机房UPS配备方案建议分析

1、计算机机房UPS配备方案建议一、配置方案建议1.1 容量1.1.1 相关因素及说明选配UPS±程中考虑容量问题时，列举决定容量大小的相关因素，并具体说明各因素与 容量的具体关系。确定UPS容量大小应参考因素主要有：实际负载容量、负载的类型、容量使用率、环境 条件、UPS的类型及实际负载能力、潜在扩容需求等。实际应用中应考虑：A实际负载容量这是决定UPS容量大小的最根本因素。UPS的输出能力必须达到或超过负载需要才 能保证正常供电。实际应用中要考虑 UPS是采用集中式供电还是分布式供电。采用集中 式供电的负载总量应是将机房所有由 UPS供电负载的功率累计。采用分布式供电的则根 据每台U

2、PS所带负载不同确定。通常电气设备的负载容量称为视在功率， 用S表示，单位VA视在功率包含有功功 率P （单位W和无功功率Q （单位Var），其大小的关系是Sh+Q。这里我们将有功功 率与视在功率的比值称为功率因数，纯阻负载的功率因数为 1,容性负载的功率因数一 般在 0.60.7。B负载的类型如上所述，不同类型的负载其有功功率和无功功率的比例不同，但UPS需向负载同时提供足够的有功功率和无功功率，则实际输出能力受负载类型所限制。对于计算机类 负载，UPS基本上可以输出额定的功率，如果负载是阻性或电感性的，贝UUPS的输出功率有所下降，需要加大UPS容量。例如功率因数为0.7的1KVAUPS带

3、计算机负载可以 带满1KVA带纯阻性负载最多只能带 700VA （这时有功功率是700V），带电感性负载则 更低。因此在计算负载容量时，对以 W值表现功率的阻性、感性负载，应折算成 VA值， 一般地计算方法是：阻性负载的 VA值=W值十0.7 ;感性负载的VA值=W值十0.3。 CUPS容量使用率由于计算机机房设备有各种开关电源类的非线性负载及各类打印机负载，这些负载冲击电流大，如果供电UPS容量过小，长期重载运行，容易出现波形失真，而且易造成 输出末级功率器件过流，加上重载引起的发热量，对系统可靠性明显不利。对于大功率 UPS 一般建议容量使用率控制在 0.60.8。当然UPS容量也不宜过大

4、。UPS带很小的负载虽然有利于可靠性，但过度轻载运行， 一则浪费了投资，二则在市电长时间停电时，电池一直小电流放电，容易发生深度放电 引起损坏。D环境条件UPS的工作温度一般应控制在040C范围内。如果温度过高、通风条件不好，则不 利于散热，应降额使用。另外海拔高度也有影响，海拔超过1000m后每升高1000m UPS应降额5%使用。E、UPS勺类型及实际负载能力不同类型的UPS其带载能力有所不同。工频机的输出能力较好，而高频机的实际带 载能力只有工频机的0.9倍。另外一些厂商的产品，可能存在实际负载能力较标称容量 低的现象，这是产品的可信性问题，用户在应用时不得不考虑这一因素。科华公司多年

5、来一直保持良好的信誉，产品经过严格的测试和质量把关，用户完全可以放心。F、设备的潜在扩容需求。配置UPS容量应考虑设备今后扩容需要，留有一定余量，将来负载增加了，不至于 再次购置UPS另外，尽量选用具有并机功能的机型，必要时可通过UPS并机成倍扩大输出容量。同时，在配置UPS的输入输出配电柜时，应将线缆及空开留有一定余量，方 便日后扩容。1.1.2 容量计算方法及说明 容量的计算公式及相关文字说明。A负载容量的确定a）列出UPS所要保护的设备清单。b）每一设备的铭牌或说明书上均标有额定功率或额定电压电流。将其折算成视 在功率SoVAK1i. 标明额定功率的可以直接采用ii. 标明额定电压电流的

