數據中心數據中心建設項目電氣工程設計方案

第一節電氣系統設計簡介

電氣系統設計目標

電氣系統是數據中心機電系統的能量來源，幾乎所有

系統的運作都依賴于供電系統，它的穩定、可靠是數據中

心內各系統正常運行的基本保證。為了讓用戶在數據中心

內的設備能獲得一個更加可靠的運行環境，保障業務的可

持續性發展，永不中斷的電源的供應是必要的條件。因此,

數據中心的電氣工程應該達到如下目標：

令各種用電設施應按照其特性進行不同的用電等級和

分區劃分

令供電設備應從頭至尾貫徹雙路供電，高冗余設計概

念，達到高可用性

令配電系統應具有高可維護性，可在無負面影響下進

行模擬測試

今具備高可管理性，便于針對不同的系統進行有效管

理

令數據中心總配電量應留出余量，為將來數據中心增

加設備使用，可擴展能力強

令數據中心供電要求按照國家標準A級計算機數據中

心供電質量要求：

■電壓波動小于5%

■頻率波動小于+0.2Hz/t

■電網波形失真率小于5%

■三相電壓不平衡度小于15%

第二節電氣系統整體設計理念

電氣系統安全性設計

令整個數據中心樓由兩路電纜供應市電。在進入建筑

物后，這兩路市電分別連接到每層兩個不同的配電

室，為UPS及空調各提供獨立的雙路市電供應。

。配電室設數據中心專用UPS設備為計算機提供電力

保護。

令兩個不同配電房間都處于不同的防火分區內，一旦

任何一路配電設備發生故障導致火災另外一路將仍

然保持正常運轉。

電氣系統可靠性設計

按照設計要求，UPS、配電系統可靠性需達到

99.999%以上。我們為實現電氣高可靠性作出如下設計要

求：

令兩路不同的電力供應電纜分別從不同的路徑連接到

用電設備，在整個輸電過程中保證絕對的隔離，從而

杜絕由于操作失誤或其他原因發生的牽連效應確保

名副其實的雙路供電。

令在數據中心內的配電也將續用雙路供電思路，在空

間上的兩個不同位置設計了兩組不同的低壓配電

柜。這些配電設施分別負責分配兩套電力供應，在到

達IT設備機柜之前物理上決不合并，達到真正的高

冗余、高可用性的雙路供電。

電氣系統可維護性和在線擴展性設計

令所有的用電系統都進行了等級劃分。不同等級供電

系統都有其相應的配電箱或配電柜進行管理，在維

護、檢修、控制和歸檔方面都將為用戶提供極大的便

利。

令每一條供電線路、每一個插座、每一個開關、每一

個配電設備，我們都將在明顯位置進行永久性標注，

此標注能應付溫度和濕度的變化任何一個標識都能

通過其顏色和代碼清楚的表達其所屬回路、上游設備

源頭、相位和位置。這樣的永久性標注將使維護人員

在進行檢修安裝的時候一目了然。

電氣系統模塊化設計

令模塊化擴充的設計理念。由于每一個低壓配電盤將

負責一個分區的配電需求暫時沒有需要的配電盤或

配電柜，我們都將預埋管線、預留空間并在上游預留

擴充容量，一旦用戶有擴充需求，這些配電設施都可

以馬上通過簡單的連接完成安裝，并立即投入使用。

電氣系統可管理性設計

令數字化顯示的終端配電盤設計，便于工作人員可以

隨時查看數據。

令我們還將安裝高科技的環境監控系統，整個供配電

系統都將連接到這個環境監控系統中，進行操作的工

作人員可以通過內部網絡隨時了解設備的情況和負

載情況，并進行相應的適時管理。

電氣系統強、弱電分離設計

令弱、強電分離，機房的強電和弱電線纜應分別走各

自線槽。光纖主干應走封閉專用線槽，主、從線槽要

求獨立分開。

令我們在進行布線設計的時候將對線槽用顏色進行明

顯的區分，提高布線工作人員的效率。

電氣系統預留設計

令所有的配電線纜、配電柜及相應的電路，都以滿足

用電峰值為其設計負荷。

第三節供電方案

概述

一個完善的計算機供配電系統是保證計算機設備、場

地設備和輔助用電設備可靠運行的基本條件。高品質的數

據中心供電系統體現在：無單點故障、高容錯；在不影響

負載運行的情況下可進行在線維護；有防雷、防火、防水

等功能。

電氣工程主要內容

?設計思想

?機房的供配電等級

?機房總電源計算負荷及配電系統配置

?UPS配電系統及配電柜配置

?照明與事故照明配電系統

設計思想

供配電系統的安全、可靠是保證機房設備安全可靠運

行的關鍵。機房設備屬于一級負荷，按一級負荷的供電要

求必須保證兩個以上獨立的電源供電。結合本工程實際情

況設計如下：

?本次設計在動力配電柜內總斷路器上加裝帶24V消防

脫扣觸點，在弱電配電箱內給予門禁開關為16A/1P斷路器

上加裝帶24V消防脫扣觸點，在發生火災的情況下，市電

電源被切斷，機房區內應急照明啟動，機房區主出入口門

上設置應急疏散指示照明。

?電量計算說明

UPS電量說明：1、2層機房共100個機柜，每個機柜平

均按5KW計算，UPS總功率需要500KW,選用4臺艾

默生200KVA(180KW)三主一備。

