 整流 充电器 由可控硅整流桥功率电路和相应的控制电路组成 它将电源1输入的交流电变换成直流电 供给电池组充电及逆变器的输入 逆变器 由逆变功率电路和相应的控制电路组成 它将整流 充电器输入的直流电变换为正弦交流电供给负载 旁路静态开关 由反并联的可控硅功率电路和相应的控制电路组成 它实现负载在逆变器与旁路电源之间的不间断切换 电池电路 由可充电的电池组组成 将直流能量贮存在电池组中 当电源停电或超限时 向逆变器电路释放能量 以对负载进行后备式的供电 各种隔离保护装置q1 整流器输入开关 qf1 电池电路保护开关 k3n 逆变器输出保护接触器 q4s 电源2或静态旁路输入开关 q5n 逆变器输出开关 q3bp 手动维修旁路开关 ups的基本工作状态 1 正常工作状态 2 市电停电 超限 3 市电恢复正常 充电 4 过载或故障 注 在静态旁路状态时 ups电源内部所有元器件都带电 5 维修状态 即手动旁路状态 这时ups电源内部除输入 输出端子带电外 其它元器件都不带电 ups备份 ups一般都是给重要设备供电 但ups也有发生故障的时候 为了保正这些重要设备的正常工作 ups采用备份工作方式 常见的备份方式有二种 并机工作方式 串联热备份方式 并联工作方式 特点 每一条并联ups支路都由整流器 电池 逆变器组成 每台ups都具有它自己单独的静态旁路开关 以实现负载在逆变器与电源2之间的不间断切换 在切换过程中 与逆变器输出接触器k3n并联的逆变器静态开关优先于k3n动作 以避免各个逆变器的k3n动作不同步 造成切换过程中负载电流分配的不均匀 二台并联的ups电源各承担50 的负载 串联热备 整流器 逆变器 静态开关 电池 q1 q4s q3bp k3n q5n qf1 电源1 电源2 整流器 逆变器 静态开关 电池 q1 q4s q3bp k3n q5n qf1 整流器 逆变器 电源1 q1 k3n q5n 静态开关 q4s q3bp 主机 备机 负载 特点 两台ups电源分成主 备机 备机串接在主机自动旁路端口上 平时由主机保护负载正常工作 当主机发生故障时 无间断切换到旁路备机上 负载受备机保护 平时负载由主机供电 备机为空载状态 ups电源输出容量确定 一般服务器功率为800w pc机为100w 交换设备为50w 显示器为100w等 所有设备在后面板都注有其额定功率 将所有负载功率相加再除以ups功率因数0 8即为系统所需的ups容量 由于ups电源工作在60 为最佳状态 所以结果还要除0 6 例 一系统有三台服务器 二台pc机 二台显示器 一台交换机及一些功率加起来不超过100w设备 现需要ups为它供电 请算出ups容量为多大才能满足系统的需要 3 800 2 100 2 100 50 100 2950w 设ups功率因数为0 8 ups负载量为80 系统所需ups容量为2950 0 8 3700 0 8 4630va 选5kva ups电源电池容量及数量的确定 根据系统确定的后备时间 先选定ups厂商 因为不同的品牌ups其电池充电电压不同 所以每组串联的电池个数也就不同 以5kvaups为例 apc每组电池个数为32节 12v 梅兰日兰每组为20节 科龙每组为29节等 知道每组的电池节数 厂商在产品说明书上会注明 才能算出电池的安时数 电池在ups电源中价格所占重很高 特别是在3kva以内1小时以上的ups电源 电池价格会占50 以上 一般电池产家生产电池有以下容量 7ah 24ah 38ah 50ah 65ah 100ah等 由于电池的放电曲线不是线性的 并且和电池所处的环境有很大的关系 所以精确计算是很复杂的 同时也没太大的必要 因为电池容量就分几档 不会有与精确计算结果同容量的电池 一般选用电池的容量都比计算出来的高 在计算电池容量时 我们使用以下经验公式 电池的ah p t vd n 其中 p为已选用ups电源的功率 t为ups电源的后备时间 vd为电池电压 12v n为每组串接电池节数 型号不同的机型每组电池节数是固定的 为逆变器的工作效率 0 8 下面选举几个例子例1 梅兰日兰pulsar系列3kva 后备时间为1小时 已知 pulsar系列3kva每组电池为8节 即n 8ah 3000 1 12 8 0 8 39选 汤浅38ah一组 8只 或汤浅24ah二组 16只 例2 梅兰日兰comet系列15kva 后备时间1小时 已知 comet系列15kva每组电池为18节 即n 18ah 15000 1 12 18 0 8 86选 阳光50ah二组 36只 或汤浅100ah一组 18只 例3 梅兰日兰pw系列40kva 后备时间30分钟 已知 pw系列40kva每组电池为33节 即n 33ah 40000 0 5 12 33 0 8 62 5选 阳光36ah二组 66只 或汤浅38ah二组 66只 例4 apc秀康sl系列60kva 后备时间30分钟 已知 秀康sl系列60kva每组电池为64节 即n 60ah 60000 0 5 12 64 0 8 48 8选 阳光50ah一组 64只 或汤浅38ah二组 128只 