電氣工程技術(shù)淺談數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算

電氣工程技術(shù)淺談數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算

我國(guó)目前普遍采用需要系數(shù)法和二項(xiàng)式系數(shù)法確定用電設(shè)備的負(fù)荷，其中需要系數(shù)法是國(guó)際上普遍采用的確定計(jì)算負(fù)荷的方法，最為簡(jiǎn)便;而二項(xiàng)式系數(shù)法在確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少且各臺(tái)設(shè)備容量差別大的分支干線計(jì)算負(fù)荷時(shí)比較合理。

電氣工程技術(shù)告訴大家負(fù)荷計(jì)算目的和意義

低壓供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算是一項(xiàng)重要內(nèi)容，負(fù)荷計(jì)算結(jié)果對(duì)供電容量報(bào)裝、選擇供配電設(shè)備及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行均起決定性的作用。負(fù)荷計(jì)算的目的是：

1. 計(jì)算變配電所內(nèi)變壓器的負(fù)荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據(jù)。

2. 計(jì)算流過(guò)各主要電氣設(shè)備 (斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線、熔斷器等)的負(fù)荷電流，作為選擇設(shè)備的依據(jù)。

3. 計(jì)算流過(guò)各條線路(電源進(jìn)線、高低壓配電線路等)的負(fù)荷電流，作為選擇線路電纜或?qū)Ь€截面的依據(jù)。

4. 計(jì)算尖峰負(fù)荷，用于保護(hù)電器的整定計(jì)算和校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件。

負(fù)荷計(jì)算方法

我國(guó)目前普遍采用需要系數(shù)法和二項(xiàng)式系數(shù)法確定用電設(shè)備的負(fù)荷，其中需要系數(shù)法是國(guó)際上普遍采用的確定計(jì)算負(fù)荷的方法，最為簡(jiǎn)便;而二項(xiàng)式系數(shù)法在確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少且各臺(tái)設(shè)備容量差別大的分支干線計(jì)算負(fù)荷時(shí)比較合理;在建筑配電中，還常用負(fù)荷密度法和單位指標(biāo)法統(tǒng)計(jì)計(jì)算負(fù)荷。在方案設(shè)計(jì)階段可采用單位指標(biāo)法;在初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)階段，宜采用需要系數(shù)法。

電氣工程技術(shù)為大家介紹負(fù)荷計(jì)算原則

進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)按下列原則計(jì)算設(shè)備功率：

1. 對(duì)于不同工作制的用電設(shè)備的額定功率應(yīng)換算為統(tǒng)一的設(shè)備功率。

2. 整流器的設(shè)備功率是指額定交流輸入功率。

3. 成組用電設(shè)備的設(shè)備功率，不應(yīng)包括備用設(shè)備。

4. 當(dāng)消防用電的計(jì)算有功功率大于火災(zāi)時(shí)可能同時(shí)切除一般電力、照明負(fù)荷計(jì)算有功功率，應(yīng)按未切除的一般電力、照明負(fù)荷加上消防負(fù)荷計(jì)算低壓總的設(shè)備功率、計(jì)算負(fù)荷。否則計(jì)算低壓總負(fù)荷時(shí)，不應(yīng)考慮消防負(fù)荷。當(dāng)消防負(fù)荷中有與平時(shí)兼用的負(fù)荷時(shí)，該部分負(fù)荷也應(yīng)計(jì)入一般電力、照明負(fù)荷。

5. 單相負(fù)荷應(yīng)均衡分配到三相上，當(dāng)單相負(fù)荷的總計(jì)算容量小于計(jì)算范圍內(nèi)三相對(duì)稱負(fù)荷總計(jì)算容量的15%時(shí)，全部按三相對(duì)稱負(fù)荷計(jì)算;當(dāng)超過(guò)15%時(shí)，應(yīng)將單相負(fù)荷換算為等效三相負(fù)荷，再與三相負(fù)荷相加。

數(shù)據(jù)中心相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

負(fù)荷計(jì)算是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本計(jì)算，數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷計(jì)算更適合使用需要系數(shù)法。計(jì)算時(shí)需要系數(shù)的取值、負(fù)荷取舍計(jì)入、蓄電池充電和空調(diào)照明的估算等內(nèi)容，在數(shù)據(jù)中心的計(jì)算中還是有別于其他建筑專業(yè)的計(jì)算，現(xiàn)總結(jié)如下：

1. 數(shù)據(jù)中心的IT 負(fù)荷重要性都比較高，必須使用 UPS等設(shè)備來(lái)保證不間斷供電，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不同，UPS會(huì)采取“1+1”、“2+1”、“2N”等不同的配置。由于供電部門需要統(tǒng)計(jì)機(jī)房設(shè)備安裝總?cè)萘浚詳?shù)據(jù)中心的IT 設(shè)備額定容量要用 UPS設(shè)備的總裝機(jī)容量。計(jì)算IT 設(shè)備容量時(shí)的需要系數(shù)根據(jù) UPS設(shè)備的配置方式調(diào)整，即需要系數(shù)=主 用UPS設(shè)備數(shù)量UPS配置數(shù)量。例如：UPS按照2N 設(shè)置，進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，需要系數(shù)取0.5.