6、，VA值=V值x A值，通常V值取220iii. K1为负载匹配系数，阻性负载的K仁0.7，感性负载的K仁0.3，容性负载的 K1=1oc）计算所有负载总和工S二S+S+SS即各设备功率，单位VAB确定UPS的功率容量PupsPUps= SK2 K3 K4 K5其中，K2为容量使用率，取值0.60.8。K3为环境系数，与温度、海拔有关，一般情况下取值1oK4为UPS负载系数，工频机取1,高频机取0.9K5为扩容系数，根据用户需要确定，一般可取值0.60.8，如不考虑扩容则取值11.1.3 对冗余的考虑UPS选配时考虑容量冗余时应参考哪些因素，遵循哪些标准。1）冲击性负载对UPS的影响对于计算机

7、等非线性负载，其电流波形是周期性的非正弦波，峰值与有效值之比（峰值 因数）可达到22.5，具体一定的冲击性。通常 UPS的峰值因数为3: 1,适合电脑等非线性 负载在正常工作时的峰值因数要求。但当负载量增多，电流波形不规律地叠加后，UPS等供电设备的电流容量还不足以满足负载的瞬间电流要求，会造成输出波形畸变。在这种情况下 需要考虑增加供电设备的容量，从而提高电流提供能力。另外计算机负载在开机时会产生超出平常多倍的大冲击电流，尤其是多台计算机同时开 机的情况，通常超过UPS的峰值因数承受能力，因此在选择 UPS容量时除了选择过载能力强 的类型，还需要考虑负载波动及冲击余量，适当增大UPS容量以抵

8、御负载的波动。而对于某些特殊负载（如高速行打）而言，在起动或工作过程中会产生很强的冲击电流， 负载容量瞬间升高数倍（有时高达6倍）。对于此种负载应在普通容量余量比例基础上进一步 加大余量。正确的容量冗余对 UPS的正常稳定工作及UPS的工作寿命影响很大，经常工作在 满载或过载状态下的UPS系统故障的机会远远高于正确容量冗余的 UPS电源。2）系统扩容的需要如果最初选择UPS没有考虑余量，则一旦设备增加，超出 UPS的负荷能力，就必须重新 购置一台新的UPS不仅浪费了投资，而且可能受到场地摆放的限制、在布线安装工作方面 也带来诸多不便。所以在选择UPS时，需要考虑23年内扩容的可能性，适当增加

9、UPS功率容量，毕竟单 位KVA容量UPS的价格，随着UPS容量的增大而下降，增出容量的成本比单买同样容量的 UPS 要节省许多。另外，尽量选用具有并机功能的机型，必要时可通过UPS并机成倍扩大输出容量。同时，在配置UPS的输入输出配电柜时，应将线缆及空开留有一定余量，方便日后扩容。1.2 使用建议UPS挂接电子设备应遵循哪些原则UPS负载应该是以计算机为核心的各类精密设备，一般为容性或阻性负载，避免使用感 性类负载如日光灯、空调、电风扇、电动工具、复印机、大型打印机等，因为感性类负载对 UPS的冲击很大，极易造成 UPS的逆变器损坏或相关精密负载设备受到干扰，在不得不使用 的场合下，必须加大

10、UPS的功率容量。工作方式如何选择（单机、多机串联/并联运行）对于普通计算机设备或小型网络，由于不是关键性的设备，一般采用单台UPS供电，其可靠性基本满足负载要求。对于中大型的网络等关键性的设备，设备数量多、影响面大，出 现供电问题后果非常严重，则单机的可靠性还不能满足，需要采用多机冗余供电的方式。计算机机房UPS主要有几种冗余方式串联备份从电方式输出主从备份方式冗余并联供电方式采用何种冗余方式，主要考虑 UPS的功率容量、负载对可靠性的要求程度、设备的投资 经费。A）串联备份供电方式（旁路主从备份方式）：市电 一一 备机（从机） 旁路输入*负载主机如上图所示，对于在线式工作模式的两台 ups

11、备机的输出作为主机的旁路备份输入, 这样当主机的主逆变器输出故障转到旁路时，负载仍然处于UPS备机可靠供电的模式。B）输出主从备份方式:冗余转换器一负载如上图所示，两台UPS或逆变器的输出同时送到冗余转换器，经冗余转换器再给负载 供电；正常时冗余转换器让主输入的电源对负载供电，当主输入电源故障时冗余转换器快 速将负载转移到备份输入的电源上，完成负载的冗余供电；在主输入电源维修完成再输入 冗余转换器后，冗余转换器又将负载重新转移回由主输入电源供电的模式。C）冗余并联供电方式市电市电如上图所示，两台UPS的输出同时送到并联配电柜上进行直接的并联，共同均分负载 电流，不存在主从关系；当某台UPS出现

