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机房电气工程第一节机房供电概述及系统设计
一、机房供电概述智能建造中的机房用电,如计算机机房、数据中心、网络机房、消防和安防控制室、楼宇自控室、卫星电视前端机房、电梯机房用电,都属于一级负荷,要有切当的保障措施有些数据传输系统是不允许断电的,需UPS电源支持,否则,若发生断电事故,会造成重大经济损失或者数据丢失因此,电源保障和供电可靠性在智能建造的机房建设中显得分外重要城市智能建造中的电源主要来自城市电力网依据当地供电部门提供的外线供电方案,在建筑内设计的10kV变电所,普通采用的电力主接线是两路独立10kV进线电源,两段高压母线分列运行,设母联开关(或者不设),经干式变压器接至低压配电柜,再用封闭母线沿强电竖进,以树状供电方式,向楼内各层馈电群楼及地下各层的大型用电设备,用干线电缆,以放射供电方式,直接供给用电设备根据需要,在适当的地方配备应急柴油发机电组,当两路10kV外线电源均失压后,柴油发机电组自启动,并投入低压母线,有选择的供应一级负荷用电整个低压配电采用TN——S接地系统[TN-S接地系统(三相五线制供电接地系统)该供电接地系统在建造总配电处将零线(N)和保护接地(PE)线重复接地,之后PE线和N线严格分离,不混接其优点是PE线在正常情况下没有电流通过,因此不会对接在PE线上的其它设备产生电磁干扰此外,由于N线与PE线分开,N线断线也不会影响PE线的保护作用缺点是耗用的导电材料较多,投资较大】一个完善的机房供配电系统是保证计算机设备、场地设备和辅助用电设备可靠运行的基本条件高品质的机房供电系统体现在无断电故障、高容错;在不影响负载运行的情况下可进行在线维护;有防雷、防火、防水等功能机房供电设计包括负荷等级和额定容量的确定、电源的可靠性设计、防雷和接地技术措施等
(一)遵守技术规范由于《电子信息系统机房设计规范》修改和审定中目前,时常采用的规范如下GB50174-1993《电子计算机机房设计规范》SJ/T30003-1993《电子计算机机房施工及验收规范》GB/T2887-2000《电子计算机场地通用规范》《供配电系统设计规范》GB50052-1995GB50054-1995《低压配电系统设计规范》GB50034-2004《建造照明设计规范》JGJ/T16-1992《民用建造电气设计规范》GB50057-1994
(2000)《建造物防雷设计规范》GB50116-1998《火灾自动报警系统设计规范》GB50166-1992《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB50045-1995
(2001)《高层民用建造设计防火规范》GB/T50314-2000《智能建造设计标准》GB50339-2003《智能建造工程质量验收规范》上述技术规范将机房在不同系统和范围的供配电需求内容明确了要求,例如依据《电子计算机场地通用规范》、《低压配电设计规范》的规定,计算机机房供电系统根据计算机的性能、用途和运行方式(联网与否)等情况,划分为A、B、C三级,见表表计算机机房供电系统项目A BC稳态电压偏移范围(%)—5~+5________=1CT+10________一15~+101UPS配电系统的供电范围是计算机设备主机和附属设备、通信设备、网络设备、服务器、监控设备、保安监控系统、机房的消防和应急照明等UPS输出配电回路每一个配电控制开关为一个回路需按机房内设备要求设置,小型机/服务器、网络主交换机及重要路由器要由独立双回路供电,其他计算机设备可用一个回路带3~4个插座固定于地板下,配电回路中要预留若干个插座待以后扩展用安全插座的型号、数量及位置可根据机房内设备最终数量考虑2计算机网络机房是使用UPS电源较为集中的地方同时,机房内的发热设备较多,集中空调系统在运行过程中要考虑节能,春秋换季时和每天的早晚会停掉部份冷水机组,维持低能耗状态运行计算机网络机房的设备365天都是24h运转,且温度、湿度要求较严格,因此计算机网络机房需设专用精密空调,其用电量应按实配设备的发热量换算确定计算机网络机房的UPS电源容量应当包括机房照明的1/3负荷+精密空调的估算用电量+网络设备三部分100nl2网络机房的UPS用电总量约为3040kW集中式UPS供电还需要考虑采用输出分配机柜向下级设备配线〜3在初步设计阶段,考虑UPS容量的计算,会感到比较繁琐,因此时常用估算的方法,普通是按350W/m2估算当用户能够提供用电设备规划时,则可以按每一个机柜的实际用电量
1.5kVA摆布进行核定例如,某工程中各机房长远规划共放置标准机柜80个,则机房需要为计算机及网络设备提供UPS电源的总负荷约为120kVA设计可选择两套120kVA UPS,采用集中供电,双机冗余备份,其余机房按工艺设备要求配置每台机组所配电池的数量与容量大小及支持时间长短有关在考虑规范的前提下,支持时间的长短还要依机房设备的运行需要而定此外,在确定UPS容量时,若条件允许,则尽量使其输出功率大于用电设备额定功率之和的L
31.5倍,作〜为一种冗余,为今后负荷的扩展提供方便
五、UPS电源的技术性能和规格要求-UPS电源的技术性能UPS电源的技术性能和规格随使用要求的不同而不同,主要技术性能包括以下几个方面
1、在线式在线式UPS又称串联调整式UPS,目前绝大多数大中型UPS都是在线式的在线式UPS普通由整流器、充电器、蓄电池组和逆变器等部份组成在线式双变换UPS应符合IEC62040-3国际标准一具有电压、频率独立校正功能,能够确保输出高可靠性、高质量电源在DSP数字控制技术、数字并联技术、网络监控技术、电池管理技术、电源保护技术等方面技术先进,性能可靠
2、高效数字功率器件PIGBT技术采用先进的高效数字功率器件PIGBT作为逆变功率器件,其性能及可靠性高于上一代的功率器件IGBT,提高了逆变器的可靠性和处理速度,其逆变效率高达98%^99%,热功率极低谐波分量小于
1.5%,使输出波形更好,对负载或者接地系统等不会造成干扰
3、DSP技术和SMD电气集成模块采用数字控制技术取代传统的摹拟控制DSP数据处理技术的处理速度是传统微处理器的12倍,并使硬件路线更为简化、可靠性更高、瞬态反映能力更强电路板采用仿真设计和表面安装焊接技术,使整机散热性好,可靠性更高
4、电池保护功能安全防护功能包括
2、
6、12V的通用型、深放电型、高比能型、快速充电型、循环耐久型等系列蓄电池产品电池具有充放电的实时监测、过流及限流保护功能,可防止用户因电池过放电而造成电池永久性伤害,防止过充电而造成电池寿命的减短;欠压预警功能可及时通知用户进行相关处理,以免造成大的损失;控制系统可通过设置定期电池自检功能,及时发现故障电池,避免系统故障造成的危害,并可实现在线更换电池
5、灵便可靠的并联技术采用数字模块式环路直接并联技术,能够有效的抑制并机中的环流,可以在UPS不断电的情况下实现并机扩容或者维修,可以实现不同功率的UPS直接并联
6、通信及监控功能较强的通信联网功能是指是UPS可以采用干接点、JBUS或者SITEMONITOR软件,实现远程监控及摹拟控制或者集中遥测遥控可以利用Intranet、Internet来监控UPS,每一个UPS在网络中有自己的IP地址,可以通过WEB浏览器来监控,采用的协议可以是TCP/IP、SNMP、HTTP和JAVA
7、高可靠性UPS单机平均无故障时间都在MTBF35万h,并获得IS09001国际质量标准证书,干扰标准等证书
8、散热系统机房UPS是最大的噪声源,采用冗余式智能风扇调速散热系统,则微处理器可以依据内部温度及输出功率大小,自动调节风扇的转速,以达到降低噪声、延长风扇寿命及节省能源的目的
9、控制和诊断监控系统智能化UPS应具有专家系统故障诊断软件当UPS某一部份浮现异常后,该系统能迅速对故障进行诊断推理,判明故障部位,通过显示器给操作者或者维修工程师指示,判明故障性质,以便快速修复同时还可自动记录信息,生成信息档案,便于用户更好使用
10、其他除了上述功能外,还有主/从容错双处理器并行控制技术;过载能力和抗短路保护功能;UPS的非线性带载能力;多种启动方式;多种输入/输出模式;宽电压输入;可靠的旁路转换系统;绿色环保;正面维修;雷电保护等,是针对不同产品所具有的不同功能此外,大容量的UPS配12脉冲整流器,能够进一步降低输入谐波分量;内置输出隔离变压器,采用零线及火线均隔离的隔离技术,可以进一步提高对负载的保护,有效地隔离零线的干扰,提高UPS系统的适应性等,都是UPS产品近几年来的先进实用技术()UPS电源规格要求普通计算机机房使用的UPS电源产品的主要技术指标如下
(1)输入指标额定电压380V AC-15%+15%o稳压精度±1%稳态;±5%瞬态瞬态电压恢复时间〈50ms额定频率50Hz-6%~+6虬频率同步范围士
