计算机房供配电原理

1、 1.交流电的含义 波形峰值 Um Im 220V峰值 电压 311V有效值平均值 mm707.02UUUUm Immm637. 02UUU UP IP 摘自摘自“电气工程师手册电气工程师手册”2000年版年版p70 mmaUUU637. 02 mmTUUdttuTU707.02/102UAUBUCNG2.三相三相o三相三线制三相三线制 o三相四线制三相四线制o三相五线制三相五线制CACAUUUUUU333BBCABCABCABCBA333IIIIIICABCABCBAUUUUUUCABCABCBAIIIIIIUAUBUCABCIAIBICUABUBCUCANACB oIAIBICE1.单相单

2、相 单相单相2线制线制 火零线的确定火零线的确定 用试电笔或万用表用试电笔或万用表 单相单相3线制线制 火零线的确定火零线的确定最大电阻档最大电阻档有指示火线有指示火线没指示零线没指示零线顺时针：顺时针：0 L N1rFSQVA1222QPSF AC DC ACDC静态开关静态开关整流器整流器AC DC ACDC充电器充电器容量约为整流器的容量约为整流器的1/10 双变换名字的由来整流器整流器PWM逆变逆变器器电电池池组组电磁变压器电磁变压器输输入入滤滤波波器器输输出出滤滤波波器器电子变压器电子变压器（W）oMTBFMTTRMTBFA输入输出输入输出配电柜配电柜和和外形外形ARRAY A3A3

3、机房供电方案机房供电方案一般负载关键负载一般负载市电市电油机油机集中监控中心集中监控中心互投柜互投柜ATSATS扩容备用回路扩容备用回路控制控制电路电路控制控制电路电路功率模块功率模块功率模块功率模块功率模块功率模块功率模块功率模块功率模块功率模块电池模块电池模块电池模块电池模块电池模块电池模块电池模块电池模块接接口口这就是瓶颈这就是瓶颈L1L3192V192VL2 第二代：功能模块集中式结构产品外形第二代：功能模块集中式结构产品外形 (30 90kVA） (15 120kVA） (10 100kVA） (5 30kVA）Rn=1-(1-rn) (1-r) （分析高频机效率高的原因） Bypa

4、ss1Bypass2UPS市电市电1市电市电2*照明灯具电流计算照明灯具电流计算比如：一个机房照明灯具100盏，每盏功率60W，没有电 容补偿，计算电流是多少？ 公式：100 60W/220V 0.5 =6000W/110V =54.6A选电线时可按照口诀：10下5，100上2，（25、35）4、3界。（70、95）2.5 穿管温度8-9，铜线升级算，裸线加一半： ： ：S(总功率)=S1+S2+S3+Sn一个机房配置有一个机房配置有：* PC机机200台，每台消耗功率台，每台消耗功率170VA；* 2台服务器，每台标称功率台服务器，每台标称功率1300W，因是老服务器，其输入功率因数是，因是

5、老服务器，其输入功率因数是0.65* 2台交换机，名牌上写着电压台交换机，名牌上写着电压220V，电流，电流5A 考虑到以后还要增容考虑到以后还要增容20%* 市电断电后要求延时市电断电后要求延时4h。用户要求采用。用户要求采用100Ah电池，电池，* 要求要求供电可靠性要高，电源应具备容错功能、容易维护和修理，由于机房面积供电可靠性要高，电源应具备容错功能、容易维护和修理，由于机房面积有限，尽量减小占地面积。有限，尽量减小占地面积。问应选多大的问应选多大的UPS，选什么样的，选什么样的UPS？选多大容量的备用发电？选多大容量的备用发电机机？a、200台台PC机负荷：机负荷：P1=170 20

6、0=34kVAb、2台服务器功率：台服务器功率：P2=1300 2/0.65=4000VA=4kVAc、2台交换机功率：台交换机功率：P3=220 5 2=2.2kVA 总计：总计：P=P1+P2+P3=40.2kVA 考虑到以后增容考虑到以后增容20%，还考虑到一般情况下的余量，还考虑到一般情况下的余量20%，最最后容量后容量 Po=40.2kVA （1+20%+20%）=56.3kVA考虑到考虑到“电源应具备容错功能、容易维护和修理，由于机房面积有电源应具备容错功能、容易维护和修理，由于机房面积有限，尽量减小占地面积。限，尽量减小占地面积。”宜选模块化宜选模块化UPS，并且选带有配电，并且

