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1、数据中心数据中心建设项目电气工程设计方案第一节 电气系统设计简介电气系统设计目标电气系统是数据中心机电系统的能量来源，几乎所有系统的运作都依赖于供电系统，它的稳定、可靠是数据中心内各系统正常运行的基本保证。为了让用户在数据中心内的设备能获得一个更加可靠的运行环境，保障业务的可持续性发展，永不中断的电源的供应是必要的条件。因此，数据中心的电气工程应该达到如下目标： 各种用电设施应按照其特性进行不同的用电等级和分区划分 供电设备应从头至尾贯彻双路供电，高冗余设计概念，达到高可用性 配电系统应具有高可维护性，可在无负面影响下进行模拟测试 具备高可管理性，便于针对不同的系统进行有效管理 数据中心总配电
2、量应留出余量，为将来数据中心增加设备使用，可扩展能力强 数据中心供电要求按照国家标准A级计算机数据中心供电质量要求：n 电压波动小于5n 频率波动小于0.2Hz/tn 电网波形失真率小于5n 三相电压不平衡度小于15第二节 电气系统整体设计理念电气系统安全性设计 整个数据中心楼由两路电缆供应市电。在进入建筑物后，这两路市电分别连接到每层两个不同的配电室，为UPS及空调各提供独立的双路市电供应。 配电室设数据中心专用UPS设备为计算机提供电力保护。 两个不同配电房间都处于不同的防火分区内，一旦任何一路配电设备发生故障导致火灾，另外一路将仍然保持正常运转。电气系统可靠性设计按照设计要求，UPS、配
3、电系统可靠性需达到99.999%以上。我们为实现电气高可靠性作出如下设计要求： 两路不同的电力供应电缆分别从不同的路径连接到用电设备，在整个输电过程中保证绝对的隔离，从而杜绝由于操作失误或其他原因发生的牵连效应，确保名副其实的双路供电。 在数据中心内的配电也将续用双路供电思路，在空间上的两个不同位置设计了两组不同的低压配电柜。这些配电设施分别负责分配两套电力供应，在到达IT设备机柜之前物理上决不合并，达到真正的高冗余、高可用性的双路供电。电气系统可维护性和在线扩展性设计 所有的用电系统都进行了等级划分。不同等级供电系统都有其相应的配电箱或配电柜进行管理，在维护、检修、控制和归档方面都将为用户提
4、供极大的便利。 每一条供电线路、每一个插座、每一个开关、每一个配电设备，我们都将在明显位置进行永久性标注，此标注能应付温度和湿度的变化。任何一个标识都能通过其颜色和代码清楚的表达其所属回路、上游设备源头、相位和位置。这样的永久性标注将使维护人员在进行检修安装的时候一目了然。电气系统模块化设计 模块化扩充的设计理念。由于每一个低压配电盘将负责一个分区的配电需求。暂时没有需要的配电盘或配电柜，我们都将预埋管线、预留空间并在上游预留扩充容量，一旦用户有扩充需求，这些配电设施都可以马上通过简单的连接完成安装，并立即投入使用。电气系统可管理性设计 数字化显示的终端配电盘设计，便于工作人员可以随时查看数据
5、。 我们还将安装高科技的环境监控系统，整个供配电系统都将连接到这个环境监控系统中，进行操作的工作人员可以通过内部网络随时了解设备的情况和负载情况，并进行相应的适时管理。电气系统强、弱电分离设计 弱、强电分离，机房的强电和弱电线缆应分别走各自线槽。光纤主干应走封闭专用线槽，主、从线槽要求独立分开。 我们在进行布线设计的时候将对线槽用颜色进行明显的区分，提高布线工作人员的效率。电气系统预留设计 所有的配电线缆、配电柜及相应的电路，都以满足用电峰值为其设计负荷。第三节 供电方案概述一个完善的计算机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。高品质的数据中心供电系统体现在：无
