数据中心机房建设项目供配电及照明系统设计方案.doc

数据中心机房建设项目供配电及照明系统设计方案1.1 机房UPS容量计算AAAAAA数据中心机房设备有：未来预计250台服务器，若干交换机等网络设备，实额定功率：服务器500瓦/台，外加网络交换机等。根据经验计算，运行功率约为额定功率的50%，机房UPS的用电量约为：60KW。1.2 UPS系统l 鉴于贵司对电源的高质量要求，只能配置带有冗余性质的高可靠电源。用户重要负载由具有冗余和扩容功能的英飞系统供电，这样会大大增加整个系统的可靠性。l 鉴于贵司的负载增加是分阶段、逐步增加的，我们没有必要一次配置很大的UPS，这样既要求UPS有一定的扩展能力，又要求UPS有冗余度。本套UPS最适合贵司现状的特点就是,它可以根据用户的实际负载量的增长, 边增长边扩容，可以按每16KV一个模块需求来配置,最大到160KVA,而且具有N+1冗余系统。目前可以根据实际需要的负载量配置就足够了，以后每次增加负载，再可以增加模块来扩容UPS的容量。l 统计整个机房的负载量，机房现有负载60KVA，在未来几年内最多增加一倍，即配置新的UPS最大容量可选择到160KVAl UPS解决方案：鉴于上述用户需求，推荐使用APC PX160KVA/80KVA UPS（后期可扩展到总功率160KVA/160KW，电池配置后备时间2小时。因此我们选用APC公司新型Symmetra PX 160KVA 系列电源，每个功率模块的功率为16KVA /16KW。根据要求，功率定为160KVA N+1冗余输出。既安装10个功率模块，并联冗余输出，均分负载，形成9+1冗余。由于用户的真实负载可能为6080KW，因此实际上5个功率模块64KW即可满足负载需求，也就是说实际上形成了N+1冗余，坏掉1个功率模块系统也能正常工作。1.3 机房配电系统1.3.1 设计分析主路空气开关为250A/3P，物业提供一路250A容量的电源分两路输出，一路提供UPS设备电源供应，一路电源提供机房动力配电使用。物业提供电源接至机房内相应主配电柜PDU-1，PDU-1提供给3台UPS供电及精密空调及照明等动力配电使用。两台40KVA UPS输出柜为PDU-2， PDU-2布线到机柜提供机房设备的供电，一台20KVA UPS输出柜为PDU-3，PDU-3输出到办公区使用UPS电源工位。1.3.2 计算机系统供电流程1) PDU-1输出以三相五线制方式输出到2台40 KVA UPS及1台20KVA UPS机组；2) PDU-2为两台40KVA UPS输出柜，分别布线到设备机柜；3) PDU-3为一台20KVA UPS输出柜，布线到办公区相关工位；4) UPS系统提供机房应急照明灯。5) UPS系统提供门禁、监控等弱电系统供电。1.3.3 动力及照明供电流程PDU-1提供精密空调机组、机房照明、新风机及排烟机等动力及照明设备的供电。1.4 配电设计1.4.1 本工程电力负荷计算 机房区IT弱电设备负荷：5个16KW/KVA功率模块APC UPS(64KW（N+1）)。 空调设备负荷容量见下表序号空调型号功率（KW)数量合计(KW)备注1Q14UW19.88219.88全冗余2P08UW15.58115.58合计35.46 照明功率约为1.3KW 新风机、排烟风机功率为8KW 冷凝水排放5KW 弱电系统5KW总计容量（理论最大容量）为120KVA，电流约200A。照明为分组组合供电方式水平照度按400LX设计，采用机房专用无眩光灯具。IT机柜采用终端盒接入电源或采用电源插件接入电源。1.4.2 供配电系统容量冗余考虑本工程安装的配电柜的开关容量、数量和电源线、缆，其输送电流能力等均预留了一倍以上的发展余量；1.4.3 对线缆及其绝缘层及布放的技术要求 主要线缆采用阻燃线缆，最小截面不小于1.5mm2； 除照明线路之外，一律在金属桥架、钢管内布放； UPS输出线缆不与其他动力线缆同放在同一桥架、钢管内； 电力管线与弱电系统的电源线、信息线路不可长距离平行布放。 监控系统信号电缆单独敷设管道。1.5 机房防雷接地系统1.5.1 防雷原理雷击是年复一年的严重自然灾害之一。随着我国现代化建设的不断提高，通信设备越来越多，规模越来越大。一方面大型电子计算机网络，程控交换机组等系统设备耐过电流，耐雷电压的水平越来越低，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频频发生。据统计，雷电对电子设备的损坏占设备损坏因素的比例高达26%，防雷过电压已成为具有时代特点的一项迫切要求。一、雷击的分类雷击一般分为直击雷击和感应雷击。