0.5~±
0.3o频率精度±
0.5%(内同步)相数3(p4W+G电压波形失真度单谐波W3%;总谐波W5%功率软启动1015m内爬升到额定功率〜
(2)输出指标电压220V AC/380V AC(±5%可调)电压稳定率±
0.5/(本机振荡)输出频率50Hz±
0.5Hz可调整机效率96%功率因数
0.81(滞后)过载能力no%负载5h;125%负载15mino150%负载60s;250%负载200mso暂态反应:±
0.4%(100%负载变动);25ms恢复1%
(3)转换时间:停电和复电零中断(市电恢复重新启动)自动旁路BYPASS-NORMAL零中断;NORMALf BYPASS1ms维修旁路零中断4电池指标放电曲线按产品技术要求额定电压按产品技术要求稳定精度7%+1%〜5电磁干扰符合EN50091-2及IEC801-36长延时如正常供电中断,电池的供电时间按要求7电池65~200Ah8环境指标噪声W65dBA离设备1m处;保护等级IP3x;海拔rWj度V1000m环境温度0^40℃o相对湿度^90%25℃,无凝露9MTBF系统:35万ho10UPS应具有电池充电温度补偿,电池管理功能11应具备网络管理功能,用户可以通过一定的网络平台,以图形化的方式管理UPSo第三节UPS蓄电池的选择不少电气工程人员在配置电源时,往往比较注重UPS主机的性能,忽视了对UPS配套蓄电池的选择选择不恰当的配套蓄电池往往会造成UPS后备时间不足、电池不能放电等事故,严重影响UPS的质量
一、UPS蓄电池的各类UPS要求所选用的蓄电池必须具有在短期内输出大电流的特性目前,在线运行的蓄电池基本上有两种,都属于铅酸蓄电池一防酸隔爆铅酸蓄电池这种电池在早期的UPS系统中使用较多,只要维护得当就会有较长的使用寿命,但由于在运行中存在大量的电解液水分散失,需时常测量电解液的温度、密度,往电池内部添加蒸窗水,维护工作量极大,现在的UPS系统中已很少配用二阀控式密封铅酸蓄电池VRLA因其体积较小、密封性能好、绝少维护而被广泛应用于各类UPS电源中VRLA防止电池内部电解液流动有两种技术方法一种是将硫酸电解液与SiO,胶体混合后充满电池内部,制成胶体电池简称GELo这种产品产量较低,约占VRLA电池总量的15%o另一种是利用超细玻璃棉将电解液不饱和地吸附住,制成吸液式电池或者贫液式电池简称AGM由于后者具有较好的大电流放电性能,在UPS系统中较多采用,国内厂家也大多生产AGM蓄电池
二、UPS蓄电池的选择一蓄电池容量Ah的选择蓄电池容量Ah是指在标准环境温度下,每2V电池单体在给定时间至L80V终止电压时,可提供的恒定电流值A与持续放电时间h的乘积给定持续放电时间为10h的容量称为10h率容量,用符号C10来表示蓄电池容量可用
20、
10、
8、
5、
3、
1、
0.5h率等多种方法表示,普通采用C10作为蓄电池的额定容量来标称蓄电池额定容量是蓄电池的主要参数,不少工程人员就认为,两种品牌相同额定容量的蓄电池可以在同一套UPS系统中替代使用这种观点是有问题的,因为两种蓄电池具有相同额定容量,只表示它们的10h放电性能一致,但在lOmin和30min.lh和3h等时间内可提供的恒功率值和恒电流值可能差异较大,而UPS后备时间通常不到10h,所以UPS配用蓄电池时,考虑其在后备时间内的放电性能就尤其重要在已知UPS主机一些基本参数和确定蓄电池品牌后,就可以根据这一蓄电池品牌样本资料中提供的恒功率放电数据表或者恒流放电曲线,通过功率定型法或者电流定型法来计算确定蓄电池的容量和型号
1、功率定型法这种方法比较简便,根据蓄电池恒功率放电参数表可以快速准确地选出蓄电池型号首先计算在后备时间内,每一个2V的蓄电池至少应向UPS提供的恒功率为P=SS%NK式中SUPS标称输出功率;cospUPS输出功率因数;n—逆变效率;N——在UPS中以12V电池计算时所需的串联电池个数,由UPS正常工作电压确定;K一一系数,厂家提供的电池恒功率放电数据表普通是以2V单元电池为计算基准的,12V/节电池相当于6个2V单元串联,此时取K=6,如果电池厂家提供的电池功率放电数据表是以12V单元电池为计算基准的,则K=lo然后确定蓄电池的放电终止电压U为TU=U/N36Tmin式中,U--UPS最低工作电压min可以在厂家提供的UT下的恒功率放电参数表中,找出等于或者稍大于P的功率值,这一功率值所对应的型号即能满足UPS系统的要求如果厂家提供的表中所列的功率值均小于P,可通过多组电池并联来达到功率的要求,普通并联不应超过4组例如,一台80kVA法国梅兰日兰UPS后备15min系统,已知UPS输出功率因数coscp为
0.8,逆变器效率n为
0.94,正常工作电压为384V,最低工作电压Umin为320V,则配套蓄电池组N应为32节384V/12V12V/节电池串联,可以得出P=
354.6W,放电终止电压%=
1.67V如果选用美国GNB Sprinter系列电池,根据GNBSprinter样本提供的25℃时每单元恒功率放电数据表,查找15min列下等于或者稍大于
354.6W的功率值为373W,对应的型号为S12V370,其额定容量为100Ah,也就是说,用32节GNB S12V370蓄电池串联,可以满足该UPS系统的要求如果选用2V/节电池串联,则在2V系列电池的恒功率放电数据表中查出相应型号,整组串联电池数量为6No
2、电流定型法这是根据某一品牌蓄电池的恒流放电曲线来确定蓄电池容量和型号的方法首先计算UPS系统要求的蓄电池最大放电电流为I=scosp/n umaxmin式中各符号的含义与功率定型法中所定义的相同在计算出电池串联数量N和放电终止电压UT后,就可以根据UPS要求的后备时间从蓄电池恒流放电曲线中查出放电速率n,然后根据放电速率的定义n=I/Cmax10得出配置蓄电池的额定容量C10并确定电池型号下面仍以80kVA法国梅兰日兰UPS后备15min系统配套美国GNB Sprinter12V电池为例来说明首先计算蓄电池的最大放电电流I=
212.8A,每2V单元的放电终止电压U=
1.67Vomax T在Sprinter恒流放电曲线图中,根据后备时间15min和放电终止电压
1.67V,可得出放电速率n为
2.13C容量据此可得所需电池的额定容量为C=I/n=
99.9Ah即C max10C lOOAh所对应的型号为S12V370,即用32节GNB S12V370电池串联能满足系统要求10二蓄电池寿命的选择蓄电池的寿命有两项衡量指标一是浮充寿命,即在标准温度和连续浮充状态下,蓄电池能放出的最大容量不小于额定容量的80%时所使用的年限;二是80%深度循环充放电次数,即满容量电池放掉额定容量的80%后再充满电,如此可循环使用的次数通常工程技术人员仅注重前者,而忽略了后者80%深度循环充放电次数代表着蓄电池实际可以使用的次数,在时常停电或者市电质量不高的情况下,当蓄电池的实际使用次数已经超过规定的循环充放电次数时,尽管实际使用时间还没达到标定的浮充寿命,但蓄电池其实已经失效,如果不能及时发现则会带来较大的事故隐患所以,在选择蓄电池时对这两项寿命指标都应予以重视在市电时常中断的条件下,后者就尤其重要在选择UPS配套蓄电池时,应考虑足够的浮充寿命裕量根据经验,蓄电池的实际使用寿命往往惟独标定浮充寿命的50%80%这是因为蓄电池实际寿〜命与定义标准温度、实际环境温度、电池充电电压、使用维护等众多因素有关当实际环境温度比定义标准环境温度每升高10℃,蓄电池会因为内部化学反应速度增加一倍而导致浮充寿命缩短一半,所以UPS蓄电池机房应配备空调设备在定义温度值方面,欧洲标准为20℃,中国、日本、美国等标准为25℃20℃、10年浮充寿命的蓄电池如换算到25℃标准,仅相当于7~8年浮充寿命配套蓄电池的标称浮充寿命应该是用希翼的蓄电池实际使用寿命除以一个寿命系数后所得的数值这一寿命系数通常凭经验确定,蓄电池可靠性高的可取为
0.8,可靠性低的可取为
0.5o
(三)UPS蓄电池选择的其它问题
1、单个蓄电池电压的选择VRLA按单节电压分有
12、
6、4V/节和2V/节这四种不同形式从经济方面来看,UPS正常工作电压一定,选用的电池单节电压越高,电池组所用的串联电池数量越少,配套电池组的价格也越便宜但从安全性方面来看,选用的电池单节电压越低,整个系统越安全如果12V/节的电池坏了一节,整个蓄电池后备系统就少了12V,UPS主机就有可能开启低压报警功能使整个UPS系统不能正常工作所以在选用12V/节蓄电池时,多采用多组并联来达到UPS系统要求,万一有一组出问题,还有其他组的电池可运作
