机房电气设计工程.docx

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机房电气设计工程

机房电气工程

第一节机房供电概述及系统设计

一、机房供电概述

智能建筑中的机房用电，如计算机机房、数据中心、网络机房、消防和安防控制室、楼宇自控室、卫星电视前端机房、电梯机房用电，都属于一级负荷，要有确切的保障措施。

有些数据传输系统是不允断电的，需UPS电源支持，否则，若发生断电事故，会造成重大经济损失或数据丢失。

因此，电源保障和供电可靠性在智能建筑的机房建设中显得格外重要。

城市智能建筑中的电源主要来自城市电力网。

依据当地供电部门提供的外线供电案，在建筑设计的10kV变电所，一般采用的电力主接线是两路独立10kV进线电源，两段高压母线分列运行，设母联开关（或不设），经干式变压器接至低压配电柜，再用封闭母线沿强电竖进，以树状供电式，向楼各层馈电。

群楼及地下各层的大型用电设备，用干线电缆，以放射供电式，直接供给用电设备。

根据需要，在适当的地配备应急柴油发电机组，当两路10kV外线电源均失压后，柴油发电机组自启动，并投入低压母线，有选择的供应一级负荷用电。

整个低压配电采用TN－－S接地系统。

【TN-S接地系统（三相五线制供电接地系统）该供电接地系统在建筑总配电处将零线（N）和保护接地（PE）线重复接地，之后PE线和N线格分离，不混接。

其优点是PE线在正常情况下没有电流通过，因此不会对接在PE线上的其它设备产生电磁干扰。

此外，由于N线与PE线分开，N线断线也不会影响PE线的保护作用。

缺点是耗用的导电材料较多，投资较大。

】

一个完善的机房供配电系统是保证计算机设备、场地设备和辅助用电设备可靠运行的基本条件。

高品质的机房供电系统体现在：

无断电故障、高容错；在不影响负载运行的情况下可进行在线维护；有防雷、防火、防水等功能。

机房供电设计包括负荷等级和额定容量的确定、电源的可靠性设计、防雷和接地技术措施等。

（一）遵守技术规

由于《电子信息系统机房设计规》修改和审定中。

目前，经常采用的规如下：

GB50174－1993《电子计算机机房设计规》

SJ╱T30003－1993《电子计算机机房施工及验收规》

GB╱T2887－2000《电子计算机场地通用规》

GB50052－1995《供配电系统设计规》

GB50054－1995《低压配电系统设计规》

GB50034－2004《建筑照明设计规》

JGJ╱T16－1992《民用建筑电气设计规》

GB50057－1994（2000）《建筑物防雷设计规》

GB50116－1998《火灾自动报警系统设计规》

GB50166－1992《火灾自动报警系统施工及验收规》

GB50045－1995（2001）《高层民用建筑设计防火规》

GB╱T50314－2000《智能建筑设计标准》

GB50339－2003《智能建筑工程质量验收规》

上述技术规将机房在不同系统和围的供配电需求容明确了要求，例如：

依据《电子计算机场地通用规》、《低压配电设计规》的规定，计算机机房供电系统根据计算机的性能、用途和运行式（联网与否）等情况，划分为A、B、C三级，见表。

表：

计算机机房供电系统

项目

A

B

C

稳态电压偏移围（%）

－5～＋5

－10～＋10

－15～＋10

稳态频率偏移围（Hz）

±0.2

±0.5

±1

电压波形畸变率（%）

5

7

10

允断电持续时间（ms）

0～4

4～200

200～1500

在智能建筑工程中，较为重要又有一定规模的计算机机房，一般都按A级设计案。

（二）负荷等级和额定容量

依据计算机的用途和性质以及负荷分级的规定，采取相应的供电技术：

对于一级负荷采用一类供电，重要机房供电属于一级负荷，按一级负荷的供电要求，必须保证两个以上独立的电源点供电，采用采用两条专用干线引进，两路独立电源在末端互投，建立不停电系统，而且要保证供电的质量；对于二级负荷采用二类供电，建立带备用的供电系统；对于三级负荷采用三类供电，按一般用户供电考虑。