确定电池柜尺寸 知道电池容量及数量 根据电池的尺寸 选择合适的电池柜或电池架 根据电池柜的尺寸 设计出电池如何放置 安放电池时 要求各电池相邻端头的电压差不超过100v 以确保施工人员的安全 根据电池放置的位置 画出电池连线图 算出连接线的线径 连线的长度及数量 制作电池连接线 制作前先了解电池所配螺丝与铜鼻的孔径大小是否合适 ups安装中需注意的问题 连接电池时 清楚电池的走向 一定要注意安全 为安全起见 连接电池时要独立完成 每层必须留有断头 最后核实无误后 方可连上 由于ups电源主机及电池一般都比较重 所以应计算地面的载荷能力是否能承受ups电源重量 在条件允许时 一般ups电源应放在楼房的底层为好 ups电源间要避免阳光直射 尤其是对放置电池的位置 为了安装和使用维修方便 在ups电源就位处周围应留出1m以上的距离 接ups电源输入电缆时 与用户电工取得联系 在用户电工指导下接线 严防配电柜跳闸 给用户造成损失 机房电子设备防雷保护 雷电是一种自然天电现象 近年来 由于高层建筑的不断兴建和信息处理技术的日益普及 各种先进的电子设备正广泛地配备于各类建筑物中 这些电子设备普遍存在着绝缘强度低 过电压和过电流耐受能力差 对电磁干扰敏感等弱点 一旦建筑物受到直接雷击或其附近区域发生雷击 雷电过电压 过电流和脉冲电磁场会通过供电线 通信线 接收天线和空间辐射等途径侵入建筑物内 威胁室内电子设备的正常工作和安全运行 如果防护不当 这些雷害轻则使电子设备工作失灵 重则使电子设备永久性损坏 严重时还可能造成人员伤亡 因此 现代建筑防雷设计必须引起高度重视 必须安装完善的雷电防护措施 雷电造成的经济损失的严重性 直接损失火灾人员伤亡设备损坏间接损失不能提供服务之损失信誉损失重新投资 随着高新技术的迅猛发展 由雷击引起的灾害事故正呈现出上升的趋势 到目前为止 雷电作为一种强大自然力的爆发 尚无法有效地加以制止 人们力所能及的工作是设法限制雷击所造成的破坏作用 将雷击的危害减小到尽可能低的限度 长期以来 关于雷电防护的研究 一直是国内外电气工作者共同关注的重要问题 雷的形成 雷电放电是由于带电荷的雷云引起的 大多数雷电放电是在雷云与雷云之间进行的 只有少数是对地进行的 与云间放电相比 对地放电对地面物体具有更大的危害性 根据大量的实测统计 90 的雷电具有负极性 当雷云带有大量电荷时 由于静电感应的作用 在雷云下方的地面或地面上的物体将带上与雷云相反极性的电荷 当雷云中的电荷逐渐聚积达到一定的电荷密度时 这时其电场强度很大 于是就开始发生局部放电 放电常表现为分支状 当接近地面时 由于局部空间场强的增加 常可能引发地面突出处出现的正电荷向天空发展 相会后 雷云与大地之间所聚积的大量电荷发生强烈 中和 放出能量 发出强烈的闪光和震耳的雷鸣 其速度最快可达0 5倍光速 强度最大可达几百千安 第一次放电过程完成后 还可能发生第二次或随后多次的放电 这是因为雷云中存在着多个电荷聚集中心 第一次放电 主要泄放了第一个电荷中心的负电荷 由于第一次放电通道仍然保持着高于周围大气的电导率 其它电荷中心就会向原先的放电通道发展 就会出现多次重复的放电 雷电放电约有40 具有重复性 放电的次数一般为3 4次 最多可达20次 雷击的种类 直击雷感应雷传导雷操作过电压 雷击的种类 直击雷 雷击的种类 传导雷 雷击的种类 感应雷 感应雷击对电子设备造成的影响 雷击的种类 操作过电压 雷电日 为了表示不同地区雷电活动的频繁程度 通常利用每年平均雷电日为计量单位 雷电日的定义是 在一天内 只要听到雷声 一次或一次以上 就算一个雷电日 在不同年份观测到的雷电日数变化较大 一般是取多年的平均值 即年平均雷电日 我国把年平均雷电日不超过15的地区叫少雷区 超过40的叫多雷区 超过90的叫强雷区 一些重要城市的年平均雷电日 河南各地市的年平均雷电日 0 1区采用b类防雷器1 2区采用c类防雷器2区采用d类防雷器 0b区 1区 2区 d 屏蔽2 屏蔽1 0a区 pas pas c b 电缆线 防雷分区概念 通信基站的引雷路径 基站的电源线入口基站收发信机的馈线入口中继 pcm 传输设备与通信电缆接口有线中继电路 移动通信基站的防雷器选型 供电系统的防雷器选型天馈线的防雷器选型信号线的防雷器选型 电源防雷器工作原理 电源防雷器并联于380 220v三相四线正常情况下防雷器处于高阻状态 设备 l1l2l3n e 电源防雷器工作原理 当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时 防雷器在纳秒内导通 将脉冲电压短路于地泄放 后又恢复为高阻状态 从而不影响用户设备的供电 设备 电源防雷器 0 1区 v25 b x yyla60 bla25 b1 2区 v20 c x yy2区 ep220 ddns d cns d 安装指引 1安装位置和电器连接la25 b防雷器应尽可能靠近于用户设备的前端安装 使用户设备得到保护 例如 安装在房屋电源线引入之后 将其接于相线 l1 l2 l3 或中线 n 与用户设备的接地系统之间 当该防雷器动作时 产生间隙火花 会从熄