机房工程供配电系统详细设计，UPS电源及蓄电池计算方法

大家好，我是薛哥。最近VIP会员群的读者咨询机房配电及UPS系统如何设计？UPS电源容量及蓄电池数量如何计算？机房配电如何选择？今天分享一篇详细的供电系统设计，仅供参考学习。

供配电系统

系统概述

数据中心提供电源质量的好坏，将直接影响到电子信息设备正常、可靠的运行，也影响数据中心内其它相关设备的正常工作。因此，数据中心的建设必须要建立一个可靠的供配电系统，在这个系统中不仅要解决电子信息设备的用电问题，保障电子信息设备正常运行的其它附属设备的供配电问题，如数据中心内的空调用电、数据中心照明系统用电、消防系统用电，高低频干扰等，同时还要解决供电断电时的应急用电问题。

数据中心的供配电在提供稳定的电源同时，采用不间断电源以解决应急用电问题，在配电方面采用带主路监控配电箱，实现对配电系统电量的监控。

项目分析

项目本期工程设计范围：数据中心机房区域内的

一体化UPS配电柜设计（包含机架式模块化UPS和UPS的输入、输出及维修旁路）

精密配电柜的设计（双路供电，一路UPS、一路市电）

PDU及备用开关

上述以外及为本期工程服务的设备机房以外范围的用电设备的用电量，目前本期工程内暂不考虑

设计依据

电气系统重点屏蔽机房的IT设备、空调通风设备、照明、应急照明、接地、防雷等分系统进行设计和建设。

供配电系统原则

工程建设必须要建立一个可靠的综合性强的供配电系统机房配电施工方案，在这个系统中不仅要解决计算机设备的用电问题，还要保障计算机设备正常运行的计算机机房空调用电、机房照明系统用电、消防系统用电等附属设备的用电，同时还要解决断电时机房服务器、网络设备等应急供电。

设计依据

机房供电系统分为三部分：计算机供配电系统、辅助设备供配电系统和机房备用供配电系统。

计算机供配电系统：

这个系统主要根据计算机设备的要求，合理地选择配电设备以构成符合计算机设备要求的供配电系统，保证计算机设备的可靠运行。这部分供配电系统主要提供计算机设备各部分的用电。

辅助设备供配电系统：

这个系统的主要作用是保证为计算机系统服务的其它设备的用电。这就是由空调设备、维修用设备、新风设备、照明设备、测试设备、自动消防设备等组成的辅助设备群的供电。

备用供配电系统：

备用供电系统是在计算机机房正常供电中断或者发生故障时，由备用电源或发电机组供电（或者双路供电中的备用一路供电）以保证计算机机房正常工作。备用电源及其与正常供电电源之间的转换装置都应在备用供电系统中。

UPS及电池选型计算

机房供电采用2N物理隔离架构，UPS出列设计，共用UPS系统（2N架构），微模块内需配置2台配电柜，实现每机柜内有2路不同源的电源供电。

模块化机房IT设备负荷：

机柜数量（台）

功率密度(kW/柜)

同时系数

设备耗电（kW）

机房微模块

30

4

1

120

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机柜数量（台）

功率密度(kW/柜)

同时系数

设备耗电（kW）

机房微模块

30

4

1

120

模块内IT设备的负载=30柜*4kW/柜*1=120kW

换算为UPS容量（kVA）=120kW/0.8=150kVA

根据计算结果，数据中心机房配置200kVA模块化UPS机框1台（出列摆放），组成，每台机框暂配置4个50KVA的功率模块（单机框支持最大5个50kVA的功率模块）。

UPS后备时间按约30分钟配置，共配置12V 150AH电池2组。

电池配置计算：

UPS后备时间按150kVA负载，约30分钟配置，电池配置计算如下：

1)恒功率计算公式

W=PL÷(Vf÷2*η)（watts/cell）

W为所需电池的每单格功率，单位为watts/cell（如无特别要求，则默认：备电时间t＜1h，取终止电压1.67V/cell的W值；3＞备电时间t≥1，取终止电压1.75V/cell的W值；备电时间t≥3h，取终止电压1.80V/cell的W值）；