2、蓄电池所能承受的纹波系数在UPS系统中,蓄电池还起到滤波器的作用,承受UPS输入纹波电压和纹波电流的冲击如果所选蓄电池承受纹波系数的能力较差,而纹波系数又比较大,则会使蓄电池过早失效而引起不能放电的事故IEC蓄电池标准规定,VRLA应能承受
0.5%的纹波系数,但使用UPS的场合纹波系数都比较大,有的甚至达到2%,所以应对蓄电池的可承受纹波系数按实际情况提出要求
3、蓄电池性能均一性从理论上讲,蓄电池的电压、内阻、寿命等性能应该是一致的,可以无限多组数地进行并联以达到耍求的容量但在实际生产过程中,由于所用材料纯度、生产工艺、工作人员、生产环境温度等差异,同一条流水线上创造的蓄电池通常在性能上有一定的差异,即使同一品牌的同一型号在相同生产日期生产的蓄电池,其性能也不可能做得到彻底一致,这一点可以通过测量比较蓄电池的单节开路电压看出来工程人员有时采用便宜的小容量电池多组并联来达到UPS要求的较大蓄电池容量,如果采用性能均一性较差的电池多组并联,性能差、电压低的电池组就会将性能好的蓄电池组拖垮,导致整套电池系统的提前失效,在选择蓄电池时,应该在性能均一性方面提出要求当确定了蓄电池型号之后,在一套UPS系统中最好要求厂家提供同一批次的蓄电池产品,以减小性能方面的差异同样道理,不同品牌或者新旧程度不同的蓄电池,由于存在较大的性能差异,建议不要混合使用最后,要特殊指出的是,即使选择了恰当的VRLA,也需要进行一些必要的日常维护和管理,避免蓄电池过早失效
三、UPS蓄电池的维护随着科技的不断发展,UPS的性能越来越好,平均无故障工作时间越来越长,整机的可靠性越来越高做好UPS中消耗器蓄电池的维护变得尤其重要
(一)新电池的初充电新的蓄电池在安装完毕后,普通要进行一次较长期的充电,充电电源要按照说明书中的规定进行充电待电池组充电完毕后,进行一次放电,放电后再次充电,目的是延长电池的使用寿命,提高电池的活性和充放电特性
(二)定期充放电UPS电源内部的蓄电池长期闲置不用或者使蓄电池长期处在浮充状态而不放电,会导致电池中大量的硫酸铅吸附到电池的阴极表面,形成所谓的电池阴极板的“硫酸盐化”由于硫酸铅是一种绝缘体,它的形成势必对电池的充放电产生极不好的影响,因为在阴极板上形成的硫酸盐越多,电池的内阻越大,电池的可充放电性能越差,从而导致电池“老化”、“活性”下降,使蓄电池的使用寿命大大缩短应该每隔34个月,人〜为通过中断市电或者通过软件/硬件控制手段将UPS的整流器/充电器置于关闭状态,让UPS中的蓄电池放电对于这种为“激活”电池而进行的电池放电操作,它的放电时间以控制在正常放电时间的1/31/4为宜
(三)严禁深度放电密封免维护蓄电池的使用寿命与蓄电池的放电深度密切相关放电深度是指用户在蓄电池使用的过程中,电池放出的安时数占它的标称容量安时数的百分比深度放电会造成蓄电池内部极板表面硫酸盐化,导致蓄电池的内阻增大,严重时会使个别电池浮现“反极”现象和电池的永久性损坏电池的放电深度严重影响电池的使用寿命,除非迫不得已,不要让电池处于深度放电状态
(四)尽量避免过电流充电过电流充电易造成电池内部的正负极板弯曲,使极板表面的活性物质脱落,造成电池可供使用容量下降,严重的会造成电池内部极板短路而损坏
(五)尽量避免蓄电池过电压充电过电压充电往往会造成蓄电池电解液所含的水被电解分离成氢气和氧所而逸出,从而使电池使用寿命缩短
(六)更换活性下降、内阻过大的电池
(1)随着UPS电源使用时间的延长,总有部份电池的充放电特性会逐渐变坏,端电压明显下降,这种电池的性能不可能再依靠UPS电源内部的充放电电路来解决,继续使用会存在隐患,应及时倒换
(2)由于蓄电池的内阻增大,用正常的充电电压对电池进行充电已不能使蓄电池恢复其充电特性的电池应及时更换电池的内阻普通在1030mQ,如电池的内阻超过200mQ±,〜将不足以维持UPS的正常运行,对内阻偏大的电池必须更换
(七)避免蓄电池新旧混用或者新旧电池混合充电由于新电池的内阻都比较小,而旧电池的内阻都有不同程度的增大,当新旧电池混合在一起充电时,由于旧电池的内阻大,分压会相对偏大,极容易造成过电压充电现象;而对于新电池,内阻较小,充电电压小但电流偏大,又容易造成过电流现象,所以在充放电过程中应避免新旧电池混充
(八)蓄电池的使用环境电池的使用环境与环境温度密切相关,电池处于较低温度时,蓄电池中的锌板容易粉化,失去蓄电性能,造成永久性损坏温度过高时,电池的容量也会下降,严重的会造成永久性损坏根据电池厂家的技术规范,电池的最佳使用温度是20~25℃,在该温度范围使用,可延长电池的使用寿命总之,做好UPS蓄电池的维护工作,可以减少UPS的故障,提高系统运行的稳定性通过对电池的维护可以提高电池的使用寿命第四节机房照明机房照明是一门电气和建造装修艺术相结合的科学技术,是机房建设的重要组成部份根据不同机房的建造要求和环境的特点,照明设计是不一样的,但都会从以下几个方面考虑计算或者查找到合适的照度水平、处理好空间亮度分布、把握色温和显色性、对眩光加以有效限制、创造正确地投光方向等,从而构建完美的造型和立体感,建立良好的视觉环境
一、相关的照明理论
(一)照度水平照度表面上一点的照度是单位面积上的光通量照度是指落在表面单位面积上的光照总量或者光通量,由符号E表示,计量单位是lx(勒克斯)Ux=llm/ni2(流明/ni2)式中(P—光通量,根据辐射对标准光度观察者的作用导出的光度量,单位,1m(流明);A—光照面积我国制定的建造照明设计标准GB50034-2004中,提出了相关环境的照度等级范围,而且照度标准是按
0.
5、
1、
3、
5、
10、
15、
20、
30、
50、
75、
100、
150、
200、
300、
500、
750、
1000、
1500、
2000、
3000、50001x系列分级的下表中一些实例可以匡助读者对照度有感性理解表常用照度类别数值类别数值夏日正午在多云的天空下100000人造光,在普通的起居室100同上,但在阴影里10000街道照明
5、30户外,在弥漫厚重云层的天空下5000满月,在明净的夜晚
0.25人造光,在光亮的办公室里_________1000_____为了描述表面照度变化的量值,提出了照度均匀度的概念在离地
0.75m的水平面上产生的最小照度与平均照度之比为了使机房具有同等照度水平,照明灯具布置应使得照度均匀度大于
0.7,否则应重新选择和合理布置灯具,方能取得满意效果
(二)亮度分布亮度是人的眼睛对物体的璀璨程度的主观感觉,即物体表面反射出的光,定义为单位投影面积上的发光强度,单位为cd/m(坎德拉/m2)2以照度为例,把一张白纸放在黑色桌上,白纸的亮度会高于桌子,但是两者的照度却彻底相同,主要因为纸张和桌子的反射率并不相同光的空间分布会创造璀璨区和阴影区,而它们也都是一种亮度分布亮度分布必须作到令人满意,这意味着照明品质的评估有一定的主观因素对室内来说,良好的照明并不能弥补拙劣的室内设计例如,不要使用反射率非常低的天花板、墙壁、窗帘等,因为它们与周围环境的搭配不可能作到令人满意的视觉效果照明虽能改善这种情形,但最后的结果不会很好要在室内得到令人满意的照明效果,通常视觉内的亮度对照度最好不要超过3,也不要小于1/3还要注意工作区和非工作区的O亮度对照度不应一样
(三)色温和显色性
1、光的色温光的色温是用来描述光的表现颜色(色表)的光学参数,如日出和日落先后的色温较低,约20004500K;〜中午先后约为6000K;晴朗的天空会大于10000K;火把光谱色温惟独2000K摆布白光是由光谱中的多种光所构成的来自热辐射、太阳或者白炽灯的光,可分析出完整的光谱:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫但不是所有的光源都可分析出完整的光谱,如果可分析出完整的光谱,就必需涵盖多样的光在建造照明设计标准GB50034-2004中,按三组给出了光源色表分组列表,见下表表光源色表分组色表分组色表特征相关色温(K)稳态频率偏移范围(Hz)±
0.2±
0.5±1电压波形畸变率(%)5710允许断电持续时间(ms)0~44〜200200^1500在智能建造工程中,较为重要又有一定规模的计算机机房,普通都按A级设计方案
(二)负荷等级和额定容量依据计算机的用途和性质以及负荷分级的规定,采取相应的供电技术对于一级负荷采用一类供电,重要机房供电属于一级负荷,按一级负荷的供电要求,必须保证两个以上独立的电源点供电,采用采用两条专用干线引进,两路独立电源在末端互投,建立不停电系统,而且要保证供电的质量;对于二级负荷采用二类供电,建立带备用的供电系统;对于三级负荷采用三类供电,按普通用户供电考虑机房用电系统要求提供的电源额定容量普通以两种方式给出
(1)确定机房用电系统的总功率大小或者机房用电系统的总电流这是选取电力设备、总断路器、供电电缆、机房的总发热量以及精密空调时都必需考虑的问题通常供电总功率应留有不少于25%的余量
