数据中心UPS配置技术

数据中心UPS配置技术

龙志威

东莞深证通信息技术有限公司523690

摘要：为了解决市电会出现闪断、停电这一类问题，数据中心建设而引入UPS不间断电源。本文以广东省某数据中心UPS配置技术特例研究一种解决方法，由IT机房负荷建设设计特例，厂家名牌参数和参考文献为依据计算出设计装设功率需求下的产品额定配置参数，以满足IT机房负荷建设设计的额定参数为参考选择购买产品。

关键词：负载计算；电池容量计算；数据中心UPS配置技术；电力电缆配置技术

Abstract：InordertosolvetheproblemssuchasflashbreakingandpowerfailurethedatacenterconstructionisintroducedtoUPSuninterruptiblepowersupply.UPSConfigurationtechnologybasedonadatacenterofgu-angdongprovinceconstructionspecialcasestudyofasolution，bytheITroomloaddesignspecialproductsManufactureroffamousbrandconstructionparametersanddesignfurnishreferencesbasedoncalculatedratedpowerundertherequirementsoftheproductconfigura-tionparameters，theratedloadinordertomeettheITroomconstructiondesigningparametersforreferencetochoosetopurchaseproducts.

Keywords：Loadcalculation；Batterycapacitycalculati-on；DatacenterUPSconfigurationtechnology；Powerc-ableconfigurationtechnology

一、负荷设备功率计算

不论三相负载是星形联接还是三角形联接，三相对称负载的有功功率公式都可以变换为：

例如：某IT机房负荷计算，装设功率720（kw），需要系数为1，功率因数为0.95，则由以上公式得需要功率为720（kw），无功功率236.7（kw），视在功率757.9（kva）；UPS视在功率选择2N=2*（2*500kva）

以实际设备为额定负荷工作考虑，用电设备实际所需功率等于用电设备额度功率，由以上公式计算得到需求系数为1；依据“80PLUS”认证，白金级认证对230V输入电压的电源供应器，效率要求在

90%以上，功率因数在0.95以上，现在选用功率因数0.95的IT设备；假设IT机柜有16*15=240个，以3（kw）单机柜中低功率密度机架布置，现在装设功率为240*3（kw）=720（kw）；依据有功功率式

（1-1）、无功功率式（1-2）、视在功率（1-3）和它

们之间的数学关系式，可以得到视在功率S=720（kw）

/0.95=757.9（kva），无功功率Q=236.7（kw）。

依据负荷需求来探讨配置UPS容量大小，由以上得到需求负荷视在功率S=757.9（kva），国家A级数据中心用电负荷UPS供电结构选择2N双总线

UPS冗余系统，2N双总线UPS冗余系统选择两套UPS

系统都采用在线双变换运行模式；2N双总线UPS电源系统，UPS设备负载率需求，正常运行下每套并机UPS负载率不应该超过额定容量45%；故障时当其中一套UPS系统退出时，另一套UPS系统负载的最大负载率不应该超过额定容量的90%；由以上便可以知道，如果选用2台UPS厂家普遍生产400（kva）

的UPS组成一套并机，一套并机总视在功率为800（kva），800（kva）*90%=720（kva），显然比需求视在功率757.9（kva）小很多，720（kva）不符合需求，选用单台422（kva）的UPS需要特殊定制，可以选用大一级500（kva）的UPS组成一套并机，

500（kva）*2*90%-757.9=142.1（kva），有多142.1

（kva）需要减去忽略的计算电能损耗后剩余的容量

可以用于远期负荷需求或者机房改造增加的负荷需求。

三、UPS配电屏输入、输出、电池配电柜总开关容量配置与断路器选择

3.1UPS输入配电屏内的输入总开关容量应满足UPS

系统远期最大容量需求；每路输出开关容量应满足

UPS系统中单机额定容量和电池充电负荷的需求根据式（1-3）联系UPS的变换效率η，考虑供电需求安全容量余地，主、旁路电流计算：

式中：K-安全系数，取1.25

Q-设计IT机房需求额定容量/2（kva），因为UPS采用2台并机设计

cosθ-UPS功率因数

U-UPS蓄电池串联组终止电压（V）

η-UPS变换效率

例如：选用施耐德UPS与阀控铅酸蓄电池名牌参数，型号MGEGalaxy7000UPS容量500（kva），功率因数>0.99，UPS效率0.943，NP210-12蓄电池在25℃环境时15分钟率终止电压9.9V。