7、选带有配电功能的模块化功能的模块化UPS，适合此要求的一款设备影视，适合此要求的一款设备影视ARRAY系列系列中的中的3A3：*选选4+1配置，即配置，即15kVA 4+15kVA=75kVA由于由于ARRAY 3A3输入功率因数大于输入功率因数大于0.95，接近于，接近于1，不需，不需3倍倍UPS的容量，的容量，假如考虑到：允许输入电压变化假如考虑到：允许输入电压变化 20%，允许过载，允许过载20%和机器本身功耗和机器本身功耗假如是假如是5%，则发电机的功率应是：，则发电机的功率应是： P=60 kVA （1+20%+20%+5%）=87 kVA 如果选威尔信发电机如果选威尔信发电机100

8、kVA规格就足够了，前一个规格是规格就足够了，前一个规格是75kVA就太紧就太紧张了。张了。 （如果选（如果选60kVA工频机工频机6脉冲脉冲UPS，由于输入功率因数是，由于输入功率因数是0.8，就需选，就需选3倍倍的功率的功率180kVA 如果再加上输入电压变化如果再加上输入电压变化 20%，允许过载，允许过载20%和机器本身功耗假如是和机器本身功耗假如是5%，则发电机的功率应是，则发电机的功率应是P=60 kVA 3 （1+20%+20%+5%）=261 kVA，可选威尔信发电机，可选威尔信发电机270kVA规格）规格） 例：例：负载功率因数为F=0.8 功率为So=60kVA的 UPS，

9、整机效率=94%，半桥逆变器，电池电压为UB=12V20 2=480V， UPS距输入输出配电lu=50m，电池柜在底楼，UPS在8楼，距离约lb=40m，问该UPS输入、输出电缆和电池电缆应选多大截面积的规格？（已知UPS可过载到125% 10m，过载到150% 30s，允许输入电压波动15%） 解：解：1. 列出需要的数据列出需要的数据 输入功率S1=So/=64kVA,考虑到UPS过载25%和电压下调15%同时出现时的情况（如果不考虑过载50%30s的情况），总输入功率应该是： Sin=S11+（25%+15%）=89.6kVA 近似取90kVA因是三相输入，每相为30kVA 每相输入电

10、流Iin=30kVA/220V=136A 2. 由于电缆长度超过由于电缆长度超过10m，电流超过，电流超过100A，为了方便，先计算出截面积，为了方便，先计算出截面积 s1=10mm2、长度l1=10m时的电阻r1o已知：已知：导电器采用铜的电阻率 =0.0175mm2/m， 0175. 01010m)/mm0175. 0(slr2111 那么100m长，截面积s1=10mm2的电阻就是R1=0.0175100=1.753. 根据输入电压允许在电缆上的压降求电缆截面积根据输入电压允许在电缆上的压降求电缆截面积sin， 设允许在电缆上的压降为5%，即220V 5%=11V。因UPS机配电柜50m

11、，来回就是100m，即这100m的电阻应该是：Rin=11V/136A=0.0809 10mm2电缆的根数 nin=1.75/0.080921.6 根， 因此可取因此可取220mm2三芯电缆三芯电缆 如果如果UPS据配电柜只有据配电柜只有5m，那么电缆的截面积就可取，那么电缆的截面积就可取22mm24. 根据输出电压允许在电缆上的压降求电缆截面积根据输出电压允许在电缆上的压降求电缆截面积so 因输出功率为60kVA，过载25%时的功率S=60kVA（1+25%）=75kVA输出电流： Io=75kVA/3/220V=114A，如果也设设允许在电缆上的压降为5%，即220V 5%=11V， 即这

12、100m的电阻应该是：Ro=11V/114A=0.0965 10mm2电缆的根数 nin=1.75/0.0965=18根 因此可取因此可取180mm2三芯电缆三芯电缆 如果如果UPS据配电柜只有据配电柜只有5m，那么电缆的截面积就可取，那么电缆的截面积就可取18mm2 5.计算电池连线截面积计算电池连线截面积 设电池放电时逆变器的效率为设电池放电时逆变器的效率为96%，电池电压的截止值为，电池电压的截止值为 Umin=1.75V 6 20 2=420V，设允许线路压降2V，此时放电电流 UPS在8楼，距离约lb=40m，来回80m，那么80m长，截面积s1=10mm2的电阻就是R1=0.017