(2)确定各机柜、分机、设备等所要求的工作电流这对设计计算机机房的配电柜、选取合适的传输导线和分路开关也是必需的针对电气设备额定电流,在整定总断路器和分路开关时要注意电气设备的启动电流值在进行方案设计时,有些经验数据可供估算时参考,如1)UPS功率主机房可按350W〜400W/m2计算;照明用电可按15W、20W/m2计算2)空调机电功率要根据机房制冷量考虑主机房制冷量按400W/m2计算,辅助机房制冷量按300W/m2计算,然后再根据电气设备不同的效率和换算系数,确定空调系统用电负荷量
(三)电源的可靠性我国的低压供电系统采用的是三相四线制,相电压为220V,线电压为380Vo计算机系统一般要求三相五线制,即三根相线、一根零线、一根地线,地线单独接地,不与零线共地在同一个计算机供电系统中,送给各部份负荷的电压可以有220V和380Vo重要机房,包括计算机机房、网络机房、消防和安防控制室、楼宇自控室、卫星电视前端机房、通信(模块局)机房、消防电梯机房等的供电,应采用双路电源末端互投,其配电柜(箱),需敷设专用路线计算机网络机房的双电源末端自投电源质量应按照A级标准进行设计和施工,即采用三相五线和单相三线制,在稳态下,应达到电压为380(1±2%)V[220(1±2%)V]、频率为(50±
0.2)Hz、波形失真不大于5%、瞬时断电时间小于4ms,并且根据用电设备对供电的要求,增加UPS不间断电源消防泵房、排烟设备机房、应急照明配电箱、专用空调等也应按双电源末端自投设计,其供电容量、配电柜(箱)的总开关截流量,除满足现实用电之外,应留有一定余量,各柜(箱)也应留出一定数量的备用出线回路火灾自动报警系统除主电源外,还应配备直流备用电源火灾自动报警系统的主电源开关,不应采用漏电保护安防系统的前端摄像机由安防中心专线集中供电距离太远的亦可就近供电,但电源的通/断控制需由安防中心操作当电压波动超出+5%、―10%时,设稳压电源装置,其标称功率不得小于系统使用功率的
1.5倍其余的电源技术指标,应符合GB50174—1996《电子计算机机房设计规范》的要求
(四)防雷和接地暖小于3300I中间33005300II〜冷大于3300III机房的工作环境普通要求中间色表特征,考虑到相关照度在5001X摆布取值,照明设计会作到比较舒适的效果选择冷色调还是暖色调,是与选择灯具、光源的色温和显色性能指数是密切相关的
2、光的显色性光源是热辐射且是以全波长连续性光谱方式显示的普通来说,有相同色温的光源将会显示相同的色采当反射的入射光也落在光谱的波长中,将由表面色采显现得知其颜色用普通显色性指数Ra作为表示光源显色性能的指标,它是根据国际照明委员会CIE规定的8种不同色调的试验,在被测光源和参照光源照明下的色位移平均值确定的CIE将灯的显色性能分为4类IA、IB、II、III、IV oRa的理论最大值是100,机房操作间照明光源的显色指数Ra不应小于80,并提出了每类灯的合用场所CIE于2001年颁布的CIES008/E-2001《室内工作场所的照明》比较符合我国的实际状况,可作参考
3、显色性指数Ra的标准颜色在1965年,CIE开辟了一种以八种标准色样为基础量化其显色性的方式首先,先测量得知该光源的色温,再算出在此光源下与同色温的基准光源比对这八种色样的偏离率,而比对这八种色样比率的数据就称为显色性指数由无显色性的低压钠灯单色光源到指数100的基准光源,这个数据差距是相当大的在GB50034—2004《建造照明设计标准》中指出8个一组色试样的CIE1974特殊显色性指数的平均值,通称显色性指数,等号为Rao下表是时常被选用灯具光源的显色性指数Rao表常用灯具光源的显色性指数光源种类显色性指数Ra光源种类显色性指数Ra白炽灯泡100低压钠灯泡-44日光灯管3365高压钠灯泡265472高压水银灯泡4582/83/8486免用安定器水银灯泡6093/94/9693复金属灯泡70当数据低于25,其显色性指数已无实用价值在工程中,视觉表现和视觉满意度大多来自人们对实体的视觉感知照明使人们能决定对于实体的视觉感知,它给出一种方法将参数量化,例如对视觉表现很重要的照度、亮度和眩光;此外,它也使人们能控制事情,例如气氛、色相、显色性、亮度成份、对照和所用材料的特性基本上,只要能创造出视觉表现和视觉满意度完美平衡的照明环境,应当说这样的照明是良好照明视觉环境包含机柜、设备、天花板和墙壁、砖块木头等建造材料以及窗户和门等设施,构成机房内的周围环境四眩光限制眩光是由于视野内亮度的分布不适当,或者空间上浮现极端亮度对照,以致于引起不舒适的视觉状况眩光随着光源亮度增高以及与眼睛的角度加大而加重;同时又随光源与视线夹角增大和背景亮度的增高而减弱建造照明设计标准GB50034-2004对各类照明场所的统一眩光值UGR作了要求,例如在计算机站内,当照度为5001x,显色性指数Ra为80时,在
0.75m的水平面上其UGR值应限制在19摆布直接眩光限制量分为无眩光感、有轻微眩光感、有眩光感三个等级由特定表面产生的反射而引起的眩光通称为反射眩光,可以采取一些措施予以减少如将灯具安装在工作位置的正前上方40以外区域;采用低光泽度的表面装饰材料;限制灯具的表面亮度不能过高;照明设计中要考虑照亮顶棚和墙面,降低亮度对照等机房眩光限制标准可按下表分为三级表机房眩光限制标准眩光限制等级眩光程度合用场所无眩光主机房、基本工作间I有轻微眩光第一类辅助房间II有眩光感觉第
二、三辅助房间III由于眩光会直接影响人员的工作情绪,GB50034-2004提出了在主机房、基本工作间采用限制工作面上的反射眩光和作业面的光幕反射的措施1使视觉作业不处在照明光源与眼睛形成的镜面反射角上2采用发光表面积大、亮度低、光扩散性能好的灯具3视觉作业处家具和工作房间内应采用无光泽表面
二、机房照明设计一照明设计准则机房的照明设计要达到照度、均匀度、眩光限制标准的要求,需要考虑5项照明准则照明水平、视野内亮度分布、免受眩光干扰、光照的空间分布、颜色呈现和显色性这些对自然光和人造光以及两者结合光的环境条件都是合用的大型机房更应注意绿色照明、节约能源和保护人们的身心健康
(二)机房照明的照度标准机房的平均照度、眩光限制标准和相应措施,以及机房的其他技术要求,包括布局、面积、人机环境是、噪声、电磁干扰等,在建造设计标准GB50034—2004对此都做了明确规定
(1)主机房的平均照度可按
300、5001X取值
(2)基本工作间、第一类辅助房间的平均照度可按
100、
150、2001X取值
(3)第
二、第三类辅助房间应按现行照明设计标准的规定取值同时,还对机房的运行环境与照度取值的关系作了明确规定,如间歇运行的机房取低值;持续运行的机房取中值;连续运行的房间取中值;无窗建造的机房取中值或者高值
(三)光源和灯具照明设计的光源选择和灯具选型很重要在选择满足显色性、启动时间、照度要求的光源后,根据光源、灯镇流器等的效率寿命及价格等因素综合比较后确定灯具的型号及规格普通情况下,主机房的照明采用细管径直管型荧光灯光源惟独在某些电磁干扰要求严格的场所、要求快速点燃的室内外环境中采用白炽灯光源而且,其额定功率不应越过100W照明灯具的选型应在满足眩光限制和配光要求的条件下,选用高效灯具,并配用电子镇流器或者节能型电感镇流器所谓高效,按市场产品和规范要求不应低于65%(玻璃或者透明塑料保护罩),隔栅灯具的效率应大于60%0
(四)机房照明设计方法机房照明设计包括平面和系统首先要认真进行机房照明的需求分析,如机房照明设计要求光线要柔和,适合人体的生理需要,不能因照明电源产生干扰而影响计算机的工作照度值按《电子计算机房设计规范》选择主机房内在离地面
0.8m处,照度不应低于3001X;辅助机房内照度不应低于1501X;应急照明应大于301x;紧急出口标志灯、疏散指标灯照度应大于51xo在主机房内基本工作间无眩光,眩光限制等级为I级;第一类辅助房间眩光限制等级为n级,可以有轻微眩光;第
二、第三类辅助房间眩光限制等级为in级,允许有眩光感觉等在灯具选择及布置时,除根据机房电气设计规范对照度的要求外,还应充分结合自然采光及墙面反射率等因素来计算确定灯具数量普通机房照明功率密度(W/昨)的现行值可按18W/in计算各功能房间采用嵌入式格栅荧光灯具在灯的布置上,根据安装高度(即吊顶高度)决定灯具间隔在保证照度的前提下,充分考虑照度均匀性和有效抑制眩光等因素成排安装的灯具,光带应平直、整齐工作区内普通照度的均匀度(最低照度与平均照度之比)不宜小于