12、故障时，该机将自动退出并联系统，负载电流100% 由剩余的一台UPS供电，输出不间断；在故障机维修完成后可以在线并入继续对负载进行 冗余供电。三种提高可靠性方案的特点比较比较的项目旁路主从备份方式输出主从备份方式冗余并联（串联方式）技术特点技术简单技术好技术难度大可靠性一般最高高主从逻辑关系有，且不易调换，需要 厂家才可完成。有，容易调换，用户即 可完成。取决于并联控制方式； 可能有，不能调换。负载切换时间10ms5ms0ms相互通信不需不需有线并机时需要； 无线并机调试时需要， 工作后可以取消。增容性没有增容没有增容可依比例增容过载能力不变不变短时过载能力比例增 力口；尤其是对于冲击负 载的

13、启动能力加强。老化程度存在主从机老化不一致 的情况。存在主从机老化不一致 的情况。不存在。负载均分性100%不均分100 %不均分均分，一般电流的不均 衡度小于5%。电池寿命一般需要定期对换电 池。一般需要定期对换电池 或主机，确保电池的寿 命。不需对换。可维修性差，一般要停机维护好，可以在线热维护好，可以在线热维护。备份模式一般是1 +1形式在，增 加时没有实际的意义。一般是1 + 1或1 + 2形 式。可以N+m形式，比较灵 活。系统成本低一般高较合适的场合3- 10KVA的负载0.5 3KVA的负载10KVA以上的负载13 对“发电机”技术规格及主要参数的要求 发电机的主要参数有额定电压

14、Vrms输出频率f 波形失真度THD 输出功率Po 发电机内阻Rs 噪声dB燃油消耗率g/KWh稳态电压调整率 瞬态电压调整率 电压稳定时间 稳态频率调整率 瞬态频率调整率 频率稳定时间根据通信专用柴油发电机组技术要求 YD/T502-91的规范要求，结合UPS实际应用情 况，我们建议发电机的频率、电压、波形失真度在稳态和动态情况下应符合如下技术条件：A、 发电机的容量推荐为UPS容量的1.53倍。如果发电机除了 UPS还带其它负 载，则需将这些负载先扣除，取所剩的净容量。B、 空载额定电压时的线电压波形正弦性畸变率不大于10% (3250KVVC、稳态电压调整率=±4%D瞬态电压调

15、整率=±20%E、电压稳定时间v 2.4sF、稳态频率调整率=±4%G瞬态频率调整率=±9%H、频率稳定时间v 6.5s1.4 主备机的配置原则电池组的分配备机的建议容量及使用方式A、有关主备机电池的配置对于旁路主从备份系统（即串联热备份系统），正常情况下主机带100%负载，备机不带 载；如果主机出现故障，则转由备机供电。另外在市电停电后，主机带载放电至电池终止电 压后，主机的电池欠压保护功能起作用，负载转由备机供电。为了保证备机能够完全供电， 备机需要有相应容量的蓄电池以保证市电断电后的供电。假设备机的电池容量与主机相同， 则当市电停电主机电池在放电的过程中，备

16、机的电池同样在放电，但由于备机是空载状态， 基本是UPS在耗用电池容量，一般是10%左右。如果备机的后备时间相对于主机短得多，则 可能在主机放电终止前备机电池也放得差不多了，备机的电池起不到作用。另外，一旦主机 发生保护，负载将全部加到备机上，这必然造成备机电池的放电电流急剧上升，如果电池容量不足（v 50%，则电池电压急速下降，很容易发生欠压保护。所以M般情况下，备机的电池配置容量与主机相同，系统总的后备时间接近于单机的2倍。一些厂商提出串联主备机共用一组电池的思路，认为这样可以减少电池的投资，避免电 池老化程度不一致的问题。实际上，电池也是影响串联系统可靠性的重要因素。共用一组电 池实际可

