探析数据中心机房电气系统设计

刘艺伟

（维谛技术有限公司北京分公司，北京 100020）

数据中心是各单元的核心单元，安全可靠的电气系统保证了数据中心机房设备的稳定性，对数据中心机房稳定可靠的运行非常重要。随着信息技术的飞速发展，高性能的服务器、存储和网络设备被应用到各个领域并被许多人使用。因此，功能齐全、环境优越，确保IT设备安全、稳定、不间断运行的数据中心机房是必不可少的。现代化的数据中心机房不仅需要满足当今的设备需求，还应考虑一定的可扩展性，为进一步的数据开发提供充分的保障基础。在有限的资源和条件，电气设计标准必须与现有场地、设备、预算相结合，最终形成一套科学的标准和合理的设计方案。信息化和科学化可以使城市和区域的各个行业的技术更加成熟。随着数据技术的发展和进步，人们总是追求更先进的信息技术和向往更现代的生活方式。数据中心机房通过组织、计算和存储网络数据来梦想无限的生活方式，让互联网应用更加稳定、及时、有效。当然，电气系统设计质量对于数据中心的稳定运行至关重要。数据中心处理数据服务器需要持续供电，一旦出现电气故障，会对存储的数据造成严重破坏，并破坏跨网络的数据应用程序。设计数据中心配电系统相对复杂，因为由此产生的损失无法估量。在重要场所，在设计和施工中必须充分考虑数据中心可能出现的电气问题。布防线架、电缆方向、间距等电气配置需要为今后的长期扩展预留空间，为后期电气系统的安全运行提供科学保障。所以，要在数据中心机房做好电气系统设计，高质量的电气系统设计工作可以增强数据中心的整体功能性。

1 数据中心机房电气系统设计经常出现的问题

数据中心机房电气系统设计遇到的问题：如果数据中心电气系统设计不严谨、不科学，整个数据中心机房的运行中潜伏着危险。数据中心机房电气系统设计经常出现的一些问题有：（1）装修房间的门和地面设计有问题，楼板、机房、吊顶三层结构的分布不明确，在今后的实际应用中不明确。IT 产品的功耗与基础电源线的功耗没有区别，维护难度大。（2）数据中心机房电源线与设备冲突。设计时，需要注意不同线路和管道高度的差异，避免串线。在通过一些管道时产生缠绕现象，对以后的工作有潜在危险。（3）由于数据中心机房的特殊性，数据中心的安全性和数据保护性也依赖电气系统的质量，所以安装了很多控制系统、后台监控设备、机房监控系统。一旦控制系统出现问题，对当前数据中心的整体性能有着重大影响。

2 数据中心机房电气系统设计的基本规定

为了加快城市建设，让数据机房在数据沟通中发挥更大作用。要提高电气系统设计的创新水平，必须从机房电气系统设计的基本要求入手。理清设计思路，发现以往设计中出现的问题。通过不断的改进，研究适合当今数据中心机房需求的电气系统以及电气系统设计过程。一般来说，数据中心机房的电气设备包括照明、消防、控制系统、共享电梯、共享电风扇等。当然，数据中心机房电气系统不仅要为电气设备提供优质的服务，还应该为数据中心机房的各项电气设备进行质量评估。在保护重要设备时，还应体现机房控制组对系统的控制能力。

2.1 照明

数据中心机房的照明在安装、运行和维护过程中非常重要，需要确保数据中心配备兼容的照明设备。在进行电气系统设计过程中，需要使用节能、降低PUE 损耗的照明设备，并且可以选择在设备维护期间关闭某些区域的照明设备。

2.2 数据中心机房电气系统要求

接地方法包括接地操作、接地保护和接地防雷。接地保护应用广泛，设备外壳通过电缆进行接地，防止设备内部短路，接地保护可以保护机房内的工作人员和其他设备的安全。所有机房中心均设有接地保护，接地保护与大地相连，使电气设备在雷击时向大地泄放大电流。接地保护路线必须遵循电气系统设计标准，以防止危险事故的发生。

3 数据中心机房电气系统设计

3.1 电气系统

（1）电气系统。机房电气系统设计应认真结合经济性和安全性2 个基础。基于各种产品优化的效率，负载功率的增加和计算机单元的未来负载考虑所有情况。任何产品在使用前，必须严格按照相应标准的要求进行评估。由于机房中各种硬件部件之间存在一定的关系，所以，在设计过程中，必须指定开关的具体功能和辅助设备的负载大小，以确认配电柜的内部配置合理且便于后期维修。必须保证电气系统中每个部分的安全性，并使总能量达到平衡值。（2）UPS（不间断电源）系统。在建设数据中心机房时，UPS 机组是最后的设计环节。适用于机房的电子设备通常分为共建和集中转换两种，应根据机房的配置和系统进行设计，并根据需要选择合适的供电方式。在设计过程中，低压断路器通常使用UPS 系统的输入开关。此外，接地保护必须严格控制，以符合国家标准和法规。UPS 电源的选择应仔细考虑机房的实际位置、机房的正常工作时间和工作强度，使电气系统的安全运行得到充分保障，并且电气系统的正常运行不受其他设备质量的影响。