0.7o非工作区的照度不宜低于工作区平均照度的1/5除了各机房按要求布置灯具外,同时要考虑应急照明要求在市电停电后,为保证工作人员做存盘等紧急处理,机房内布置一定数量的应急照明灯具采用高效应急照明灯,当市电停电后自动投入应急照明由UPS电源供电,灯具布置均匀无死角保证应急处理后,人员能安全快捷地沿通道向出口在应急出口疏散图3-11所示为普通机房内布置应急照明灯具的形式照明箱供电路线设计中,除了普通性的供电路线外,应考虑有1/3摆布的UPS供电,以保证在应急状态下的人员疏散照明灯具的控制要分区、分路、集中控制,特别是大面积照明采用电子镇流,当采用电感镇流器时,应加电容补偿器图3-12所示为主机房灯具的分区、岔道集中控制方式此外,机房内应设置备用照明,备用照明是正常照明的一部份,其容量普通是正常照明的1/10o机房还要设置疏散照明和安全出口标志灯,其照度不应低于
0.51x机房照明路线通常穿钢管暗敷或者在吊顶内穿钢管明敷第五节机房防雷接地及安全供电
一、机房接地系统随着计算机技术及网络技术的迅猛发展,在各类计算机机房、数据中心、网络中心拥有数台、数十台乃至数百台计算机或者服务器的情况越来越普遍如何更高效、更安全地管理这些报务器或者计算机,成为机房管理人员及操作维护人员必须面对的课题,如机房的环境条件、电气技术、机房装饰及防雷接地等存在的机房安全问题这里首先介绍机房的电气接地、防雷系统安全机房电气接地系统有四种1交流工作接地,接地电阻不应大于4Q o2安全工作接地,接地电阻不应大于4Q o3直流工作接地,接地电阻应按计算机系统具体要求确定4防雷接地,应按现行国家标准GB50057-19942000版《建造物防雷设计规范》执行目前,可行而又经济的接地方法是将交流接地和安全工作接地合二为一,与直流接地、防雷接地分别用三根接地引线引至大楼的地面总等电位连接箱,再将它们引至避雷地桩形成综合接地网,这样他们就有同样的电位,在发生雷击时,不会发生雷电反击而损坏设备只要接地电阻小于1Q,就可保证接地线间不产生电位差、不相互干扰,也是工程上最常见的做法为了保证接地电阻小于1Q,将采用优质的接地体和引下线,根据实际情况综合运用深埋、添加降阻剂、增大接地线横截面面积、增加接地体数量等方法来降低接地电阻,以达到国家标准的要求若防雷接地一定要单独设置接地装置时,其余三种接地宜共用一组接地装置,其接地电阻不应大于其中最小值,并应按现行国家标准《建造物防雷设计规范》的要求采取防止反击措施但是,交流与安全工作接地、防雷接地、直流接地分开的方式存在一个问题,即在发生雷电反击时,容易损坏设备必须使防雷接地与其他两种接地间有一定的距离,方可避免雷电反击的破坏由于直流接地与其他接地是分开的,来自其他接地线的干扰也可消除但重新打接地地桩,费用比较高,而且普通建造物受周围环境的限制,此外找地桩有一定的艰难在TN-S系统中,交流工作地和安全保护地分别取自电源供电线上的N线和PE线联合接地的电阻普通都要求满足R1Q的规定据有关调查材料报导北京、上海、重庆、深圳和海南等地的一些高层建造项目的联合接地电阻大都为
0.2~
0.5Q,某些高层建造个别测试点接地电阻最大无非
0.8Q联合接地电阻不应大于1Q的要求,是设计规范要求的一个最低限值,在具体工程中应越小越好如达不到要求,应增加接地体数量或者采取人工降阻措施来满足实测要求由变电所引至机房的主馈线电缆有两种接法1当变电所与机房处于同一建造内时,由变电所低压柜引出的馈线,进机房UPS电源管理间的电缆采用三相五线3L+N+PE绝缘防火电缆2当变电所与机房处于不同的建造内时,由变电所低压柜引出的馈线,进机房UPS电源管理间的电缆可采用三相四线3L+N绝缘防火电缆,在入户处做重复接地,并在此后变为三相五线,引出的PE线联至各级设备对直流工作接地有特殊要求且需要单独设置接地装置的电子计算机系统,其接地电阻值及与其他装置的接地体之间的距离应按计算机系统及有关的规定的要求确定当多个电子计算机系统共用一组接地装置时,应将各电子计算机系统分别采用接地线与接地体连接电源电缆PE线在电源管理间的互投切换箱内,需作辅助等电位接地端子排一定要做直流工作接地的程控交换机房和计算机网络设备机房,在总体规划时应邻近于计算机机房电源交流工作接地和安全接地取自计算机机房电源管理间,单独从变电所总等电位接地母排上,用截面积不小于16nw绝缘防火电缆引至有直流接地的机房,在设有专用金属接线箱做直流接地端子排,供直流接地设备端接使用变电所总等电位接地母排应设避雷器、放电间隙或者浪涌电压抑止器等保护装置,以防雷击时接地装置电位升高、通过接地线反击电气设备、引起直流电位较大波动而导致电子设备工作失常凡外露的正常状态下不带电的电子计算机系统设备金属壳体,必须与保护接地装置可靠连接接地装置焊接应当坚固,需涂复部份涂层要完整交流电源路线不要与直流工作接地线紧贴平行敷设此外,机房内防静电活动地板而定,至少要大于
0.3m沿机房四周墙线用20mm34mm扁钢要求高的机房采用30mm33mm铜带敷设,并将活动地板金属支架管脚做多点重复接地焊接,在近电源管理间侧用6mm2以上的铜芯绝缘线穿钢管或者PVC管,接入电源管理间内的辅助等电位接地母排,连同沿墙敷设的扁钢带共同构成安全可靠的等电位平面这样,机房地板下面形成为了屏蔽,保护各种信号路线免受电磁干扰,如图3-14所示工程的设计阶段,在有时不知道信息系统的规模和具体位置的情况下,若估计将会有信息系统,应在设计时就将建造物的金属支撑物、金属框架或者钢筋混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地等与防雷装置组成一个共用接地系统,并应在一些合适的地方预埋等电位联结板
二、机房防雷系统机房电源系统的防雷设计,必须满足GB50057-19942000版《建造物防雷设计规范》和GB50343-2004《建造物电子信息系统防雷技术规范》的相关要求建造物的雷电防护是分区的,除屋顶天线以外的智能化设备大都在LPZ1以内,普通情况下机房处于LPZ2区域低压电源系统最易受到雷电的干扰,产生瞬间过电压现象,于是影响设备的正常运行甚至损坏设备因此,为了保护设备的安全,首先应该对设备的电源系统施以保护,采取措施将可能产生的各种电源干扰限制在设备能够承受的范围之内,并将浪涌电流引入接地网络一机房电源系统的防雷根据机房大小及设备保护的重要程度,采用一级、二级或者三级防雷,设备末端需要有防浪涌插座在大楼低压配电屏已设置一级电源防雷装置的基础上,至少在机房配电柜上□再加设二级电源防雷装置防雷器装置在接地、连接等方面均须满足国家标准在设备终端处采用带突波吸收功能的电源插座为设备提供电源,对设备进行防浪涌保护此外,机房电源进线应执行《建造防雷设计规范》采取防雷措施独立的电子计算机机房电源应采用地下电缆进线当不得不采用架空进线时,应在低压架空电源进线处或者专用电力变压器低压配电母线处装设低压避雷器图3-15是TN-S系统浪涌电压保护原理图配电柜采用的空气开关应选择进口或者合资产品配电柜内的二级电源避雷器,选用进口可靠性高的产品,容量260kA8/20ps的型号二机房信号系统的防雷根据配置要求,机房内的在安装电源防雷器的同时必须加装信号避雷器,以便保护与通信网络、数据网络和计算机网络相连的重要设备1所有建造物进出路线含天馈路线均应加信号防雷器2网络布线系统机房总进线部份加装信号防雷器,在部份特殊重要的服务器或者设备前加装避雷器,对此类特殊重要设备进行保护图3-16是数据通信系统浪涌电压保护原理图3设备监控系统所有模块加装信号防雷器图3-17是电视监控系统浪涌电压保护原理图4门禁系统在门禁管理主机前加装信号防雷器所有信号避雷器应具备以下功能1保护1000/100/10BASE-T以太网接口卡和LAN设备接入线2保护数据终端有个人电脑串口3在持续性故障时具有失效保护短路功能4在长期持续性过压、异常强烈的雷电冲击情况下,要安全断开
三、机房静电防护系统静电对电子计算机的主要危害是由于静电噪声对电子路线的干扰,引起电位的瞬时改变,甚至击穿器件,导致存储器的信息的丢失或者误码静电的产生因素不少,其中与机房的湿度有关相对湿度越低,即越干燥,静电电压越高,影响电子计算机设备的正常工作越明显据有关实验数据表明,当计算机机房的相对湿度为30%时,静电电压为5000V;当相对湿度为20%时,静电电压就到了10000V;相对湿度降到5%,则静电电压可高达20000Vo静电不仅会使计算机设备的运转出故障,而且还会影响操作人员的身心健康,给操作人员带来心理上的极大不安,降低工作效率人在机房内的活动是在地面上进行的,铺设防静电地面是机房建设的重要环节常用的技术措施有以下几条1基本工作间不用活动地板时,可铺设导静电地面,导静电地面可采用导电胶与建造地面粘牢导静电地面的体积电阻率均应为
1.03107^
