浅谈计算机机房工程电气设计

董贤锋

中国轻工业武汉设计工程有限责任公司 湖北 武汉 430060

引言

随IT行业和互联网络的发展，数据中心和机房建设数量不断攀升，相对应的机房配电也成为重要的问题。尤其是计算机机房配电系统的基础设施，如交流动力﹑UPS﹑空调﹑机柜﹑机房环境等，确保这些基础设施的正常运行和安全性，进而保证了机房配电系统不间断运行。随着计算机的广泛应用，人类社会的生产自动化水平大幅度提升，计算机在工程中的应用也变得极其普遍，社会的发展导致对计算机提出了更高的要求。而机依赖于计算机机房工程，因此对计算机机房电气设计的需求增多﹑要求增高，计算机机房电气设计的升级既是为了满足自身的设备要求，也是为了满足人类的使用需求，为了满足社会发展的需要。计算机机房供配电系统是重要的基础设施，在建设的初期需要行全方位的规划设计，同时还需根据国家要求进行设计和配置，保证计算机机房供电系统的牢靠性等。

1 计算机机房配电的设计原则

①要有独立的电源，专门为计算机及网络通信设备供电，防止突然断电。机房对供电安全要求高，如果机房供电系统突然断电会给设备带来严重的后果，因此必须保证机房的不间断供电，最低要求也应做到突然停电时有足够的时间对机上工作做出适当处理，将影响与损失降到最低程度。②必须在配电柜上安装避雷器，它可以防止闪电和电网开关切换对计算机机房设备造成的影响。③重视电源频率﹑电压波动及市电负荷能力。④动力﹑照明电线﹑电缆尽量采取沿天棚经线槽﹑镀锌钢管敷设。UPS电缆最好采用防干扰屏蔽电缆，沿地板下敷设，敷设时仍要采取防干扰措施。⑤本系统要采用保护地线，与所有设备的金属外壳﹑电缆桥架﹑穿线保护管﹑金属铝塑板﹑金属支架作可靠电气连接，并引至原系统接地极，接地可靠，符合规范要求。⑥对墙身插座安装高度也有要求：下底距室内地坪300mm。开关安装高度：下底距室内地坪1400mm。⑦直流接地在机房内应与交流保护接地分开：直流接地网在适当位置与大楼直流接地极相连，连接应符合电气要求。⑧照明﹑空调﹑维修的电线﹑电缆采用阻燃（ZR）双层绝缘电线﹑电缆。UPS电缆采用RVVP级电缆。安装时采用防干扰措施。⑨照明采用无眩光反射格栅灯盘。⑩主机房照度≥400LX设计，辅助机房≥200LX设计，事故照明≥50LX。⑪防止电网突然掉电和加电。⑫电源的稳定度偏差不得超过额定值的±5%。⑬供电电压必须要杂波少﹑干扰小﹑防止外部电磁干扰窜入系统。⑭供电系统不要与大容量感性负载并联，以免产生高压涌流。⑮防止电网的频率漂移。⑯维持低阻抗的地线系统[1]。

2 计算机机房配电的设计要求

2.1 保证供电系统的可靠性

计算机是由许多高密度的电子器件组成的，而计算机系统则是由这些高密度电子器件组建成的中央处理器和高精密的外部设备组成的。计算机的电源相当于整个系统的核心，计算机机房的电源就是该房内所有计算系统的中心骨干和强大的基础支撑。另外，计算机电源的可靠性对电源的正常工作也起到决定性的作用。因此，计算机电源的可靠性直接影响到计算机的运行和使用。计算机机房工程的可靠性与机房环境﹑电力供应﹑接地等因素密切相关，如果对配电系统的接地系统处理不当，就会导致直流电网过渡，从而引发直流电源的振动，进而使计算机在运行时，将原本该为“0”的变为“1”，造成软件“奇偶校验错误”问题的产生，这将会影响计算机系统运行的准确性和可靠性，类似的例子有很多。因此，计算机机房电气设计的可靠性直接会影响计算机系统的正常和可靠运行[2]。

2.2 保证机房配电的防雷电性

考虑到雷电对计算机供电系统的干扰和损害，必须在配电柜上安装避雷器，它可以防止闪电和电网开关切换对计算机机房设备造成的影响。不应该将计算机机房设置在楼层的顶层或者靠墙的一面，如果将计算机机房放置在了顶层或者是靠墙的一面，那就必须在楼顶安装避雷针，有效防止雷电对计算机供电系统的干扰和损害，进而保证计算机设备的完好，从而使计算机系统能够正常运行和使用，也在一定程度上避免了对设备和系统维修的开支。UPS是计算机机房供电系统中的主要设备之一，它属于电力电子产品，在雷雨天的时候，打雷也会对UPS电源造成损害，所以需要对UPS电源做好防护。根据《电子计算机房设计规范》提出，在机房的接地的过程中交流﹑直流工作地﹑保护地﹑防雷接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值要求确定，如必须分设接地，则必须于两地之间加装等电位共地联结器。UPS电源的防雷工作：①在动力室电源进线总配电盘上安装并联式电源专用高能量避雷器，构成第一级衰减。②在机房配电柜空气开关后，安装适当容量的并联式低压电源避雷器，或在UPS专用配电盘上，安装适当容量的串联式低压电源避雷器，构成第二级衰减。③对于有信号或通信接口的UPS，为防止雷电波从信号或通信线引入，必须在信号或通信线接口处加装相应的信号避雷器。机房布线要求不能沿外墙敷设，以防止雷击时墙内钢筋瞬间传导强雷电流时，磁场感应机房内线路，把设备击坏。为了更好确保计算机房不受雷电的干扰和损害，应该要给计算机机房设立独立的屏蔽室，为计算机机房的安全提供了更好的保障[3]。