直击雷击指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用，直接摧毁建筑物，构筑物以及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应，有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。感应雷击（又称二次雷击）指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备。感应雷击对微电子设备，特别是通讯设备和电子计算机网络系统的危害最大，据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷引起的。另外还有操作过电压，即是指当电流在导体上流动时，会产生磁场储存能量，当负载（特别是电感性大的负载）电器设备开关时，会产生瞬时过电压，操作过电压同感应雷击一样，可以间接损坏微电子设备。二、雷电防护区的划分按照IEC1312-1及GB50057-94要求，应将要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。各区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。防雷区宜按以下分区：1、LPZ OA区：直击雷非防护区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁场没有衰减。2、LPZ OB区：直击雷防护区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区内的电磁场没有衰减。3、LPZ 1区：屏蔽防护区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ OB更小；本区内的电磁场可能衰减，这取决于屏蔽措施。4、LPZ 2区等：后续防雷区，当需要进一步减小导入的电流和电磁场时，应引入后续雷区，并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。通常，防雷区的数越高电磁环境的参数越低。在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物做等电位连接，并宜采用屏蔽措施。1.5.2 设计依据依据国际电工委员会IEC标准、法国NFC标准、德国VDE标准和中国GB标准与部委颁发的设计规范的要求，大楼和大楼内之计算机房、程控机机房等设备都必须有完整完善之防浪涌保护措施，保证该系统能正常运作。这包括电源供电系统、不间断供电系统，电脑网络、卫星通信设备等装置，均应有SPD防护装置保护。设计依据包括有：建筑物防雷设计规范 GB50057-94 电子计算机房设计规范 GB50174-93防雷器材指标要求 GB11032-89雷电电磁脉冲的防护 IEC1312-3电器装置安装工作盒接地装置施工及验收规范GB50169-92计算机信息系统防雷保安器 GA473-1998通讯系统过电压过电流防护技术要求YD/T695-93 GB9361-88 计算机信息系统防雷保安器行业标准 GA173-1998通讯局（站）雷电过电压保护工程设计规范行业标准YD/T5098-2001民用建筑电气设计规范行业标准 JGJ/T16-92等电位连接安装图集02D501-2利用建筑物金属体做防雷与接地装置安装图集03D501-3建筑物防雷设施安装图集03D501-3贵校防雷需求及现场勘探情况1.5.3 总体设计方案一、方案设计原则严格按照国标、部颁标准以及相关的国际标准实施防雷工程。根据电子及电气设备的不同功能及保护程度确定防护要点，作分类保护。在做好系统防雷的基础上，达到最大节约资金的目的。二、常见雷击原因分析一般情况下，某种设备与外界的联系可分为三种（如下图），电源线、信号线及设备地线，因而，无论浪涌过电压产生的形式如何，其最终会通过这三个途径中一种或几种对设备放电，造成设备损坏。因此对于任何一个需要保护的空间内的设备，只要截断该需要保护的空间与外界浪涌过电压的途径，即可达到防护的要求。因此，设备因雷击损坏，其损坏的原因可归纳为两点：线路传导过电压及地电位反击。三、沿线路传导的过电压的防护A、线路传导过电压的形成线路传导过电压的形成可分为二种：雷电磁场感应电感、电容性负载的起动近点雷电磁场感应是近年通信系统设备损坏的主要途径。当建筑物遭受雷击或在建筑物近旁发生雷击时，强大的脉冲电流会在周围空间产生交变磁场(以雷电中心1.5km-2km的范围内都可产生危险的过电压)，处于磁场中的导体因此而感应出高电压，沿线路产生的过电压窜入设备，造成设备损坏。