17、能造成单点故障，例如该组电池中个别节故障则必然造成停电时整套系统不可用。 另外，由于主备机的整流器和充电器通过电池组短接在一起，很可能在电气线路上形成环流。例如主机或备机的任一台整流器出现短路现象，则另一台也可能出现损坏，极可能造成整个 系统宕机。B当主机发生故障时，其所带全部负载将通过旁路转由备机供电，因此备机的容量应 不小于主机容量，通常情况下备机与主机的功率容量相同。C串联热备份系统由于控制技术简单、成本低、安装简便而得到广泛的应用。但串联 系统也存在一些明显的问题：由于正常情况下主机带100%负载而备机不带载，这样长期运行, 必然造成主备机及配套电池老化程度不一致；一旦主机出现故障，则

18、100%负载加到备机上，对备机的冲击非常之大，客观上存在一定隐患。因此在大型UPS系统中，较多采用并联的冗余模式。科华公司经过多年潜心研究，开发出无主从自适应并联技术，并应用到主流产品中。 该项技术克服传统并联技术的一些瓶颈问题，在并机环流、负载均分、逻辑处理、现场安装 取得明显突破，有效降低运营成本，为国内外用户提供更多的选择。、UPS配用需特别注意的问题及说明尽可能齐全的列举一些其他应注意的问题1、UPS的配电要求：在UPS的应用中，合理的配电设计对于 UPS的可靠性将起到十分重要的 作用，一般包括交流输入、交流输出、电池等的配电形式、及相应电缆的截面积。交流输入、交流输出的空气开关不能采

19、用具有漏电保护的空气开关，因为UPS本身的滤波器对地有一定的漏电流；考虑到UPS的输入功率因数、效率，空开的老化等，空气开关的功率余量一般应是UPS额定电流的150%以上；为了保证有较低的零地电压，输入、输出空开只开、闭交流的火线，零线保持接通；注意输入、输出的配电线不能接反，否则可能损坏ups交流配电导线的长度和截面积至少必须符合以下的关系：L/S < kU/(l Xp )，其中L为导线长度，S为导线面积，U为导线间的电压，I 为导线流过的最大电流；p为导线的电阻率，对于铜线其值为0.01724欧姆.毫米2/米；k为允许导线压降的系数，一般取 0.005 0.01。电池配电线的长度和截

20、面积的静态特性一般也要符合上述关系，但由于电池存在负载启 动的电流问题，因此对于直流的配电线的L/S还必须更小些，一般取上述值的一半左右。例子：某用户采用单相输入单相输出10KVA勺UPS设备，其220V交流配线长10米，192V 电池组与UPS距离为5米，UPS与输出配电距离为10米，请问如何为用户配线？计算： 输入电流为 10KVA/(0.7 X 220V)= 64.9A ； 输出电流为 10KVA/220V = 45.5A ； 电池放电电流 10KW/192V=52.1A ； 输入的 L1/S1 < kU1/(I 1Xp ) ； S 1 > 10.2 毫米 (这里 k 取 0

21、.005) 输出的 L2/S2 < kU2/(I Xp )； S 2> 7.1 毫米 2 (这里 k 取 0.005)电池的 L3/S3 < 0.5kU 3/(1 Xp ) ； S a> 9.3 毫米 2 (这里 k 取 0.005)结果：交流输入、电池线取10毫米2 ，交流输出线取8毫米2的线即可。当然，由于客户在负载的使用中往往没有带有100%的负载，比上述推荐值稍小时也可能正常工作，但是一个隐患，尽量避免。2、UPS的接地系统在UPS的应用中，经常会碰到接地的问 题，正确的接地方式、合理的零地电压是保证用 户设备正常工作的前提：UPS通过合理接地可以使得 UPS的