空調功率說明：1、2層機房精密空調7臺，每臺空調最

大功率28kw共需要196KW。

其它電量說明：維修插座、市電照明、新風機、排風機等

用電約lOKWo

按照電氣設計安全系數L3計算，1、2層機房電源總功率

不低于926KWo

機房的供配電等級

?電源質量：計算機設備供配電系統提供電源的質量好

壞直接影響著計算機系統的穩定性和可靠性。在GB

50174-2008《電子計算機機房設計規范》中對電壓變動、

頻率變化、波形失真率均有具體的分級要求(見下表)。

級別項目A級B級C級

電壓波動范圍±2%±5%-13%~+7%

頻率波動范圍<±0.2Hz±0.5Hz±lHz

波形失真率3~5%5~8%8~10%

允許斷電持續時0~4Ms4~200MS200"1500MS

間

?本項目中核心機房為重要計算機機房，選用A級標準

進行設計。

不同供電等級的資源配備

為了方便更有效的管理電力系統，提高整體可靠性和

高效性，建議對整個數據中心供電系統進行供電等級劃分,

初步劃分了四類供電等級：

令A類供電：使用雙路市電供應，雙路數據中心專用

UPS提供電源保護，并由雙路備用發電設備提供后備

電源。

令B類供電：使用雙路市電供應，單路數據中心專用

UPS提供電源保護，并由雙路備用發電設備提供后備

電源。

令C類供電：使用雙路市電供應，由雙路備用發電機

組提供后備電源。

令D類供電：使用雙路市電供應。

不同用電系統的供電等級劃分

令重要、核心IT業務用電：負荷等級為特別重要負荷

級，需要最高的可靠性保障。設計為A類供電。

令數據中心空調系統用電：由于數據中心內空調系統

短期中斷不會造成嚴重影響而且空調系統用電量較

大，啟動電流較高，使用UPS保障并不實際，故提供

后備發電機保障。設計為c類供電。

令數據中心日常維護用電：供清潔人員、維護人員的

設備在數據中心內進行日常維護需要無需后備電源

保障。設計為D類供電。

令數據中心消防系統：主要為氣體消防設備用電、消

防報警監控系統用電、消防緊急廣播系統用電、消防

聯動控制設備及數據中心消防排煙系統用電等消防

設施用電。設計為A類供電。

令數據中心監控、通訊系統：通訊設備、ECC監控區、

門禁、報警、閉路監控、場地設備監控、網絡監控、

KVM系統等均為數據中心的安全運行保障，也是用戶

對數據中心進行有效操作和監控的基礎。負荷等級為

特別重要負荷級，需要最高的可靠性保障。設計為A

類供電。

令常規照明用電：80%的燈具采用普通照明供電，允

許暫時照明中斷，在后備發電設備正常運行后恢復。

設計為C類供電。

令應急照明用電：20%的照明設備將采用應急照明供表4-2

電，主要保障主數據中心、中控室、操作間、配電間、

柴油發電機室、UPS室、運輸通道等區域在市電中斷

時不至于完全失去照明，避免混亂情況的發生。設計

為B類供電。

第四節UPS系統

本次設計UPS系統供電范圍包括機房區域內計算機

等設備，包括計算機主機、存儲設備、服務器、網絡設備、

通訊設備和測試區的設備等。其它區域采用市電供電。機

房內消防、門禁、報警、閉路監控、場地設備監控、應急

照明等各種監控、安全系統也由UPS電源供電。

一期工程中，44組機柜用電量為220KW,為保證用

電安全，應采用N+1系統，因此應選用3臺同UPS并機

系統。

第五節動力配電系統

動力配電范圍

市電配電系統的供電范圍是：空調設備、普通照明、

通排風、維修插座、一般動力等。各項用電分配要盡量均

衡。

空調系統電力供應

空調系統的供電由專門的空調系統配電柜提供，這是

為了避免空調在啟動和關閉的時候對其它回路造成的沖

擊?？照{系統采用的供電回路同樣是雙路供電概念。主空

調配電柜分兩路，分別負責雙路不同的空調配電。針對單

臺精密空調，將由兩路供電到達每一臺精密空調，通過安

裝在空調區內的ATS自動切換開關進行雙路供電。

普通電力供應

除了由綜合供電UPS保護的用電設備，其他的照明

系統、用電設施、普通插頭等都將由市電配電柜提供電力。

并按之前所屬配電等級分別提供雙路供電和后備電力保

障。

4.6.1最后50米末端配電系統設計方案

電線電纜

所有電纜都采用阻燃電纜，保障設備供電的可靠性。

設計所有的電纜都安裝在金屬線槽或線管內，并安全接地,

以達到最大限度降低電磁干擾。部分電纜根據消防要求采

用耐火電纜。

終端低壓配電盤（PDU）

此種新型配電箱的設計基于模塊化設計概念。單個配

電箱機柜可以同時支持單或雙路供電。所有電源功率、電

壓和電流都是數字式表示。這種配電箱將能提供高質量的

配電，提高工作效率，更好的滿足用戶的要求。每臺配電

柜將最多負責40臺機柜最大32A的單路配電容量。

數據中心終端電源端口

雙路低壓配電盤將引出兩路不同的供電電纜，在可以

直接接受雙路供電的機柜或設備下方連接到兩個不同的國