1.03lOio^2cm,其导电性能应长期稳定2主机房内采用的活动地板可由钢、铝或者其他阻燃性材料制成活动地板表面应是导静电的单元活动地板的系统电阻应符合现行国家标准《计算机机房用活动地板技术条件》的规定3主机房内的工作台面及坐椅垫套材料应是导静电的,其体积电阻率与导静电地板相同4主机房内的导体必须与大地作可靠的连接,不得有对地绝缘的孤立导体5导静电地面、活动地板、工作台面和坐椅垫套必须进行静电接地6静电接地的连接线应有足够的机械强度和化学稳定性导静电地面与台面采用导电胶与接地导体黏接时,其接触面积不宜小于10cm2o7静电接地可以经限流电阻及自己的连接线与接地装置相连
四、影响机房系统的安全因素和保护措施机房是设备密集、数据集中、投资较高的工程项目,于是也就成为智能建造信息技术水平展示的窗口机房系统中运行的存储设备、服务器、通信网络设备以及这些设备中存储与处理的数据所蕴藏的价值是巨大的数据的集中给用户带来的效率和风险并存,中心机房系统任何一个点上发生的故障都有可能影响到泛博的区域以往发生的一些案例说明,机房浮现的故障和事故给工程和单位造成为了巨大的损失因此,业主对机房区域的安全要求往往是智能建造中最高的这种要求不是单方面的入侵报警,而是对整个机房系统安全的全面保障
(一)火灾机房火灾主要指的是设备、路线等,因技术和维修上的原因引起的火灾其中,设备火灾是机房火灾中最常见的一种这种火灾主要是由于设备自身的缺陷、维修不当、年久失修或者使用不当、管理制度不严格而造成的,也有因设备、路线老化造成的(-)电气干扰电磁干扰电气设备中元器件产生的射频干扰和输电路线中产生的电磁干扰严重时,也能破坏系统的稳定雷电感应是电磁噪声中破坏力最强的,会导致电涌进入电气和通信路线一个持续电涌可高达7000V,可在路线内走1600多米电压波动是一种常见现象,当变压器容量偏小时,由于整个供电系统负荷的变化,容易引起电源电压的波动对于一些敏感设备,会引起故障干扰类型主要有瞬变、尖峰、浪涌等供电系统故障产生的过流或者短路都足以引起开关跳闸,造成供电系统中断停电的时间有长有短,造成的影响和损失有大有小路线的过流或者短路有时会引起火灾
(三)温湿度机房的每台设备都有大量的集成电路、半导体器件、电阻器、电容器等,它们对环境温度变化比较敏感,当温度过高时,可能会使某些元器件不能正常工作甚至彻底失去作用,从而导致机房电子设备的故障因此,必须按各设备的要求,把温度控制在设备要求的范围之内除此之外,还要把湿度控制在规定的范围之内当相对湿度低于40%时,空气被认为是干燥的;而当相对湿度高于80%时,则认为空气是潮湿的;当相对湿度为100%时,空气处在饱和状态在相对湿度保质不变的情况下,温度越高,水蒸汽压力增大,水蒸汽对机房电子设备的影响越大随着压力增大,水蒸汽在元器件或者由介质材料表面形成的水膜越来越厚,造成“导电小路”,针对供电设备则会浮现飞弧现象,引起设备故障在相同的条件下,相对湿度越低,即越干燥,静电电压越高,影响电子计算机设备的正常工作越明显
(四)尘埃灰尘对电子计算机设备,特殊是对精密机械设备和接插元件的影响越大由于通过空调系统、缝隙渗漏、工作人员出入等因素把大气中的灰尘带进了机房,因此机房内存在一定数量的灰尘是不可避免的,但可以尽量减少在电子计算机的各种设备中,最怕灰尘的是磁盘存储器,特殊是密封性差的软盘驱动器更易受灰尘的侵害为了有效地保证机房的安全和减少机房的灰尘,除按机房洁净度要求建设外,严格控制进入机房的人员,要按所去的部位和人员的职责,实行不同的管理与方法也是非常必要的
(五)其他雷击、漏水、污染、噪声、照明、振动、承重、鼠害、管理等安全问题都是机房安全的因素,有待设计和运行中不断的加以解决综合起来说,可以从以下几个方面考虑解决机房安全的措施1执行关于机房安全的国家标准如《计算机站场地安全要求》是关于机房系统安全的国家级标准,是解决机房系统安全问题的一本指南2建立严格的安全制度机房安全管理制度是业主根据本单位情况对机房投入运行后的日常管理所做的规定,包括值班制度、操作规定、检修制度、账号管理制度、保密制度、人员的进出管理等3采取精密综合性的安全措施如建立火灾报警及灭火系统、健全人员管理制度、设计安防系统、减少电气干扰、使用专用供电路线、主要设备用不间断电源供电、采取良好的接地、屏蔽、等电位连接、避雷等措施为了保障室内的温湿度,装设精密空调此外,铺设抗静电地板是一条有效的抗静电措施4计算机系统要用专用供电回路供电,主要系统供电要配UPS电源对重要的计算机系统要保证电源的冗余备份,如双回路、双UPS、发机电组等计算机的电源插座应该是专用的,连接到单独的开关上,不要与其他电气设备共用,最好能屏蔽计算机的电缆,减少噪声干扰对系统的威胁5计算机主机设备应远离有噪声的电气设备,如空调、工业机床、复印机等主机房与空调机房应分区域设置6电源线应安装避雷设备,最好能从总配电箱、分开关箱、UPS输入端分别做避雷防护作好三级SPD避雷防护计算机系统接地线按规范选取,线径不能随意各个设备都要接地,合理的接地可以减少由电源本身产生的噪声,抵消闪电噪声和电涌干扰,减少电击的危wei险,保证人身安全7弱机电房的机柜、单侧原源配线加单面设接线排,柜内上部设搁板放置有辉碎银源设备如路由器和集线器等合理布线才干保证电气安全应当做到隔离度好和维护检修方便许多成品机柜和单侧有源配线架存在电气隐患强、弱电路线在机柜背面交叉严重,机房内配电设备没有统一要求目前做法大多是利用机柜背面是、底部或者上部空余地方任意摆放保护开关和电源插线板,有的甚至把电源插线板悬吊在空中有时对机柜进行操作管理显示了会无意地造成情况,这样很容易导致接触不良或者漏电使设备发生掉电故障,甚至引起电气火灾接地极的接地电阻,当系统采用联合接地时,RW1Q北京地区可按
0.5Q考虑采用单独接地时,RW4Q o在总配电室要做总等电位连接,各楼层的智能化系统设备机房、楼层弱电间、楼层配电间的接地,采用局部等电位联接贯通弱电竖井的接地干线,应当是镀锌扁钢,截面尺寸不小于40mm34mm,如果竖井内放置有源HUB机柜,则弱电竖井的尺寸应适当加大,并配AC220V,50Hz电源机房的重要设备和配电柜箱,必须按GB50057—19942000年版《建造物防雷设计规范》
6.4的规定设计防雷击电磁脉冲的措施,并安装SPD电涌保护器、做好等电位连接
二、机房供电系统设计机房在智能建造中的重要性确定了安全、可靠是供配电系统设计的关键出发点由于机房的供配电系统、照明、设备防雷、机房接地、UPS不间断电源等与普通的强电设计有所不同,又与弱电专业的十几个子系统密切相关因此,它们处于强、弱电专业设计分工的接合部有两种专业技术规范在这些界面上,有些规定也不十分明确,带来的问题是机房各子系统的设计深度差距较大;几个主要弱机电房预留的位置不合适,面积过大或者偏小;弱电竖井中遗漏接地干线和电源插座;UPS电源容量、支持时间长短不一;UPS电源供电方式是采用集中式还是分散式不能确定子系统的供电和接地方式不规范等一部份设计文件中,还时常发现有文字说明描述不清晰、系统图和平面图五花八门、图形符号不按现行制图标准绘制等问题工程建设,设计先行要克服上述问题,除了遵守规范以外,熟悉机房供电设计的特点也十分必要-机房常用的供电方式1直接供电将变电所送来的工频交流电直接送给计算机设备配电柜,然后再分配给计算机设备直接供电方式具有设备少、投资运行费用低、供电简单、维修方便等优点缺点是对电网质量要求高,容易受电网及负载变化的影响普通来说,大中城市的供电系统可以满足主机及外围设备对电网质量的要求,但设计时要注意避免机房附近有较大负载的启动、电磁干扰等情况2隔离供电在交流进线后面加一个隔离变压器,然后再送给计算机隔离变压器的一次侧和二次侧之间均加屏蔽层,并各引出一个抽头与一次侧、二次侧的零线连接,再经耦全电容接地,对电网瞬变干扰有隔离和衰减的作用3交流稳压器供电50Hz的工频电源经交流稳压器后,再供计算机使用,可以衰减许多暂态冲击、幅度波动和电压脉冲,但无法纠正电源频率波动4发机电组供电某些电网电压不稳定时或者在特定环境下,需要外电网交流输入,经整流后驱支直流机电,再带动发机电产生交流输出若电网停电,可利用蓄电池提供直流驱动,满足一段时间内不停电的需求通过测速机电和惯性飞轮等装置调整输入/输出电流,使输出电压和频率不随电网的波动而变化5不间断电源UPS供电由于采用了脉宽调频技术、高效功率器件的成熟、微处理器的发展等因素,不间断电源已经成为计算机机房供电的主要手段不间断电源最大的特点在于不间断性,而且能最大限度地提供稳定电压,隔离外电网的干扰外电网一旦停电,UPS能在设备所允许的极短期内微秒到毫秒级自动从备用能源经逆变器变换成电压、频率和相位都与原供电电源相同的电能继续向计算机供电或者平时由逆变器供电,只在逆变器发生故障时,由静态电子开关自动将复读机瞬时切换到外电网供电或者切换到另一台与之并联的UPS上,实现不间断供电UPS提供的电源具有较高的电压和频率稳定性,波形失真也较小,干扰更优于外电网,是计算机系统最理想的供电方式几乎所有的重要计算机设备都采用UPS供电