6、单点故障、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。电气工程主要内容l 设计思想l 机房的供配电等级l 机房总电源计算负荷及配电系统配置l UPS配电系统及配电柜配置l 照明与事故照明配电系统设计思想供配电系统的安全、可靠是保证机房设备安全可靠运行的关键。机房设备属于一级负荷，按一级负荷的供电要求必须保证两个以上独立的电源供电。结合本工程实际情况设计如下：l 本次设计在动力配电柜内总断路器上加装带24V消防脱扣触点，在弱电配电箱内给予门禁开关为16A/1P断路器上加装带24V消防脱扣触点，在发生火灾的情况下，市电电源被切断，机房区内应急照明启动，机房区主出入口门
7、上设置应急疏散指示照明。l 电量计算说明UPS电量说明：1、2层机房共100个机柜，每个机柜平均按5KW计算，UPS总功率需要500KW，选用4台艾默生200KVA(180KW)三主一备。空调功率说明：1、2层机房精密空调7台，每台空调最大功率28kw共需要196KW。其它电量说明：维修插座、市电照明、新风机、排风机等用电约10KW。按照电气设计安全系数1.3计算，1、2层机房电源总功率不低于926KW。机房的供配电等级l 电源质量：计算机设备供配电系统提供电源的质量好坏直接影响着计算机系统的稳定性和可靠性。在GB 50174-2008电子计算机机房设计规范中对电压变动、频率变化、波形失真率均
8、有具体的分级要求（见下表）。级别项目A 级B 级C级电压波动范围2%5%-13%+7%频率波动范围0.2Hz0.5Hz1Hz波形失真率35%58%810%允许断电持续时间04MS4200MS2001500MSl 本项目中核心机房为重要计算机机房，选用A级标准进行设计。不同供电等级的资源配备为了方便更有效的管理电力系统，提高整体可靠性和高效性，建议对整个数据中心供电系统进行供电等级划分，初步划分了四类供电等级： A类供电：使用双路市电供应，双路数据中心专用UPS提供电源保护，并由双路备用发电设备提供后备电源。 B类供电：使用双路市电供应，单路数据中心专用UPS提供电源保护，并由双路备用发电设备提
9、供后备电源。 C类供电：使用双路市电供应，由双路备用发电机组提供后备电源。 D类供电：使用双路市电供应。不同用电系统的供电等级划分 重要、核心IT业务用电：负荷等级为特别重要负荷级，需要最高的可靠性保障。设计为A类供电。 数据中心空调系统用电：由于数据中心内空调系统短期中断不会造成严重影响，而且空调系统用电量较大，启动电流较高，使用UPS保障并不实际，故提供后备发电机保障。设计为C类供电。 数据中心日常维护用电：供清洁人员、维护人员的设备在数据中心内进行日常维护需要，无需后备电源保障。设计为D类供电。 数据中心消防系统：主要为气体消防设备用电、消防报警监控系统用电、消防紧急广播系统用电、消防联
10、动控制设备及数据中心消防排烟系统用电等消防设施用电。设计为A类供电。 数据中心监控、通讯系统：通讯设备、ECC监控区、门禁、报警、闭路监控、场地设备监控、网络监控、KVM系统等均为数据中心的安全运行保障，也是用户对数据中心进行有效操作和监控的基础。负荷等级为特别重要负荷级，需要最高的可靠性保障。设计为A类供电。 常规照明用电：80的灯具采用普通照明供电，允许暂时照明中断，在后备发电设备正常运行后恢复。设计为C类供电。 应急照明用电：20的照明设备将采用应急照明供电，主要保障主数据中心、中控室、操作间、配电间、柴油发电机室、UPS室、运输通道等区域在市电中断时不至于完全失去照明，避免混乱情况的发
11、生。设计为B类供电。表4-2第四节 UPS系统本次设计UPS系统供电范围包括机房区域内计算机等设备，包括计算机主机、存储设备、服务器、网络设备、通讯设备和测试区的设备等。其它区域采用市电供电。机房内消防、门禁、报警、闭路监控、场地设备监控、应急照明等各种监控、安全系统也由UPS电源供电。一期工程中，44组机柜用电量为220KW，为保证用电安全，应采用N+1系统，因此应选用3台同UPS并机系统。第五节 动力配电系统动力配电范围市电配电系统的供电范围是：空调设备、普通照明、通排风、维修插座、一般动力等。各项用电分配要尽量均衡。空调系统电力供应空调系统的供电由专门的空调系统配电柜提供，这是为了避免空