際標準工業連接器上。針對只有單條輸入線路的設備或機

柜，我們建議在其終端插座之前設計一個STS切換開關，

平時由一路供電，在主供電線路故障的時候，自動在極短

時間內切換到備用線路供電。由于切換時間非常短，這整

個過程將不會造成任何的宕機事故。STS采用的是先斷后

聯原理，對供電的雙路電源線路也不會發生短路沖擊的問

題。

隔離變壓器保障電源質量可靠穩定

我們在UPS輸出配電柜中安裝了隔離變壓器，有效

的保障電源質量可靠穩定。隔離變壓器的作用：

令降低零地電壓

令減少三相不平衡率

令消除諧波干擾

4.6.2照明及應急照明

設計標準和要求

令光線柔和穩定，照明均勻，無反光眩光，適合人體

的生理需要不能因電源產生干擾而影響工作人員的

正常工作；

令數據中心內在離地面0.7米處，照明不應低于

500Lux；

令應急照明系統應能在停電時保持數據中心區能基本

正常工作，照度不應低于50Lux。

具體設計

令燈具的選用：數據中心區照明燈具采用2x36W、

3x36W電子鎮流節能熒光格柵燈具。電子鎮流器具有

屏蔽效果可防止產生的諧波干擾計算機的正常的運

行；

令燈具的安裝：將燈具吊掛在樓頂板下，其底平面處

于所有管線的最低面；

令20%應急照明均勻布置于正常照明燈具之中，平時

市電維持數據中心區的正常工作；

令所有市電供應中斷后12秒內由應急照明提供照

明。當后備發電機啟動后正常照明自動恢復；

令在主要通道設計出口指示燈；

令數據中心區內設計照明度三500Lux,數據中心內照

明均勻度＞0.7；

第六節機房接地系統

接地系統的整體設計理念

根據《電子計算機機房設計規范》GB50174-2008標

準要求最高級標準，計算機數據中心接地裝置應滿足下列

接地要求：大樓提供兩個接地點，且接地電阻不大于1Q,

分別引兩路獨立ZR-RVVPV120電纜到數據中心。

令交流工作接地，接地電阻不大于4。；

令安全保護接地，接地電阻不大于4Q；

令直流工作接地，接地電阻應按計算機系統具體要求

確定；

令防雷接地，接地按現行國標《建筑物電子信息系統

防雷技術規范》GB50343-2004執行。

交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷

接地等四種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中

最小值確定；若防雷接地單獨設置接地裝置時，其余三種

接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻不大于其中最小值,

并在兩個不同地網之間安裝防地電位反擊的等電位連接保

護器，防止地電位反擊，破壞設備及造成人身危害。如上

所述，數據中心應采用共用接地，接地電阻應W1Q。

針對電子系統來說，良好的接地是系統穩定、安全、

可靠運行的基礎。良好的保護接地可以防止地極反擊、保

護人員的安全、屏除干擾等等。根據上述GB50174-2008

《電子計算機機房設計規范》規定，我們采用多種接地共

用一組接地裝置，滿足計算機數據中心的交流工作接地、

安全保護接地、直流工作接地、防雷接地和防靜電接地的

等多種接地共用。

數據中心等電位網絡

根據GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術

規范》標準要求，電子信息系統的數據中心應設等電位連

接網絡。在數據中心的防靜電活動地板下，采用30x3紫

銅排沿數據中心四周做一圈閉合環形的等電位連接網絡，

同時在地板下采用25mm2銅編織帶組成1200X1200mm

的網格等電位接地系統。電氣和電子設備的金屬外殼，機

柜、機架、金屬管、槽、屏蔽線纜外層、信息設備防靜電

接地、安全保護接地、浪涌保護器（SPD）接地端等均應

以最短距離與等電位連接網絡的接地端子連接。使數據中

心內所有設備處于等電位狀態。等電位連接網絡采用

ZR-RVVPV120電纜與數據中心接地的引線連接。

第七節防雷系統

防雷系統的整體設計理念

計算機網絡系統防雷可分為直擊雷防護、電源線路防

雷保護、信號線路防雷保護和接地系統。

令直擊雷防護

直擊雷的防護都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避

雷網作為接閃器，然后通過良好的接地裝置迅速而安全把

它送回大地。因大樓本身設計已考慮了直擊雷防護，故在

本方案中不另行設計。

令電源線路防雷保護

目前，經實際運行經驗驗證，由電源系統耦合進入的

感應雷擊造成設備的損壞占雷擊災害損失60%以上的概

率。因此，對電源系統的避雷保護措施是整個防雷工程中

必不可少的一個環節。要防止由外輸電線路的感應雷電波

和雷電電磁脈沖的侵入，使其在進入大