其形成过程如下。电感或电容性负载起动，即通常所说的开关操作过电压。电压在极短的时间内发生瞬变，电压时间特性曲线的陡度(du/dt)较高，形成幅值较高的脉冲电压加载在供电线路上，沿线路窜入设备，造成设备损坏。其形成原理如下图。当U0取值为24V时，适当的L与CS，加载在设备上端的脉冲电压幅值即可达4000V，这远远超过了脆弱电子设备的耐受能力。B、线路传导过电压的防护根据传导过电压形成的三种方式及其传播途径，对于通信设备其防雷保护可从两个方面进行考虑：电源线路过电压防护。根据IEC防雷分区原理及机房的特殊性，其供电线路过电压的防护可采用三级防雷保护来实现。第一级电源防雷器一般采用通过级分类测试实验的SPD，第二级可采用限压型SPD，限压型防雷器其核心原器件为压敏电阻，压敏电阻具有通流量较大（国内外压敏电阻一般情况下其最大通流量为40KA），低残压的特点。通信线路过电压防护为达到对设备的有效保护，依据IEC防雷分区原理信号部分也可采用多级保护方式将雷电流幅值降到设备耐受能力范围内。在LPZ0与LPZ1的交界处进行粗级防雷保护；在LPZ1与LPZ2的交界处，采用精细保护防雷器。四、地电位反击根据GB50057-94（2000版）第6.3.4条“全部的雷电流的50%流入建筑物防雷装置的接地装置，其另50%分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线等设备”。电流分配图如下：从图中可以看出当建筑物遭受雷击时，约有50%的雷电流通过建筑物的地网泄入大地，另外约有50%的雷电流通过与等电位连接带相连的接地导线进入设备，因此当雷击发生时，地网电位被抬升，与汇流排相连的设备外壳的地电位也随之升高，进入设备通信线的低电位与机架或地线之间的高电位存在高电位差而发生反击放电，从而使电子设备损坏（地电位反击过程见下图）。五、现场勘探情况及分析据气象资料表明XX地区年平均雷暴日为82天，已被划为多雷区（小于15为少雷区，15-40为中雷区，40-90为多雷区，90以上为强雷区）。六、具体方案1. 在电源室主配电柜配电主控开下口处安装OBOV25B+C/3+NEP电源第一,二级合一避雷器一套。技术参数如下：特性一览表 V 25-B+C使用优点带标志端子,安装简便可以应付频繁的电涌电流的冲击B+C联合保护器，应用于建筑物整体空间较小的场合只在总配电柜内安装一套保护器可插拔式部件保护器模块损坏后可以带电插拔更换内部连接的保护器底座，1到4片的底座及模块数容易安装热感断路器和视窗指示装置对保护器的工作状态一目了然带NPE火花间隙模块的保护器使用范围广（适用于TN、TT和IT电网），结构更安全V 25-B+C/NPE 具有反向插入保护保证保护器模块简单、专业的安装功能和应用领域雷电浪涌保护器V 25-B+C依据VDE 0185,Part 1和Part 100的要求，而设计的一种雷电保护等电位连接器。该装置是符合DIN VDE 0675,Part 6(Draft 11.89)A1,A2等级为B+C级保护器的要求。在建筑物雷电保护安装工程中，它保证了电源线上的等电位连接。当电源线架空引入建筑物时，架空线可能会引入部分直接雷击雷电流，在此种建筑物电源架空引入的线路上，该保护器也可应用。V 25-B+C/3+NPE（B+C等级）可用于TN-C-S，TN-S，TT和IT系统中特别的浪涌保护器。该保护器是根据DIN VDE 0100,Part 534/A1的最新需求设计而来的，允许成对保护器简单、安全的安装。高性能浪涌保护器OBO V 25-B+C有一个特别的压敏电阻电路，装置内含良好非线性特性（>30）的氧化锌压敏。即使电路出现高能电涌，设备也能得到最大程度的保护。甚至当电涌电流达到60 kA时，保护器的电压仍低于1.5 kV。因此，该保护器能够承受直击雷的部分雷电流。在过载情况下，保护器内置的热感断路器可以将保护器模块从主电路中脱离出来，保证供电系统正常工作，与此同时状态显示视窗由绿色变为红色。OBO电涌保护器V 25-B+C不仅能承受高通流容量的雷电流，同时具有低的保护电压的特性，能够作为一个B+C联合保护器使用。安装OBO V 25-B+C能够容易地安装于任何配电箱或者开关箱内的35 mm导轨上。NPE保护模块C 25-B+C/NPE和底座之间的巧妙设计，使模块不能被反向插入。这保证了保护器模块的正确安装。