22、输出零地电压符合负载的要求， 改善UPS的电磁兼容特性，减少UPS和设备受到雷击的影响，保证 UPS用户的人生安全。 根据接地的方式，常见的接地类型如下： 交流接地：在标准的交流配电结构中，一般除了相应的相线、零线外，还会有相应的地线， 作为安全接地和电磁兼容接地。安全接地是将人体可能接触到的电器部位强制短接到地电位， 保证人体在接触时免遭电击地威胁；而电磁兼容接地是用于降低UPS的电磁骚扰和提高UPS抗电磁骚扰的能力，一般电磁兼容接地对接地电阻或零地电压的要求要远大于安全接地要求。在交流地线上，一般都会有一定的交流电流通过，这些电流主要来自设备滤波装置中的 对地电容；而对于通常的三相五线制的

23、供电系统中，地线和零线在总配电处是短接的，因此， 当某条地线上的滤波设备较多时，或者地线内阻较大时，往往会使得设备处的零地电压较大， 有可能影响设备的可靠工作。所以，地线的线径要足够大，且严禁零线、地线混用。 直流接地：在机房、通信设备的很多信号传输、通信中，所有的设备往往有一个共同的基准 地，作为所有弱信号的参考地电位，该地就是所谓的“直流地”。由于直流地上为弱信号，比 较容易受到干扰，因而，直流接地与交流接地点/线要严格区分，否则，通信设备可能无法正 常工作和数据传输。防雷接地：对于交流、直流配电，在雷击频繁的地点往往需要安装有防雷装置，保护设备的 安全。防雷装置的原理是通过适当的短接回路

24、将雷击的电压、电流在设备端降低到安全的幅 值，由于雷击信号较大，所以，一般需要有独立的地线和接地位置。在大楼的供电配电盘处， 防雷接地应与交流的接地分开，保证雷击时的安全。而对于在机房内的UPS 一般防雷的地线可以和交流地线共用，因为此处的雷击信号已经较小。零地电压对负载的影响：一般的电脑、打印机、测试仪器等交流设备对于零地电压并没 有很严格的要求，通常是小于 5V即可（当超出此值时也不一定会影响设备工作），这是因为 这些设备的输入一般是整流性的开关电源，地线一般仅作为交流接地和电磁兼容接地。但对于某些通信设备或小型机，由于产品设计的原因，使得交流地和直流地有一定地相 关性，甚至是共地，此时，

25、对于零地电压地要求就会较为严格，往往需要达到1V以下。这种情况下，在UPS地配电过程中就要求UPS用户的地线、零线有极小的等效内阻，在必要的时 候可以在负载设备的输入零地间并上一定的交流电容，如几个微法；对于带输出隔离变压器 的UPS或纯逆变器，甚至可以将交流输出的零地直接短接。可见，零地电压问题是一个与负 载设备相关很强的一个系统配电问题，在系统供电方案设计时应该根据设备的情况，综合考3、电磁兼容作为信息时代IT产品电源保护的不间断电源（UPS，它是集自动控制技术、电力电子技 术为一体的高功率密度的电源产品，本身既是一个大的电磁波发射源，可能对周围的环境和 设备产生电磁干扰，同时自身的控制系

26、统又可能受到周围电磁环境的干扰，使UPS工作出现故障甚至损坏。电磁兼容性（EMC不好的UPS有可能造成网络设备信号传输速率下降、或 者根本就不工作，因此，用户选择 UPS时，需要考查其电磁兼容特性。目前国内外关于UPS的电磁兼容特性标准主要有国际无线电干扰特别委员会的CISPR22-1997信息设备的无线电骚扰的测量方法和限值和CISPR-24-1997信息设备的抗扰度测量方法和限值，欧洲的EN50091-2 （ 1995）UPS的 EMC要求，我国与CISPR标准 相关的有GB9254-1998信息设备的无线电骚扰的测量方法和限值和 GB/T17618-1998信 息设备抗扰度限值和测量方法

27、。这些标准主要包含两个方面的内容，一个是UPS对外的电磁骚扰，另一个是 UPS抗骚扰的能力。前者主要是规定了 UPS对交流输入电源端子的传导骚扰、UPS对通信接口端子的传 导骚扰、UPS俞出电源端子的传导骚扰、UPS对外的辐射骚扰；后者主要规定了 UPS在各种电 磁环境下抗骚扰的能力，包括电磁场干扰实验、静电放电实验、浪涌冲击实验、电快速瞬变 脉冲实验等。对于UPS电源产品，只有通过上述的电磁兼容测试，才可以保证UPS的可靠工作。这些标准为用户判定UPS的EMC特性提供较完整的依据。4、UPS的组网监控及网络安全随着计算机和互联网技术的不断发展，人们越来越重视UPS设备的智能组网监控，常用的系