PL为负载功率(=UPS额定容量*负载功率因数），单位为瓦（watts）；

Vf为电池组额定电压，每组12V电池数量30-40只可调，电压360V-480V；

η为电池逆变效率，取值0.94；

2)电池的每单格功率W：

=PL÷(Vf÷2*η)（watts/cell）

=150*1000*0.9÷(480÷2*0.94)（watts/cell）

=598.41watts/cell

3)查电池恒功率放电特性表（以某品牌电池为例）：

查询12V150AH恒功率放电特性表，终止电压1.67V，备电30分钟，可提供305watts/cell，598.41watts/cell÷305watts/cell=1.962，因此需要并联1.962组2V150AH电池，可实现150kVA备电30分钟的要求，考虑到电池供电损耗，建议配置12V150AH电池2组（40只/组），并配置电池管理系统，实现对电池组健康、容量状况的实施监控。

12V150AH

系统架构

系统架构图

用电需求及供电来源

本工程供电电源引自市政

本工程内含三种电源，N：一般市电；E：自备应急自启动柴油发电机电源；U：不间断电源。

N电源：市电接入，该部分由用户建设安装，其中一路接入一体化UPS配电柜，一路接入精密配电柜市电侧。

E电源：本项目前端引入。

配电安装方式

配电柜采用放射式配电，直接分配至各用电设备，不同类别分路控制。对于机房内强弱电线槽两类管槽互不混合、交叉，平行距离符合相关规范，这样可实现电力电缆与通信电缆两类电缆互不混合。

UPS电源采用放射式，通过下走线线槽至用电设备，并采用电力阻燃屏蔽电缆沿金属线槽、线管敷设到位。这种布线方式有着良好的屏蔽效果，起到防电磁辐射干扰的作用，且具有防鼠机房配电施工方案，防虫害、灵活方便、加线、改线、便于维修等功能，是目前机房内最为理想的一种布线方式。

所有电力电缆、电线均敷设于金属线槽、钢管内。机房内敷设强电金属线槽与弱电线槽水平间距不少于300mm。动力、照明线路所穿钢管吊顶内明敷，墙内暗敷。穿越于机房中部的线槽选用扁而宽的规格，高而窄的线槽敷设于机房四周及贴墙敷设。线槽、线管内穿线率应不能超过线槽截面积40%,线槽、线管两头应进行密封。强弱电线管、线槽以及不同专业管道在施工时均应符合电气规范要求。

各专业管道、线槽、位置标高、层次，所有线管、线槽应做到横平竖直，尽量减少交叉、保持平向间距。为防止水浸，所有线管、线槽、插座均高出原地面50mm处安装。

主材设计、选型

本工程配置2台配电柜，采用国际一线品牌/一线品牌元器件，定制柜体。

微模块配电采用精密列头柜，柜内主元件选用国际一线品牌/一线品牌品牌；柜体尺寸为600mm（宽）×1200mm（深）×2000mm（高）；独立的零地汇流排，所有主回路空气开关连接均采用铜排连接；可靠性高。配电柜具有过载、缺相、短路保护措施；配备C级防雷保护装置：能有效减少自然界雷击灾害造成的损失。同时也能有效抑制浪涌过压对客户重要设备的冲击，提高设备的安全性；具有大屏幕彩色显示电气各项参数的功能；具有电气故障声光报警功能；智能配电柜具有提供上传协议，与场地监控等软件组成的监控网络的功能。

监测参数：三相输入电压，电流，有功功率，无功功率，有功电能，无功电能，功率因数，频率，谐波，电压不平衡度，开关量状态等。

其它要求：柜体防护等级：IP20；铜牌规格：紫铜镀镍；告警类型：声光；工作电压：AC380V；频率：50HZ；接线方式：三相五线；

配电柜为户内安装，开启式双面维护的低压配电装置。配电柜的基本结构采用钢板及角钢焊接组合而成。柜前有门，柜面上方有仪表板，设置可开启的小门，可装设指示仪表。

室内墙壁、地板面设有市电维护插座和检修插座，其规格为250V/10A，安装高度300毫米。

主要硬件设备参数（根据项目情况增减）

ATS电源输入总空开：1*400A/3P，PC级

UPS输入：1*250A/3P

UPS输出：1*250A/3P

UPS维修旁路：1*250A/4P (带锁)

UPS输出支路分开关：17*32A/1P

市电输出开关：3*32A/3P空调，17*32A/1P

含C级防雷。

其它

尺寸：600*1200*2000 含侧门，底部封板；

外观：柜体外观与IT设备柜、布线柜保持一致；

输入指示灯；

智能监测模块单元：具备主路和支路电气参数监测功能，面板配置10英寸触摸屏。