13、580=1.4，而此时线路电阻要求： Rr=2V/120A=0.0143 ，那么电池电缆s1=10mm2的根数就是： nb= 1.4 /0.0143 =98根！根！ 就是就是980mm2！如果用一根如果用一根s1=10mm2的电缆，线路压降就会变成： U= 1.4120A=168V！ 用用100mm2就会使就会使线路压降就会变成16.8V说明：说明： 电池连线不能远离电池连线不能远离UPS主机，否则就会使电池的后备时间大打折扣；如果要求折扣打主机，否则就会使电池的后备时间大打折扣；如果要求折扣打得小，就必须极大的将电缆截面积扩大，使材料和施工费用增加很多。得小，就必须极大的将电缆截面积扩大，使

14、材料和施工费用增加很多。120A42095. 08 . 060kVAdI 40m（往返80m） 2V 980mm2 4m （往返8m） 2V 98mm2 2m （往返4m） 2V 49mm2 0.5m（往返1m） 2V 25mm2 UPS与电池柜并肩Rn=1-(1-rn-2) (1-r)2=0.999994145电磁干扰（EMI）形成电磁干扰的三个要素：形成电磁干扰的三个要素： 干扰源，被干扰对象，传输途径干扰源，被干扰对象，传输途径根据电磁感应根据电磁感应,趋肤效应趋肤效应,电磁震荡与电磁波传播等基本物理电磁震荡与电磁波传播等基本物理规律可知规律可知,电磁物理量随时间变化越快电磁物理量随时间

15、变化越快,越容易感生越容易感生EMI;频率越频率越高越容易产生辐射高越容易产生辐射;电磁场强度与与距离的平方成反比电磁场强度与与距离的平方成反比;一些一些灵敏度高的未屏蔽电路容易产生耦合等等灵敏度高的未屏蔽电路容易产生耦合等等,分析分析EMI日益严日益严重的原因可以归纳为重的原因可以归纳为:1、高频高功率化、高频高功率化2、高速数字化、高速数字化3、高密度组装、高密度组装4、低电压化、低电压化5、频点密度提高，频带加宽、频点密度提高，频带加宽6、移动化趋势、移动化趋势o 电磁干扰的分类：低频、中频、高频、甚高频电磁干扰的分类：低频、中频、高频、甚高频(按频段粗分按频段粗分)低频：低频：02KH

16、z ，特性：产生谐波。，特性：产生谐波。中频：中频：2KHz150KHz,特性：产生电压波动与闪烁；特性：产生电压波动与闪烁；高频：高频：150kHz30MHz,特性：传导发射。特性：传导发射。甚高频：甚高频：30MHz以上，特性：辐射发射。以上，特性：辐射发射。o 国际电工委员会（ IEC ）对此作了统一规定，称为 TT 系统、 TN 系统、 IT 系统。其中 TN 系统又分为 TN-C 、 TN-S 、 TN-C-S 系统。下面内容就是对各种供电系统做一个扼要的介绍。o TN系统（分为TN-S、TN-C、TN-C-S三种）o TT系统o IT系统1、接地系统介绍：说明：o第一个字母表示电源

17、端与地的关系nT（法文Terre）电源端有一点直接接地；nI（法文Isoland）电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。o第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系nT（法文Terre）电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点；nN（法文 Neutre）电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。o短横线后的字母用来表示中性导体与保护导体的组合情况nS（法文Separateur）中性导体和保护导体是分开的；nC（法文Combinaison）中性导体和保护导体是合一TN-S系统：系统：L2L3L1NLPE电源端接地点设备设备外露可导电部分TN

18、-C系统：系统：L2L3L1LPEN电源端接地点设备设备外露可导电部分TN-C-S系统：系统：L2LL1LN电源端接地点设备设备外露可导电部分L2L3L1LPENPE外露可导电部分TT系统：系统：L2L3L1LN电源端接地点设备设备外露可导电部分IT系统：系统：L2L3L1L电 源 端 不 接 地 或 通 过 阻 抗 接 地设 备设 备外 露 可 导 电 部 分UPS接地的几个典型方案：单机不隔离系统UPS接地的几个典型方案：单机旁路隔离系统UPS接地的几个典型方案：单机不隔离系统PPCUPS接地的几个典型方案：单机无输入零线系统UPS接地的几个典型方案：并机系统l注意：在标准规定的条件下，不