因为通过UPS名牌参数，由式（3-1）得I主路=863.9A，由式（3-2）得I旁路=763.2A，由式（3-3）得I输出=763.2A，由式（3-4）得I电池组总=1141.6A

考虑到UPS逆变器出现故障或者过载时，UPS将会跳到旁路工作，旁路断路器额定电流应该要比计算的旁路电流要大，所以选用1000A的空气断路器合适。

3.4输入、输出、电池配电屏断路器选择

UPS输入、输出配电屏宜采用分隔插拔式电压开关柜或者抽屉式空气断路器开关柜，更换柜内任何一个开关时不会影响其它回路供电，UPS输入、输出配电屏中配开关容量≥800A的宜选用抽屉式空气断路器开关柜，≤630A应选用塑壳式断路器，断路器额定运行短路分断电流能力要求≥35KA，电池开关柜应选用直流断路器。

四、UPS电池容量配置

理论公式法算电池容量，阀控铅酸蓄电池总容量保障的后备时间≥0.5小时，可按以下公式计算Q

式中：Q-蓄电池组总路流过的电池额定容量（ah）

K-安全系数取1.25

I-负荷电流（A）

T-放电小时数（h）

η-放电容量系数

α-温度补偿系数

t-实际电池所在地最低环境温度，所在地有采暖设备时，按15℃考虑，无采暖设备时按5℃考虑。

参考国家A级数据中心UPS蓄电池后备时间15

-30分钟，本例选用15分钟蓄电池后备时间设计和中国移动通信电源系统工程设计规范（QB-J-017

-2013）η取0.48，α取0.01，t取5，T取15分钟，I取平均放电电流，I最大=P/U最小=[（720/2）/（9.9*44）]*1000=826.4A，I最小=P/U最=[（720/2）/（12*44）]*1000=681.8A，I平均=754.1A；把以上数据代入公式（4-1）得蓄电池组总路流过的电池额定容量613.7（ah），选用MGEGalaxy7000系列UPS厂家设计电池配置节数为44-48节电池串联为一组，本例采用44节电池串联为一组符合三相市电整流值，现采用3组蓄电池并联组合配置得每一组为支路流过的蓄电池额定容量为I=204.6（ah），查看汤浅阀控铅酸蓄电池，NP系列技术说明书，NP的放电电流及放电时间（速查表）。选用NPL210-12蓄电池放电时间合适。

五、UPS系统电缆配置技术

低压电缆宜选用聚氯乙烯或交联聚氯乙烯型挤绝缘类型；明确需要和环境保护协调时，不得使用聚氯乙烯绝缘电缆；直流输电系统不宜选用普通交联聚氯乙烯电缆；保护线与中性线各自独立时，宜选用五芯电缆，例如：TN-S配电系统。由装设IT机房功率需求的额定负荷720（kw），根据式（1-1），

UPS名牌功率因数>0.99；单芯电缆紧靠敷设方式为F类；当电缆靠墙敷设时，载流量×0.94；单芯电缆有间距垂直排列时载流量×0.9，得到IT机房需求额定电流I=720/（√3×380×0.99×0.9）×1000=1227.8A，UPS输出可以选用1250A的母线排，考虑到2N双总线UPS冗余系统选用500KVA容量比IT机房额定需求负荷大于142.1KVA的余量可以选用大一级1600A的母线排；以上UPS输入、输出配电屏选用额定电流1000A空气断路器，查任元会《工业与民用电气设备手册》第三版第九章节表9-34选用185平方的交联聚氯乙烯电缆25℃时额定载流量554A，554×2×0.9=997.2A比3.2节选用额定电流1000A空气断路器略小，可以选用大一级240平方交联聚氯乙烯电缆；因为以上计算得UPS蓄电池组总额定放电电流1141.6A比选用两根185平方电缆并联电流载流量大，所以选用240平方的交联聚氯乙烯电缆25℃时额定载流量659A并联使用合适。

结束语：随着大数据膨胀发展，数据中心标准化建设需求已成为今后数据中心的建设发展方向，希望这种配置技术得到运用，若有写得不对的地方请阅者指正。

参考文献

[1]《电力工程电缆设计规范-GB50217-2016》

[2]《中国移动通信企业标准-QB-J-017-2013》

[3]袁成华；陈佳彤《电工基础》

[4]徐国家《UPS电源维修手册》

[5]任元会《工业与民用电气设备手册》第三版

[6]汤浅厂家阀控密封式铅酸蓄电池《NP系列技技术说明书》