技术参数B+C登记电涌保护器型号V 25-B+C150320385最大持续操作电压 UC AC（最大允许操作电压） UC DC 150 V200 V 330 V410 V 385 V505 V雷电保护区02等级按照DIN VDE 0675 Part 6（Draft 11.89）A1,A2按照IEC 61643-1 B+C级级 测试标准IEC 61643-1,prEN 61643-1,E DIN VDE 0675-6:1989-11 and Part 6/A1 按照DIN VDE 0675 Part 6 A1+A2的测试电流标称放电电流 In（8/20） 30 kA 整体最大放电电流 Imax（8/20）V 25-B+C/1 V 25-B+C/2 V 25-B+C/3 V 25-B+C/4 50 kA100 kA 150 kA 200 kA 最大放电浪涌电流（8/80）根据Vds 2031V 25-B+C/4 Imax 100 kA 电涌电压测试（10/350）（按照IEC 61312-1(02.95)设定的雷电流参数）脉冲电流 Iimp电量 Q单位能量 W/R8 kA4 As16 kJ/ 7 kA3.5 As12 kJ/ 7 kA3.5 As12 kJ/ 1 kA(8/20)时的电压保护水平 Up5 kA(8/20)时 UpIn时 Up 450 V500 V600 V 750 V850 V1150 V1.0 kV1.2 kV1.5 kV响应时间 TA<25 ns短路耐受能力25 kA时的最大后备保险丝60 A gl/gG连接线橫截面积2.5-25 mm2（多股软线，连接端加护套）2.5-35 mm2（单股、多股线） 安装位置35 mm导轨（符合EN 50022）Ip等级IP 20温度范围 -40到+85模块NPE标称电压 UNC 25-B+C/NPE230 V/50-60 HZ100 V下的绝缘电阻 Rins浪涌电压测试（10/350）根据IEC 61312-1(02.95)规定的雷电参数峰值电流 Iimp电量 Q单位能量 W/R标称放电电流 In（8/20）电压保护水平 Up响应时间 tAUC下的后续电流 IF温度范围 >10 G25 kA12.5 As160 kJ/50 kA<1.2 kV<100 ns100 Arms-40到+85保留技术更改权构图尺寸图V 25-B+C /3V 25-B+C /4V 25-B+C /3+NPE V 25-B+C /4-G2. 在重要网络设备的进线出安装网络信号防雷器RJ45S-E100/4-F技术参数如下：以太网信号线浪涌保护器技术参数型号RJ45S-E100/4-BRJ45S-E100/4-CRJ45S-E100/4-FRJ45S-ATM/8-F测试范围0 20 31 31 3接口/保护脚RJ45/STP 4线RJ45/STP 4线RJ45/STP 4线RJ45/STP 4线最大放电电流/每线线-地线-线1.5KA/2.5KA1.5KA/2.5KA-/-/-综合保护线-地线-线7.5KA/7.5KA7.5KA/7.5KA7.5KA/0.5KA5KA/0.25KA精细保护线-地线-线7.5KA/7.5KA7.5KA/7.5KA7.5KA/0.5KA5KA/0.25KA额定工作电压 VN110V5V5V5V动作电压 VP180V6.5V6.5V6.5V在IN下的保护水平电压线-地/ 线-线 VP<800/<500<800/<50<800/<50<800/<50插入损耗（36KHEF) DB0.3532.5最大传输率 HE155M70M100M155M串接电阻-/-4.7-/-/-基本保护 LPZ 0LPZ 2 基本保护级，安装于数据线在LPZ 0-2区间内特征：RJ45接口类型 容易安装可选DLS-BS组件安装于35mm导轨上综合保护LPZ 0LPZ 3综合保护级，安装于数据线在LPZ 0-3区间内特征：RJ45接口类型 容易安装可选DLS-BS组件安装于35mm导轨上中等 +精细保护LPZ 1LPZ 3中等+精细保护级，安装于数据线在LPZ-1-3区间内特征：RJ45接口类型 容易安装可选DLS-BS组件安装于35mm导轨上中等+精细保护LPZ 1LPZ 3中等+精细保护级，安装于数据线在LPZ 2-3区间内 特征：RJ45接口类型 容易安装可选DLS-BS组件安装于35mm导轨上3. 等电位处理在主机房，监控机房制作一均压环,供设备、金属管道、金属接线盒等接地用。均压环采用30mm3紫铜带安装在静电地板下排成环形格，通过绝缘端子与地面相连，铜带的交叉点处用锡焊焊牢，铜带网接至机房接地上。其上加工出间距35的螺孔，便于设备接地。机房所有金属导体外壳均应用6mm2接地线以最短的距离和均压环相连。使机房内所有设备处于等电位状态，均压环两侧与建筑物主钢筋相连，并与机房专用地线相连，形成联合接地。接地阻值小于1欧姆。 建筑物本身以及直接进入建筑物的管线的等电位连接不在本项目范围内。