2.3 保证供电系统的安全性

机房的供电系统的主要设备有：UPS﹑电池﹑配电柜和柴油机等。这些设备有共同点就是单位占地面积大。而对于这些设备的摆放位置既要考虑功能上的需求，又要考虑空间和承重的需要，还要考虑对外界的危害。机房应单独设计电源间，用符合防火要求的隔墙与弱电设备隔离，避免电源间噪声﹑蓄电池酸碱液渗漏和电气火灾等事故扩散到计算机设备机房内。UPS是供电系统的心脏，UPS需要摆放在尽可能距离机房近的位置，能够保证从UPS输出到用电设备之间的压降和损耗尽可能的小；还需要考虑到UPS属于大型设备，重量比较大，噪声大，需要摆放在一个承重比较好，并且不影响办公和休息环境的地方[4]。

3 计算机机房配电系统的组成分析

3.1 照明系统

照明采用与吊顶配套的灯具，照明灯具采用格珊灯具，要求照度高无眩光。灯管采用低色温日光型光管。计算机房内的照明系统必须符合国家标准，机房的照度要求为不低于500Lx，应急照明采用格栅灯盘，照度要求为不低于50Lx，格栅灯要求采用优质电子镇流器器件，应做到节能﹑启动性能好﹑功力因数高﹑无音频噪声﹑无频闪现象，对计算机电源无干扰。灯具安装要合理美观，避免眩光。采用与市电联锁自动控制的方式。事故照明由市电和 UPS 电源供电，当市电断电时可自动切换由机房内的UPS供给。主入口安装疏散指示灯，照度不低于0.5Lx[5]。

3.2 UPS不间断电源系统

UPS采用IGBT功率器件及多重保护技术，先进的分布式直接并联技术保证了在线扩容和系统冗余；输出采用隔离变压器有效抑制3次谐波，具有很强的过载和抗冲击能力。定期自动自检电池，精确预测电池的后备时间，智能化电池管理；支持R232﹑RS485﹑SNMP﹑MODEM多种后台通信方式；考虑到今后的扩容，采用的UPS不会因今后扩容的UPS功率不同而影响它们之间的并机[6]。

3.3 辅助供配电系统

为防止机房内辅助用电设备在运行时可能对计算机系统造成的干扰，一般将计算机系统中的辅助设备用电自成系统，称为辅助供配电系统，是为保证计算机系统服务的其他设备的用电，包含空调设备﹑维修用设备﹑新风设备﹑照明设备﹑测试设备﹑自动消防设备以及辅助插座等组成的辅助设备的供配电系统[7]。

3.4 配电柜的配置

选购配电柜时要检查其是否符合国家标准，质量等是否达标。计算机机房配电柜要根据用途设计各路供电，要做到供电的准确性﹑可靠性。可以配置两台配电柜（市电配电柜和UPS分配柜），不同性质的供电对象不放在一个柜内控制。实现各配电功能采用模块化结构，配电柜要留有备用电路，作机房设备扩充时用电。配电柜内选用的自动空气开关﹑接触器﹑熔断器﹑隔离开关等部件，要性能可靠，技术指标达到设计要求，能满足计算机设备及其辅助设备工作的要求。配电柜内应有应急开关。当整体机房内出现严重事故或者意外火灾时，应能立刻切断计算机电源﹑空调电源﹑新风电源。配电柜内各分路供电应设置指示灯，表示各路电气通断情况。配电柜内应根据计算机设备及其辅助设备的不同要求，设置中线和接地线的连接装置。中线与地线及配电柜外壳绝缘。配电柜内采用的母线﹑接地排及各种电缆﹑导线﹑中性线﹑接地线等都必须符合国家标准，并按国家规定的颜色标志编号。小型机﹑网络设备﹑PC 服务器应由配电柜内不同的独立配电线路分别供电[8]。

3.5 配电系统设计方案

机房的电气设备﹑计算机设备和辅助设备对电源的要求都不相同，所以对的用途也不同，分为UPS不间断电源和普通电源。不间断的电源是为计算机的主要设备供电的，普通电源是为计算机辅助设备供电的。各个电源都有维护和报警装置，可进行供电检查﹑防雷检查等，应将电气设备均匀合理地分散分布，可以分散负荷，并留有扩展空间。计算机机房供电线路计划应考虑各种设备电源进行供电。电缆数据应该满足设备要求和容量分配，保证计算机和UPS设备安全稳定运行。机房的每个机柜必须具有至少两个UPS电路，并由不同的UPS配电柜供电。在机房内的对应区域应设置一个城市电源插座，方便设备维护和调试[9]。

4 结束语

计算机及网络通信设备投入服务后如果没有一个长期稳定的供电系统来保证计算机及网络通信设备和有关外围设备正常运行，势必造成严重的政治和经济后果。一般供电系统为单路供电加发电机组，无法得到可靠的供电保证。一个优质高效的配电环境在机房中起着非常重要的作用。所以说机房配电是整个机房的心脏，也是机房工程中的重点。