机房用电系统要求提供的电源额定容量一般以两种式给出：

（1）确定机房用电系统的总功率大小或机房用电系统的总电流。

这是选取电力设备、总断路器、供电电缆、机房的总发热量以及精密空调时都必需考虑的问题。

通常供电总功率应留有不少于25%的余量。

（2）确定各机柜、分机、设备等所要求的工作电流。

这对设计计算机机房的配电柜、选取合适的传输导线和分路开关也是必需的。

针对电气设备额定电流，在整定总断路器和分路开关时要注意电气设备的启动电流值。

在进行案设计时，有些经验数据可供估算时参考，如：

1）UPS功率：

主机房可按350W～400W╱m2计算；照明用电可按15W～20W╱m2计算。

2）空调机电功率要根据机房制冷量考虑。

主机房制冷量按400W╱m2计算，辅助机房制冷量按300W╱m2计算，然后再根据电气设备不同的效率和换算系数，确定空调系统用电负荷量。

（三）电源的可靠性

我国的低压供电系统采用的是三相四线制，相电压为220V，线电压为380V。

计算机系统一般要求三相五线制，即三根相线、一根零线、一根地线，地线单独接地，不与零线共地。

在同一个计算机供电系统中，送给各部分负荷的电压可以有220V和380V。

重要机房，包括计算机机房、网络机房、消防和安防控制室、楼宇自控室、卫星电视前端机房、通信（模块局）机房、消防电梯机房等的供电，应采用双路电源末端互投，其配电柜（箱），需敷设专用线路。

计算机网络机房的双电源末端自投电源质量应按照A级标准进行设计和施工，即采用三相五线和单相三线制，在稳态下，应达到电压为380（1±2%）V［220（1±2%）V］、频率为（50±0.2）Hz、波形失真不大于5%、瞬时断电时间小于4ms，并且根据用电设备对供电的要求，增加UPS不间断电源。

消防泵房、排烟设备机房、应急照明配电箱、专用空调等也应按双电源末端自投设计，其供电容量、配电柜（箱）的总开关截流量，除满足现有用电之外，应留有一定余量，各柜（箱）也应留出一定数量的备用出线回路。

火灾自动报警系统除主电源外，还应配备直流备用电源。

火灾自动报警系统的主电源开关，不应采用漏电保护。

安防系统的前端摄像机由安防中心专线集中供电。

距离太远的亦可就近供电，但电源的通／断控制需由安防中心操作。

当电压波动超出＋5%～－10%时，设稳压电源装置，其标称功率不得小于系统使用功率的1.5倍。

其余的电源技术指标，应符合GB50174－1996《电子计算机机房设计规》的要求。

（四）防雷和接地

接地极的接地电阻，当系统采用联合接地时，R≤1Ω（北京地区可按0.5Ω考虑）采用单独接地时，R≤4Ω。

在总配电室要做总等电位连接，各楼层的智能化系统设备机房、楼层弱电间、楼层配电间的接地，采用局部等电位联接。

贯穿弱电竖井的接地干线，应当是镀锌扁钢，截面尺寸不小于40mm×4mm，如果竖井放置有源HUB机柜，则弱电竖井的尺寸应适当加大，并配AC（220V，50Hz）电源。

机房的重要设备和配电柜（箱），必须按GB50057－1994（2000年版）《建筑物防雷设计规》6.4的规定设计防雷击电磁脉冲的措施，并安装SPD电涌保护器、做好等电位连接。

二、机房供电系统设计

机房在智能建筑中的重要性确定了安全、可靠是供配电系统设计的关键出发点。

由于机房的供配电系统、照明、设备防雷、机房接地、UPS不间断电源等与一般的强电设计有所不同，又与弱电专业的十几个子系统密切相关。

因此，它们处于强、弱电专业设计分工的接合部。

有两种专业技术规在这些界面上，有些规定也不十分明确，带来的问题是：

机房各子系统的设计深度差距较大；几个主要弱电机房预留的位置不合适，面积过大或偏小；弱电竖井中遗漏接地干线和电源插座；UPS电源容量、支持时间长短不一；UPS电源供电式是采用集中式还是分散式不能确定子系统的供电和接地式不规等。