2. UPS配置的蓄電池充電容量需計(jì)入負(fù)荷計(jì)算。根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不同，UPS蓄電池需按照不同后備時(shí)間配置，即每臺(tái)UPS配置的蓄電池容量及組數(shù)不同。UPS蓄電池充電容量=電流×電壓×組數(shù)×效率根據(jù)計(jì)算可知，UPS蓄電池充電容量約為UPS配置容量的10%~20%，做負(fù)荷計(jì)算時(shí)可直接應(yīng)用結(jié)論簡(jiǎn)化計(jì)算。

3. 在數(shù)據(jù)中心中，除了IDC機(jī)架外，空調(diào)在總負(fù)荷中占的比重也相當(dāng)大，一般會(huì)配置備用空調(diào)設(shè)備，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)等級(jí)備用數(shù)量會(huì)不同。計(jì)算空調(diào)設(shè)備容量時(shí)的需要系數(shù)根據(jù)空調(diào)設(shè)備的配置方式調(diào)整，即需要系數(shù)=主用空調(diào)設(shè)備數(shù)量/空調(diào)配置數(shù)量。2007年綠色網(wǎng)絡(luò)組織制定了數(shù)據(jù)中心能效比指標(biāo)PUE，目前被行業(yè)廣泛使用，PUE=數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備總能耗。根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)中心的PUE值一般介于1.6～1.8之間，即機(jī)房空調(diào)和照明負(fù)荷約為IT設(shè)備負(fù)荷的60%~80%，照明負(fù)荷與空調(diào)相比來(lái)說(shuō)占比相當(dāng)小，所以可近似認(rèn)為機(jī)房空調(diào)負(fù)荷約為IT設(shè)備負(fù)荷的60%~80%，此 結(jié)論可以直接在負(fù)荷計(jì)算中應(yīng)用來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。

4. 根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)據(jù)，照明負(fù)荷一般按照30w/m2估算、辦公空調(diào)負(fù)荷一般按照50w/m2估算、有餐廳用電的情況下按照2kW/人估算、用燃?xì)獾那闆r下按照5w/人估算。

5. 根據(jù)負(fù)荷計(jì)算要求，季節(jié)性用電設(shè)備應(yīng)選擇其最大者計(jì)入總設(shè)備容量。數(shù)據(jù)中心空調(diào)負(fù)荷一般會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采暖負(fù)荷，所以計(jì)算時(shí)只需計(jì)算空調(diào)負(fù)荷即可。

6. 根據(jù)負(fù)荷計(jì)算要求，消防設(shè)備容量一般不計(jì)入總設(shè)備容量，所以計(jì)算時(shí)消防電梯不計(jì)入。

7. 根據(jù)供電部門要求，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償后的功率因數(shù)需達(dá)到0.95以上，一般按照變壓器容量的30%進(jìn)行補(bǔ)償。

8. 根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，負(fù)荷計(jì)算中同時(shí)系數(shù)取0.9-0.95.

電氣工程技術(shù)實(shí)例分析

本文以某運(yùn)營(yíng)商新建數(shù)據(jù)中心為例：建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為Toer IV 等 級(jí)，IDC 機(jī) 房 約1000m2，新建單機(jī)功耗5kW的IT設(shè)備200架、單機(jī)功耗100kW的IT設(shè)備50架，IDC機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)和照明按配套配置(空調(diào)系統(tǒng)暫不考慮由UPS系統(tǒng)供電)。變配電及UPS等設(shè)備機(jī)房約1000m2、辦公區(qū)約1000m2.消防電梯2臺(tái)1用1備，設(shè)備容量為50kW/臺(tái)。辦公室設(shè)電采暖2臺(tái)，容量分別約80kW和50kW.要求通過(guò)負(fù)荷計(jì)算確定本數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)備配置。

步驟1：確定為IT 設(shè)備供電的系統(tǒng)配置

根據(jù)《通信用不間斷電源—UPS》(YD ╱T095-2008)對(duì)UPS設(shè)備輸出有功功率的要求為：≥額定容量×0.7kW/kVA，因 此，配置的UPS容量應(yīng)為：(200*5+50*10)/0.7kVA=2142.86kVA.IDC機(jī)房按 Tier IV 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房設(shè)置，UPS設(shè)備按2N配置考慮，配置的 UPS設(shè)備總?cè)萘坎粦?yīng)小于4285.71kVA.本工程需新建2套“3+3”并機(jī)400kVA UPS電源系統(tǒng)。UPS主機(jī)配置的蓄電池組按單機(jī)滿負(fù)荷情況下后備時(shí)間為15min(2V蓄電池單體的放電終止電壓為1.8V)考慮，每臺(tái)UPS設(shè)備配置3組200AH蓄電池組，共計(jì)36組。

步驟2：進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算

需進(jìn)行計(jì)算的各要素：UPS、UPS蓄電池充電、機(jī)房空調(diào)及照明、辦公區(qū)空調(diào)及照明等。并按照供電部門要求進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

步驟3：根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果及配置設(shè)備

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算，交流總負(fù)荷約為6425.36kVA，需油機(jī)保障負(fù)荷為6032.88kW.按照Tier IV 等級(jí)和電源配置的要求，擬設(shè)置2路10kV市電引入，雙路市電應(yīng)滿足單路承擔(dān)全部負(fù)荷的能力。安裝高壓開(kāi)關(guān)柜1套(包含進(jìn)線隔離柜2臺(tái)、進(jìn)線柜2臺(tái)、計(jì)量柜2臺(tái)、聯(lián)絡(luò)柜2臺(tái)、出線柜 N 臺(tái));安裝4臺(tái)2000kVA干式變壓器;低壓抽屜式開(kāi)關(guān)柜2套(每套包含2臺(tái)進(jìn)線柜、2臺(tái)油機(jī)市電轉(zhuǎn)換柜、1 臺(tái)低壓聯(lián)絡(luò)柜、N臺(tái)低壓饋電柜、4臺(tái)低壓電容器柜);安裝4臺(tái)1600kW柴油發(fā)電機(jī)組。