19、得随意改变配电系统原有的接地类型（采用隔离、分立系统等措施除外）。接地技术-接地的方式单点接地接地技术-接地的方式多点接地接地技术-接地的方式混合接地接地技术o搭接方法搭接方法:o 1、永久搭接：热熔焊接、永久搭接：热熔焊接o 2、直接压接：压力在、直接压接：压力在830010300kpa;截面积大于截面积大于 o 650mm2的搭接电阻小于的搭接电阻小于0.5毫欧。毫欧。o 3、金属表面涂导电涂料后压接，一般在几毫欧，但大于、金属表面涂导电涂料后压接，一般在几毫欧，但大于1MHz时动态电时动态电阻超过阻超过1欧姆。欧姆。搭接：搭接： 电阻为电阻为0.5毫欧。（毫欧。（50Hz） 电感：电感：

20、25uH, 频率直频率直20MHz,搭接电阻为搭接电阻为80毫欧毫欧搭接条应短而宽，长宽比一般为搭接条应短而宽，长宽比一般为3倍。搭接施工应做防腐处理。搭接应采用倍。搭接施工应做防腐处理。搭接应采用同种金属，不同金属搭接应使用不同金属的过度带再搭接。同种金属，不同金属搭接应使用不同金属的过度带再搭接。接地系统设计电子设备的地线处理应注意的问题：电子设备的地线处理应注意的问题：o一、正确选择一点接地和多点接地，频率低于一、正确选择一点接地和多点接地，频率低于1MHz时应采用时应采用一点接地，频率在一点接地，频率在1MHz10MHz时，如果采用一点接地，时，如果采用一点接地，地线长度不应超过波长的

21、地线长度不应超过波长的1/20。否则采用多点接地，也可采。否则采用多点接地，也可采用并联单点接地，频率高于用并联单点接地，频率高于10MHZ时，宜采用多点接地，原时，宜采用多点接地，原则是就近接地。则是就近接地。o二、屏蔽导线或屏蔽地线应在输入端一端接地，或接地点是放二、屏蔽导线或屏蔽地线应在输入端一端接地，或接地点是放大器公共端或信号源公共端。大器公共端或信号源公共端。o三、负载的地线和交流地线上流过的电流很大时，对这些大电三、负载的地线和交流地线上流过的电流很大时，对这些大电流的地线必须与信号地线分开设置，同时对大电流的地线一定流的地线必须与信号地线分开设置，同时对大电流的地线一定要考虑阻

22、抗。一般垂直主干宜采用阻燃铜芯屏蔽电缆，屏蔽层要考虑阻抗。一般垂直主干宜采用阻燃铜芯屏蔽电缆，屏蔽层360始端接始端接“地理地地理地”，水平采用汇流排或铜芯电缆，截面，水平采用汇流排或铜芯电缆，截面积不应小于积不应小于35平方毫米，与电子设备相连接的绝缘铜芯导线，平方毫米，与电子设备相连接的绝缘铜芯导线，按频率的高低设计多芯或单芯导线，长度小于按频率的高低设计多芯或单芯导线，长度小于1米。米。o四、对于不同频率考虑四、对于不同频率考虑“地理地地理地”时，应达到更优的效果。依时，应达到更优的效果。依据电磁屏蔽机理，在同一接地网中的据电磁屏蔽机理，在同一接地网中的“地理地地理地”中加入铜网和中加入

23、铜网和钢网，混合成为统一接地网，也就是我们所说的地理网。应在钢网，混合成为统一接地网，也就是我们所说的地理网。应在统一接地网中留放电间隙，用铜棒、铜缆以及匾铜带引至等电统一接地网中留放电间隙，用铜棒、铜缆以及匾铜带引至等电位排上。位排上。o五、在低频和高频共存的电子设备时，应按不同的频率分别连五、在低频和高频共存的电子设备时，应按不同的频率分别连接后，再连接到公共参考点上。接后，再连接到公共参考点上。o六、要获得一个无干扰的等电位参考面，交流电路中的返回通六、要获得一个无干扰的等电位参考面，交流电路中的返回通路（中性线）只能在一点与安全接地系统相连接。必须做到交路（中性线）只能在一点与安全接地系统相连接。必须做到交流电源线路的返回电流绝对不得流入信号参考地系统中。流电源线路的返回电流绝对不得流入信号参考地系统中。o七、为减少电感效应，将电子设备尽可能通过多点与信号参考七、为减少电感效应，将电子设备尽可能通过多点与信号参考地连接。这样可为高频干扰提供多个并联对地通路。欧姆定律地连接。这样可为高频干扰提供多个并联对地通路。欧姆定律提示我们并联通路越多，对地阻抗越小。提示我们并联通路越多，对地阻抗越小。同位体地线案例介绍O 输入浪涌幅度输入浪涌幅度 第一级抑制後第一