(二)电源布置和系统设计设计和施工必须充分了解并掌握供电对象充分搜集机房设备和系统的资料才干做好电源布置和系统设计,从而合理地满足机房用电需要机房应单设电源管理间,用符合防火要求的隔墙与弱电设备隔离,避免电源管理间噪声、蓄电池酸碱液渗漏和电气火灾等事故传播到计算机设备机房内计算机设备机房与电源管理间中间设单扇朝电源管理间方向开启的连通门,还可考虑设置玻璃观察视窗电源管理间应做水泥地面,为防潮、防湿可砌高
0.3~
0.5m的水泥平台搁置配电柜和UPS电源等举例说明如下
(1)负荷统计某机房根据服务器群、交换机、计算机主机、精密空调、各种动力、照明等负荷的统计计算,确定在电源室安装2台300kVA全数字型UPS,构成并联冗余系统;电池采用单台30min支持时间;配电柜10台;照明箱2台
(2)系统构成根据上述负荷分布状况,分别由楼内两个10kV变电所不同变压器的母线出线柜上,各引两路独立的380/220V三相四线电源送至UPS配电间,其中两路为UPS配电系统的输入电源,总进线开关长延时整定800A;另两路为空调供电电源上述电源再由UPS配电间的输出柜,将两路UPS电源和两路空调电源,分别经两处电气竖井引至主机房配电定,再经相关输出柜配出,馈给主机房的各终端用电设备和配电照明箱等UPS系统的输入/输出配电柜电器元件均为进口产品配电柜中设置避雷设备和远程电量监控设备,以实现配电柜防浪涌、防雷击、过流保护,以及对总输入电压、电流、频率进行远程监控等功能总进线柜系统框图所示其中UPS主供主机设备、网络设备、保安监控设备、大屏显示、音响、消防、应急照明等市电主供空调设备、普通照明和给排风、维修插座人、普通动力等在考虑到大楼低压配电室与机房UPS间的距离和用电容量后,UPS和机房精密空调、应急照明等要考虑设置双路进线互投柜,增加供电的可靠性;动力配电箱为机房其他空调、新风及排气系统、维修插座等配电照明配电箱为机房区和其他区域普通照明配电各相用电分配要尽量均衡配电箱采用标准照明箱,暗装于机房区域的墙面上机房配电还应考虑系统的扩展、升级等可能性,并应预留备用容量单相负荷应均匀地分配在三相线路上,并使三相负荷不平衡小于20%
(三)动力供配电系统由总配电柜馈出的动力供配电系统采用50Hz交流电,380/220V三相五线电源,TN-S接地方式,零丝和地线分开设置且零地线之间电压小于IV动力配电柜、照明配电箱采用放射式配电直接配至各用电设备,如图2所示机房内所有线缆须设计钢制桥架、线槽或者钢管敷设由于精密空调的供电电流大、负载动态范围宽,为防止干扰,应考虑另选路径单独敷设电缆动力配电柜(箱)具有火警联动保护功能,浮现火警时可与消防系统联动及时切断电源,关闭防烟防火阀,并且在值班室安装手动电源切断装置动力柜、照明箱内的开关和主要元器件采用进口产品,并设置有效的防雷措施有条件时,大型机房最好采用专用电力变压器供电
(四)UPS供配电系统UPS供配电系统的供电范围是计算机设备(主机和附属设备)、通信设备、网络设备、保安监控设备、消防系统、应急照明等UPS输出配电回路(每一个配电控制开关为一个回路)需按机房内设备要求设置,小型机/服务器、网络核心交换机及重要路由器耍由独立双回路供电,其他计算机设备可用一个回路带3~4个插座,固定于地板下UPS供配电系统的可靠性,最主要应体现采用了双电源末端互投上,如图3所示工程应用中之所以强调双电源末端互投,是因为前端互投的可靠程度和实用性有所不足的原因如图3中UPS输出配电柜均在地下一层,主机房则在地上四层,一旦电源故障,不仅手投操作十分麻烦,故障检修更是艰难因此,将两路UPS电源分别送到主机房配电柜(末端)既可靠,又方便使用配电回路要预留若干个插座待以后扩展用,安全插座型号、数量及位置可根据最终机房内设备数量考虑UPS主机的电源应设计单独回路馈送,不得与空调使用同一回路
(五)配电设备的安装和路线敷设问题在机房设备布局确定的前提下,按照电气设备用途和设计图纸进行设备安装和路线敷设
(1)设备安装机房配电柜、UPS电源柜落地安装;动力配电箱、照明配电箱底边距地
1.4m墙上暗装;根据机房内设备负荷容量和分布情况,机柜(箱)内元器件配置作到罗列有序、安装坚固、理线整齐、接线正确、标志明显、外观良好,内外清洁分设单相、三相回路,配用小型真空断路器,如C65N等路线保护开关箱内设置辅助等电位接地母线排电源柜及其他电气装置的底座应与建造楼地面牢靠固定电气接线盒内无残留物,盖板整齐、严密、紧贴墙面同类电气设备安装高度应一致吊顶内电气装置应安装在便于维修处特种电源配电装置应有明显标志,并注明频率、电压暗装照明箱或者开关面板安装在机房出入口附近墙面的方便位置分体空调插座设置在机房内墙面距地
1.8m处主机房内应分别设置维修和测试用电源插座,两者应有明显的区别标志测试用电源插座应由计算机主机电源系统供电其他房间内应适当设置维修用电源插座单相检修电源回路要在电源管理间各墙面距地
0.3m设置检修电源设备,禁止使用2kW以上大功率电感性电动工具确需使用这种工具以及三相检修设备,应使用施工挪移式配电盘从机房所在楼层附近的动力或者照明配电箱接取电源
(2)路线敷设供电距离尽量短,主要是从供电安全考虑,电子计算机电源间应挨近主机房设备主机房内活动地板下部的低压配电路线应采用铜芯屏蔽导线或者铜芯屏蔽电缆机房内的电源线、信号线和通信线应分别铺设,罗列整齐,捆扎固定,长度留有余量UPS电源配电箱(柜)引出的配电路线,穿薄皮钢管或者阻燃PVC管,沿机房活动地板下敷设至各排设备桌、机柜和配线架的背面,经带穿线孔的活动地板引上,穿管保护进入金属导轨式插座线槽、机柜或者配线架控制台或者设备桌后的敷线,用金属导轨式插座线槽并用螺栓固定,安装在设备桌背面距活动地板
0.To.3m处信号线缆在活动地板下从机柜、配线架到各设备,应采用金属线槽沿设备周围或者主机房平面纵横布置敷设从设备背面的活动地板穿线孔主的设备(注意不得与电源路线共用活动地板穿线孔,且间距大于
0.1m),信号线缆避免沿机房墙边敷设以防与强电线管交叉活动地板下部的电源线应尽可能远离计算机信号线,并避免并排敷设当不能避免时,应采取相应的屏蔽措施桌上设备之间的信号连线是短线的(长度小于3m)应沿设备背部桌面明敷,但不得悬吊在设备桌背侧空中;是长线的(长度大于3m)应从活动地板穿线孔翻下(上)穿薄皮钢管在活动地板下敷设机房照明负荷和普通空调负荷,由电源管理间分别引出动力和照明回路供电照明和空调负荷路线均沿吊顶内或者墙面敷设,避免在弱机电房内活动地板下穿越
(3)可靠接地总配电柜、UPS电源柜、动力配电箱、照明配电箱的金属框架及基础型钢必需接地(PE)或者接零(PEN)可靠门和框架的接地端子间用裸编铜线连接柜、箱内配线整齐照明配电箱内的漏电保护器的动作电流不大于30mmA,动作时间不大于
0.1s接地(PE)或者接零(PEN)支线必须单独与接地(PE)或者接零(PEN)干线相连接,不得串联连接UPS电源柜输出端的中性线(N极),必须与由接地装置直接引来的接地干线连接,作重复接地,接地电阻小于40当灯具距地面高度小于
2.4m时,灯具的可接近裸露导体必须接地(PE)或者接零(PEN)可靠,并应有专用接地螺栓和标识外电源进线至机房电源管理间时,应将电缆的金属外皮与接地装置连接;从楼外引入的铠装信号电缆和屏蔽信号线,进入弱机电房前也应注意采取防雷击措施,避免沿建造外墙或者防雷引线引雷入室,遭受雷击和高频电磁干扰同轴电缆的屏蔽层必须与机壳一起接地上述线缆进入机房后,应设金属接线箱(盒),并将线缆金属(屏蔽)外皮连接避雷器或者浪涌电压抑止器(SPD)然后与机房等电位接地母排,用截面积不小于16nw的铜芯绝缘线连通这样可以有效的抑制线缆接收到的电磁干扰信号,从而保证信号传输的质量从机房送出的信号路线应采用金属线槽沿墙并在吊顶内敷设,避免与其他电气管路平行紧贴尽量避开空调、消防、暖气和给排水等管道,与它们的间距按相关规范执行金属电缆桥架及其支架和引入或者引出的金属电缆导管必须接地(PE)或者接零(PEN)可靠,且必须符合下列规定1)金属电缆桥架及其支架全长应不少于2处与接地(PE)或者接零(PEN)干线相连接2)电缆桥架间连接板的两端跨接铜芯接地线,接地线最小允许截面积不小于6nlm23)接地(PE)或者接零(PEN)线在插座间不串联连接工程实施中按上述做法可以较好地处理机房供电的可靠和安全,各种不同电压和频率的信号线缆敷设安全、相互隔离度好、整齐、美观并方便维护管理