28、统包括UPS的内置通信卡、SNM适配器、远程监控器和相关软件等。下面根据UPS与监控设备的组网距离分别阐述近程、中程、远程三种方式的组网监控方 法。1）、UPS与监控设备的近距离组网监控该监控模式基本特征为：一台电脑监控一台ups该模式下的ups监控的最大距离仅在15米左右。其组网的方法如下图所示：BEFnAl上图中UPS（ B）给用电设备（A A1）供电，同时通过通讯线（C）与电脑（A1）连接 A1此时与UPS实现了近距离的组网监控，而其它电脑 A和打印机不在监控系统内根据用户对监控内容的需求，有两大系列的监控软件供选择：专业数据型监控软件、经 济型干接点式监控软件。前者的监控内容和功能十分

29、丰富，后者只提供最主要的监控内容。2）、UPS与监控设备的中距离组网监控为了简便地实现中距离组网监控，科华设计了高性能价格比的KELON?UPS远程监控器，并在10KVA以上的机型配置了 RS485接口，使得UPS与监控设备的空间距离加大到了 1000米 以上。具体的中距离组网监控方案如下图：该方式下不需要电脑来作为监控器。远程监控器通过液 晶显示屏作为人机界面，用户不须通过网络或电话线路就能 实现对UPS的远距离监控，尽悉UPS的运行参数和工作状态， 并可远程启动和关闭UPS与SNM网络管理方式比较，远程监控器最大的好处是不 存在网络安全问题，同时具有可靠性高、操作便捷、监控成 本低等优点。

30、3）、UPS与监控设备的远程组网监控随着网络技术的发展，在系统用户中，网络连接已无所不在，这为UPS的远程监控提供了有力的技术保证。只要用户支持 TCP/IP协议的“以太网”连接到哪里，就能够在网络中的 任何一台监控设备上，远程监控连接到该网络中的任何一台UPS远程组网监控的方法不但实现了一台监控设备对一台UPS的远程监控，还实现了单个监控设备对多台UPS的集中监控，以及多个监控设备对一台 UPS的共同监视。UPS的远程组网监控有两种方法：通过 SNM网络适配器将UPS接入网络系统；通过近程 电脑将UPS接入网络系统。无论是采用哪种方式，都需要注重网络安全问题，一般采用密码 验证的方式，并可指

31、定特定IP地址的监控权限，普通地址提供只读的权限，对固定IP的网管员才给予读与写及操作的权限，以确保安全。A、利用SNM网络适配器将UPS接入网络系统 以下是UPSS过SNM实现网络监控的案例图。以成为其网络中的一部分。硬件的组网方法：UPS-SNM网络适配器一HUB（集线器）一远程监控机。这时,UPS就 可任何一台Windows系列操作系统的工作站就可以可通过IE浏览器或SNMPViev网络监控软件，访问SNM网络适配器的IP地址获得监控功能，实现对 UPS勺 远程监控。显然该方案可多台电脑同时监控一台 UPS也可以一台电脑同时监控多台 UPSB、通过近程电脑将UPS接入网络系统以下是UPS

32、通过近程电脑实现网络监控的案例图。如上图所示，中心机房的一系列电脑与分散的各营业点电脑构成了一个网络。UPS首先通过RS232连接与其近程的电脑实现近程组网监控。 具体的组网监控方法是：UPS-近程电脑 HUB（集线器）一远程监控电脑。该方案的特点是一台监控电脑在同一时间内只能监控一台 ups要想监控另一台，则要换一个监控目标的ip地址。5、UPS勺机房综合管理功能计算机机房对温度、湿度有较高要求，为了提高管理效率，用户有必要对机房的温湿度 及环境条件做集中的监控，最好是通过局域网管理。由于成本和技术的原因，一般的温湿度 检测仪及烟雾报警器是不支持网络管理的。但随着 UPS智能化、网络化的不断深入发展，一 些UPS增强了环境侦测功能，并提供相关的环境检