12、调在启动和关闭的时候对其它回路造成的冲击。空调系统采用的供电回路同样是双路供电概念。主空调配电柜分两路，分别负责双路不同的空调配电。针对单台精密空调，将由两路供电到达每一台精密空调，通过安装在空调区内的ATS自动切换开关进行双路供电。普通电力供应除了由综合供电UPS保护的用电设备，其他的照明系统、用电设施、普通插头等都将由市电配电柜提供电力。并按之前所属配电等级分别提供双路供电和后备电力保障。4.6.1 最后50米末端配电系统设计方案电线电缆所有电缆都采用阻燃电缆，保障设备供电的可靠性。设计所有的电缆都安装在金属线槽或线管内，并安全接地，以达到最大限度降低电磁干扰。部分电缆根据消防要求采用耐火
13、电缆。终端低压配电盘（PDU）此种新型配电箱的设计基于模块化设计概念。单个配电箱机柜可以同时支持单或双路供电。所有电源功率、电压和电流都是数字式表示。这种配电箱将能提供高质量的配电，提高工作效率，更好的满足用户的要求。每台配电柜将最多负责40台机柜最大32A的单路配电容量。数据中心终端电源端口双路低压配电盘将引出两路不同的供电电缆，在可以直接接受双路供电的机柜或设备下方连接到两个不同的国际标准工业连接器上。针对只有单条输入线路的设备或机柜，我们建议在其终端插座之前设计一个STS切换开关，平时由一路供电，在主供电线路故障的时候，自动在极短时间内切换到备用线路供电。由于切换时间非常短，这整个过程将
14、不会造成任何的宕机事故。STS采用的是先断后联原理，对供电的双路电源线路也不会发生短路冲击的问题。隔离变压器保障电源质量可靠稳定我们在UPS输出配电柜中安装了隔离变压器，有效的保障电源质量可靠稳定。隔离变压器的作用： 降低零地电压 减少三相不平衡率 消除谐波干扰4.6.2 照明及应急照明设计标准和要求 光线柔和稳定，照明均匀，无反光眩光，适合人体的生理需要，不能因电源产生干扰而影响工作人员的正常工作； 数据中心内在离地面0.7米处，照明不应低于500Lux； 应急照明系统应能在停电时保持数据中心区能基本正常工作，照度不应低于50Lux。具体设计 灯具的选用：数据中心区照明灯具采用236W、33
15、6W电子镇流节能荧光格栅灯具。电子镇流器具有屏蔽效果，可防止产生的谐波干扰计算机的正常的运行； 灯具的安装：将灯具吊挂在楼顶板下，其底平面处于所有管线的最低面； 20应急照明均匀布置于正常照明灯具之中，平时市电维持数据中心区的正常工作； 所有市电供应中断后12秒内由应急照明提供照明。当后备发电机启动后正常照明自动恢复； 在主要通道设计出口指示灯； 数据中心区内设计照明度500Lux，数据中心内照明均匀度0.7；第六节 机房接地系统接地系统的整体设计理念根据电子计算机机房设计规范GB50174-2008标准要求最高级标准，计算机数据中心接地装置应满足下列接地要求：大楼提供两个接地点，且接地电阻不
16、大于1，分别引两路独立ZR-RVVP1*120电缆到数据中心。 交流工作接地，接地电阻不大于4； 安全保护接地，接地电阻不大于4； 直流工作接地，接地电阻应按计算机系统具体要求确定； 防雷接地，接地按现行国标建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2004执行。交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不大于其中最小值，并在两个不同地网之间安装防地电位反击的等电位连接保护器，防止地电位反击，破坏设备及造成人身危害。如上所述，数据中心应采用共用接地，接地