(4)消防系统的要求消防系统的设备动力电缆,控制电缆、电线,按规范要求选用耐火型电缆、电线其他弱电系统所用电缆、电线均采用阻燃型在设备选择及路线敷设时,应充分考虑电磁兼容问题第二节UPS电源技术GB50052-1995《供配电系统设计规范》中的强制性条文规定“一级负荷中特殊重要的负荷,除由两个电源供电外,尚应增设应急电源柴油发机电组可以作应急电源,但其反应速度太慢,要15s才能恢复供电,这与现代化的通信及网络信息数据流无法匹配因此,工程中的一些重要部门和系统,必需考虑不间断电源UPS供电当电子计算机供电要求具有下列情况之一时,应设计并采用交流不间断电源系统供电1对供电可靠性要求较高,采用备用电源自动投入方式或者柴油发机电组应急自启动等仍不能满足要求时2普通稳压稳频设备不能满足要求时3需要保证顺序断电安全停机时4电子计算机系统实时控制时5电子计算机系统联网运行时计算机设备对电源要求质量较高,不仅要求采用不间断供电系统,而且要求电源电压波动在一定范围以内才干正常工作网络数据传输设备要求电源电压波动在±596以内新建智能大厦弱电系统安装调试过程普通处于大厦精装修阶段,而旧楼改造的智能大厦弱电系统安装调试过程中,机房设备往往不能住手运行,这时各类建造施工设备使用频繁,电源电压很难满足上述要求即便在智能大厦正常投入使用后,如果设计的变压器容量偏小,在上下班的不同时间段内,负荷的波动也会使供电系统电压超出要求的范围因此,在采用静态交流不间断电源设备UPS时,一方面要根据需要,按《供配电系统设计规范》和有关行业标准规定的要求作到稳压/稳频,还需采取限制施工中产生的各种谐波分量措施
一、不间断电源UPS供电原理UPS是一种高质量、高可靠性的独立电源,是一种蓄电池静止型不间断供电装置电源它由整流器、逆变器、交流静态开关和蓄电池组组成平时,市电经整流器变为直流,对蓄电池浮充电,同时经逆变器输出高质量的交流净化电源供重要负载,使其不受市电的电压、频率、谐波干扰当市电因故停电时,系统自动切换到蓄电池组,蓄电池放电,经逆变器对重要负载供电UPS的不间断特性,体现在其“同步切换”工作程序上,当市电与逆变器进行切换时,其控制系统会适时地检测市电的同步范围,在市电不超限时,逆变器实现“先通后断”的供电,从而保证了供电系统的“无间断切换”
二、UPS的可靠性、效率及电源质量(-)UPS的可靠性从国内应用市场上看,质量可靠的产品多数仍为进口设备,例如法国的梅兰日兰(MGE)、德国的西门子(Siemens)>意大利先控(N-Sicon)和艾默生(Emerson)等公司的产品都占有较大的市场份额,其容量规格大致有
0.
25、
0.
4、
0.
6、
1、
2、
3、
4、
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10、
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20、
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160、
200、
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800.lOOOkVA等,并已形成系列化产品从质量上说,这些产品都经IS09001国际质量标准认证、UL安全标准及CE抗电磁干扰认证和标记上述产品中,多数采用了PWM脉宽调频技术PIGBT高效功率器件、微处理器主/从控制技术等,可双机或者多机并联具备电池测试维护、微机监控无人值守、可远程通信等功能;在机器构成上,元器件标准化、模块化、互换性好;有宽电压输入、高效率输出、过载能力强等优良性能(―)UPS供电方式UPS电源工作方式根据用电设备对供电可靠性和连续性的要求可按单一式、并联式、冗余式和并联冗余式等选取;根据用电设备对供电可靠性和管理方便的要求也可按分散式、集中式、分散与集中相结合三种方式选择分散式UPS供电采用的设备容量都比较小,支持时间较短,适合用于一些办公区和控制室;集中式UPS供电适合一些要求支持时间较长和较大型的计算机网络机房等应当根据甲方需求来确定采用UPS的供电方式和容量集中设置的UPS电源容量的统计,需由设计方与业主密切配合并考虑所选UPS产品的转换效率特别是功率较大时,UPS转换效率非常重要,效率高就可节省初期投资和长期能源损耗的费用普通情况下,机房供电采用市电+UPS后备电池相结合的方式较多正常情况下,市电通过UPS稳频稳压后,给计算机设备供电,保证计算机设备的电能质量;当市电停电时,后备电池通过UPS逆变后,给计算机设备供电,保证计算机设备的电源市电与UPS后备电池间通过静态转换开关切换,确保计算机设备无瞬间断电UPS供电为集中方式时,还应充分考虑UPS机房的设备布置、馈线的敷设、主机柜的散热和整个机房的降噪措施等;对于分散式UPS供电,分散在各处的UPS容量都很小,上述问题可不予考虑但是,UPS电源都应引自双电源末端互投配电柜(箱)的出线回路,不能从普通插座接引设计UPS供电方案时,针对分散在各处的重要控制室,在保证双电源末端互投的一级供电模式下,采用分散式小型UPS电源作为后备供电也很实用
三、应用设计和设备选型时应着重考虑的问题
(一)供电系统组成和可靠性设计从变电所引来的两个电源(380V、50Hz),必须是来自两台变压器的低压出线柜经UPS净化后的主馈线,须进入UPS馈线分配机柜(箱),自此接出的所有UPS电源路线,采用三相五线(LI、L
2、L
3、N、PE)或者单相三线(L、N、PE)方式所谓供电系统的可靠性,不是指某一环节可靠,而是指变电所出线一一UPS电源室一一最终用电负荷的整个环节都必须可靠UPS供电的每一个环节,须采用高质量的开关、选用高品质的UPS电源设备、系统组成设计合理、路线保护措施得当UPS馈线分配机柜以后和各环节特别重要敷设电缆要用金属线槽或者金属线管保护整个供电系统的接地与工程的联合接地坚固连通,RW1Q设备本身的保护地线(设备自带)与机壳联好后,也与联合接地连通电池组也应当合理配置并有方便可靠的维护措施等高质量的UPS电源设备的单机平均无故障时间MTBF^35万h当采用双机并联冗余设计时,其MTBF可达47万h以上上一级供电方案普通有三种独立的双回路供电、单回路+油机、双回路+油机,这三种方案都能保证关键环节的两个UPS电源的可靠供电,且应注意使两个电源的电压、频率、相位相同,负载尽量做到均衡好的UPS应具有相位自动跟踪功能可以将两台同型号、同容量的UPS跟踪(锁相)指标完全调整到一样,这样当过载或者逆变器故障切换到旁路市电时能同步转换机房供电的关键环节一一UPS应从设备选型和接线方案两个方面去考虑优秀的UPS产品的单机平均无故障时间MTBF35万h,用户可以放心的选取如果对这样的可靠性仍不满意,可以采用双机(或者多机)并联冗余或者串联冗余接线方式解决例如,由两台并联的UPS与公共静态旁路开关组成的冗余系统,如图7所示在正常运行时两台UPS各带5算负载,当一台UPS故障时,可无间断地退出运行,隔离维修,由另一台UPS承担00%负载惟独当两台UPS同时故障或者短路跳闸时,负载才切换到静态旁路运行这种系统具有极高的可靠性,并且在负载增容时,有灵便的扩展能力,只要再增加第三第六台UPS并联即可据计算这种系〜统的MTBF可达47万h
(二)UPS的转换效率高品质UPS的转换效率可达95%摆布,效率高会有明显的经济效益,特别是大功率UPSo UPS的效率与其携带的负载量有关,例如400kVA的UPS,当其负载为25%时,n=
92.596;当负载为75%时,q=94%;当负载为100%时,q=
93.5%在设计选型时,最好能准确地计算出最重要负载量,按75%的负载能力去选择UPS的容量值才O是经济合理的否则,偏大(甲方时常希翼有较大的余量)或者偏小都是不正确的
(三)输出电源质量UPS对输入的电压、频率的适应性较强,可与380(1±15%)V的电压及50(1±10%)Hz的频率相适应对于输出电源质量,除有过载及短路保护功能之外,其输出的稳定电压精度应控制在380(1±
0.5%)V(三相+中线)之内,频率精度应控制在50(1±
0.1%)Hz之内当负载从0阶跃增长至100%或者相反时的相线电压波动在±5%以内,并于10ms内恢复到稳态精度
(四)净化电源的谐波UPS电源供应的负载对象时常是计算机和电子设备,这些都是非线性负载,会产生各种高次谐波,尤其是三次、五次、七次谐波较大,甚至由于趋肤效应,会在导线上产生热量所以有的UPS把中线设计的较粗,以适应由高次谐波特殊是三次谐波产生的影响但是当品质优良的UPS带100%非线性负载时,其相电压畸变要小于5%,线电压畸变要小于2%,不会降低额定输出在电网质量较差的地区应UPS电源装置前设置频率偏差保护器增加谐波抑制器,可以有效地补偿H
2、H25次谐波谐波抑制器上的探测互感器提取并分析负载的谐波频谱,然后流入相同的谐波电流给非线性负载,结果谐波电流再也不由电源提供,从而消除了谐波的影响在UPS设备选型时,除重点考虑上述几方面外,其余有关技术指标应根据工程项目的经济实力及供电需求做综合考虑
四、UPS供电范围和容量估算。