一部分设计文件中，还经常发现有文字说明描述不清楚、系统图和平面图五花八门、图形符号不按现行制图标准绘制等问题。

工程建设，设计先行。

要克服上述问题，除了遵守规以外，熟悉机房供电设计的特点也十分必要。

（一）机房常用的供电式

（1）直接供电。

将变电所送来的工频交流电直接送给计算机设备配电柜，然后再分配给计算机设备。

直接供电式具有设备少、投资运行费用低、供电简单、维修便等优点。

缺点是对电网质量要求高，容易受电网及负载变化的影响。

一般来说，大中城市的供电系统可以满足主机及外围设备对电网质量的要求，但设计时要注意避免机房附近有较大负载的启动、电磁干扰等情况。

（2）隔离供电。

在交流进线后面加一个隔离变压器，然后再送给计算机。

隔离变压器的一次侧和二次侧之间均加屏蔽层，并各引出一个抽头与一次侧、二次侧的零线连接，再经耦全电容接地，对电网瞬变干扰有隔离和衰减的作用。

（3）交流稳压器供电。

50Hz的工频电源经交流稳压器后，再供计算机使用，可以衰减多暂态冲击、幅度波动和电压脉冲，但无法纠正电源频率波动。

（4）发电机组供电。

某些电网电压不稳定时或在特定环境下，需要外电网交流输入，经整流后驱支直流电机，再带动发电机产生交流输出。

若电网停电，可利用蓄电池提供直流驱动，满足一段时间不停电的需求。

通过测速电机和惯性飞轮等装置调整输入／输出电流，使输出电压和频率不随电网的波动而变化。

（5）不间断电源（UPS）供电。

由于采用了脉宽调频技术、高效功率器件的成熟、微处理器的发展等因素，不间断电源已经成为计算机机房供电的主要手段。

不间断电源最大的特点在于不间断性，而且能最大限度地提供稳定电压，隔离外电网的干扰。

外电网一旦停电，UPS能在设备所允的极短时间（微秒到毫秒级）自动从备用能源经逆变器变换成电压、频率和相位都与原供电电源相同的电能继续向计算机供电。

或者平时由逆变器供电，只在逆变器发生故障时，由静态电子开关自动将复读机瞬时切换到外电网供电或切换到另一台与之并联的UPS上，实现不间断供电。

UPS提供的电源具有较高的电压和频率稳定性，波形失真也较小，干扰更优于外电网，是计算机系统最理想的供电式。

几乎所有的重要计算机设备都采用UPS供电。

（二）电源布置和系统设计

设计和施工必须充分了解并掌握供电对象。

充分搜集机房设备和系统的资料才能做好电源布置和系统设计，从而合理地满足机房用电需要。

机房应单设电源管理间，用符合防火要求的隔墙与弱电设备隔离，避免电源管理间噪声、蓄电池酸碱液渗漏和电气火灾等事故传播到计算机设备机房。

计算机设备机房与电源管理间中间设单扇朝电源管理间向开启的连通门，还可考虑设置玻璃观察视窗。

电源管理间应做水泥地面，为防潮、防湿可砌高0.3～0.5m的水泥平台搁置配电柜和UPS电源等。

举例说明如下：

（1）负荷统计。

某机房根据服务器群、交换机、计算机主机、精密空调、各种动力、照明等负荷的统计计算，确定在电源室安装2台300kVA全数字型UPS，构成并联冗余系统；电池采用单台30min支持时间；配电柜10台；照明箱2台。

（2）系统构成。

根据上述负荷分布状况，分别由楼两个10kV变电所不同变压器的母线出线柜上，各引两路独立的380／220V三相四线电源送至UPS配电间，其中两路为UPS配电系统的输入电源，总进线开关长延时整定800A；另两路为空调供电电源。

上述电源再由UPS配电间的输出柜，将两路UPS电源和两路空调电源，分别经两处电气竖井引至主机房配电定，再经相关输出柜配出，馈给主机房的各终端用电设备和配电照明箱等。

UPS系统的输入／输出配电柜电器元件均为进口产品。

配电柜中设置避雷设备和远程电量监控设备，以实现配电柜防浪涌、防雷击、过流保护，以及对总输入电压、电流、频率进行远程监控等功能。

总进线柜系统框图所示。

其中UPS主供：

主机设备、网络设备、保安监控设备、大屏显示、音响、消防、应急照明等。

市电主供：

空调设备、普通照明和给排风、维修插座人、一般动力等。

在考虑到大楼低压配电室与机房UPS间的距离和用电容量后，UPS和机房精密空调、应