17、电阻应1。针对电子系统来说，良好的接地是系统稳定、安全、可靠运行的基础。良好的保护接地可以防止地极反击、保护人员的安全、屏除干扰等等。根据上述GB50174-2008电子计算机机房设计规范规定，我们采用多种接地共用一组接地装置，满足计算机数据中心的交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地和防静电接地的等多种接地共用。数据中心等电位网络根据GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范标准要求，电子信息系统的数据中心应设等电位连接网络。在数据中心的防静电活动地板下，采用303紫铜排沿数据中心四周做一圈闭合环形的等电位连接网络，同时在地板下采用25mm2铜编织带组成1200X12
18、00mm的网格等电位接地系统。电气和电子设备的金属外壳，机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地、浪涌保护器（SPD）接地端等均应以最短距离与等电位连接网络的接地端子连接。使数据中心内所有设备处于等电位状态。等电位连接网络采用ZR-RVVP1*120电缆与数据中心接地的引线连接。第七节 防雷系统防雷系统的整体设计理念计算机网络系统防雷可分为直击雷防护、电源线路防雷保护、信号线路防雷保护和接地系统。 直击雷防护直击雷的防护都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，然后通过良好的接地装置迅速而安全把它送回大地。因大楼本身设计已考虑了直击雷防护，故在本方案中不另
19、行设计。 电源线路防雷保护目前，经实际运行经验验证，由电源系统耦合进入的感应雷击造成设备的损坏占雷击灾害损失60以上的概率。因此，对电源系统的避雷保护措施是整个防雷工程中必不可少的一个环节。要防止由外输电线路的感应雷电波和雷电电磁脉冲的侵入，使其在进入大楼电源系统之前将其泄放入地。由于单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大或者保护能力不足引起的设备损坏。因此采用电源系统多级保护，即多级泄放，逐级限压的保护原则。把过电压降低到安全的水平。电力供给是由大楼的建筑物变配电室引入的，电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。因此，对于大楼的电源系统的雷电防护，我们采取以下的防雷保护方案：
20、n 电源第一级防雷保护（大楼总包完成）在大楼总配电室主开关输出端，并联安装大通流量的B级三相电源防雷器，其作用是泄放掉串入供电线路上的大部分雷电流，作为电源的第一级防雷保护，其前需串联一组32A/3P空开以保护防雷器。防雷器为插拔式多层火花间隙器件，采用密封结构设计，动作时完全无电弧外泄，安装时不必预留外泄电弧的空间。 n 电源第二级防雷保护在各机房分配电柜（箱）主开关的输出端，并联安装C级三相电源防雷器，其作用是将电源线路上的雷电感应过电压箝制在较低的水平，作为信息机房供电系统的第二级防雷保护。为了保护防雷器需在防雷器前端串接一组32A/4P空气开关。防雷器内含有高非线性特性的氧化锌压敏电阻，具有响应时间短、保护水平低、高通流量和长寿命的优点，特别当雷电过电压通过保护器后，后续电流不会出现。如果防雷器由于过载发生损坏，内置的短路装置将及时动作，中断与电源的连接，同时故障指示显示窗的颜色由绿色变为红色。n 电源第三级防雷保护（业主选项）在机房内服务器、交换机、路由器等重要设备电源前，加装D级单相电源精细防雷插座。由于电子设备的重要性和脆弱性，防雷插座能将过电压的水平限制在设备所能承受的水平内，提高设备使用的安全度。电涌保护转换器可广泛应用于办公、机房和工业场所，对敏感设备的交流供电提供完美的保护。这种电涌保护有效的前提是电源线路接地良好。