3.2 机房空调

机房内的数据中心必须根据《建筑规范》使用专用空调。空调分为制冷精密空调、风冷式精密风冷、水冷式精密风冷3 种，需要根据实际的应用情况进行选择。空调系统应根据所在地区的天气、机房大小、空调总功率等条件选择合适的空调，实现节能目标并降低运营成本。

3.3 应急风扇

安装应急风机的目的是快速释放大量有毒气体，或火灾后保护区的通风换气。（1）应急风扇必须按原负载供电，属于柴油发电机组的范围。虽然应急风扇属于排气扇的范畴，但应急风扇与消防有关，是火灾后的启动产品。电气接线必须非电或非电防电，安装要求与灭火器、电线敷设规范相同，火灾后输电线路继续工作，确保应急风扇可以在事故后继续供电。（2）应急风扇也可用作事故后的辅助（送）风机，可以通过连接消防关闭机器、阀门和风扇。并联放电不能使连接的风机断路器跳闸。（3）灾害发生后，风机的启动不包括在消防范围内，无须设置消防控制室。对于直接控制设备，应急风扇的手动控制装置应安装在室内外便于操作的地方。

4 数据中心机房电气系统的设计与分析

为了凸显数据中心机房在现代城市数据中心的重要性和独特运作模式，需要为数据中心机房电气系统创造良好稳定的工作环境。通过详细的分析和研究，以开发高质量的电气系统设计并整合数据功能，将数据中心机房电气设计提升到一个新的高度。

4.1 确定数据中心配电系统的服务等级

在实际应用过程中，数据中心根据不同的服务等级和负载能力，基础功率等级要求也不同。目前，我国数据中心分为A、B、C 3 个阶段，电气系统从数据室层面配置。保证机房功能的完善，节约建设成本，保证机房设计符合成本效益且可靠地执行基本服务功能。

4.2 供配电系统总体设计

整个数据机房配电如下：2 台高压商用电源进入高压舱，在此过程中，高压配电室通过变压器向低压配电室提供高压电。在进行电压转换时，低压馈线柜的供电电压为380V/22V，将电压送至供电设备，可以稳定电压，净化电能质量。然后为服务器上机柜供电，最后为服务器提供优质稳定的电源，使其满足正常工作消耗。为保证各路供电，整个供电系统分为主路和备用路。备用路可以提供备用电源。当然，电气系统中后备电源是非常重要的。即使出现断电，后备电源依旧可以为服务器持续供电。在设计配电系统时，必须对整个供配电线路进行分析研究，尤其是十字线路、主下路和备用线路等。通过对供配电线路的控制，优化数据中心机房电气系统设计。

4.3 UPS 及开关电源系统优化分析

以往，UPS 作为电子设备中保障电气安全、降噪、改进电气设备的电子设备，UPS 电源系统为未来数据中心的稳定供电或配电系统带来了更多的支持和保护。UPS 不管是在单独工作或随机工作中，都是一个应用效果很好的电子设备，这个电子设备的效率更能体现在管理方面：首先，UPS 设备执行主要功能，释放电源。管理员应该为每个设备生成每个UPS 后端负载的统计信息，包括电流电压统计、过渡态统计、输出数据统计等。向UPS 电源管理人员报告，快速响应后处理设备故障；在调试或检修UPS 时，可以通过控制UPS 内部开关来控制备用电源或电池电源，由此可以使维修人员对出现的问题有一个清晰的认识。UPS 设备运行逻辑十分严格，不严谨的运行逻辑对UPS 承载的负载影响很大，并可能导致数据的损坏，并且数据的损坏和丢失可能导致严重的事故。因此，UPS 管理是非常重要和必要的。

4.4 防雷接地系统优化

接地系统是保户数据中心设备和人员安全的重要方式，使用适当的接地方法可以更好地进行机房内的电力传输。例如，在变压器工作正常的情况下，发电机已被关闭后，也应将剩余电流释放，以保证设备内无剩余电能。避免工人的人身安全受到威胁，在此操作期间，变压器母线必须连接在接地导体下方。完成发电机内部电气设备保护，通过接地保护系统将电流接地到机房电源外壳。一旦因设备故障导致短路时，电流从顶部导线流向端子，通过接地系统保护设备和维护人员的安全。《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010 中提出，建筑物放电击可以使用避雷器、接地装置等接地保护方式。等电位连接在数据中心机房电气系统的安全保护中起着重要的作用，等电位联结时，数据中心机房配置本地等电位联结。这种方法对接地保护引起的电压差具有良好的阻尼效果。

5 结语

综上所述，数据中心对数字化和信息化的发展具有重要意义，必须安全可靠。电气系统是保障数据中心数字化、信息化的基础，决定了数据中心的建设和运行效果。有效控制数据中心机房的发电量，可以提高机房的效率和线路的安全稳定性。数据中心机房的耗电量巨大，在电力生产、安装和投运后的管理过程中，要做好电气系统管理工作。集中注意力，明确交付路线和要求、战略规划和设计以及单元的分布。根据实际情况，对数据中心机房电气系统进行人性化设计，力求保证机房的供配电系统安全性、信息准确性和业务效率的提高，在城市建设过程中引入了现代化和高质量的服务水平。