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弱電機房用電負荷計算意義及計算方法

弱電機房每次設計或者施工的時(shí)候,總是要統計一下用電負荷,需要甲方或者總包提供多少負荷的配電箱(配電柜),這是一項非常重要的工作,如何做好這個(gè)工作呢?那么需要計算,如何計算呢?看完本篇文章你就知道了


機房作為設備高密度存放的地方,用電量非常大。據統計,一個(gè)數據中心機房建成后的維護費用的七成都是電費,也不外乎各個(gè)企業(yè)都在想辦法給機房降溫了。有建在山上的、地底的,還有建在海中的,省電還真是不容易??!相較于省電,機房的用電也是個(gè)大問(wèn)題,今天來(lái)介紹機房負荷的計算方法。了解這個(gè)是安全用電的基礎,這是非常重要的內容,一起來(lái)看看吧。


一、負荷計算目的和意義


低壓供配電系統的設計中負荷的統計計算是一項重要內容,負荷計算結果對供電容量報裝、選擇供配電設備及安全經(jīng)濟運行均起決定性的作用。負荷計算的目的是:


1. 計算變配電所內變壓器的負荷電流及視在功率,作為選擇變壓器容量的依據。


2. 計算流過(guò)各主要電氣設備 (斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)、熔斷器等)的負荷電流,作為選擇設備的依據。


3. 計算流過(guò)各條線(xiàn)路(電源進(jìn)線(xiàn)、高低壓配電線(xiàn)路等)的負荷電流,作為選擇線(xiàn)路電纜或導線(xiàn)截面的依據。


4. 計算尖峰負荷,用于保護電器的整定計算和校驗電動(dòng)機的啟動(dòng)條件。


二、負荷計算方法


我國目前普遍采用需要系數法和二項式系數法確定用電設備的負荷,其中需要系數法是國際上普遍采用的確定計算負荷的方法,最為簡(jiǎn)便;而二項式系數法在確定設備臺數較少且各臺設備容量差別大的分支干線(xiàn)計算負荷時(shí)比較合理;在建筑配電中,還常用負荷密度法和單位指標法統計計算負荷。在方案設計階段可采用單位指標法;在初步設計及施工圖設計階段,宜采用需要系數法。


三、負荷計算原則


進(jìn)行負荷計算時(shí),應按下列原則計算設備功率:


1. 對于不同工作制的用電設備的額定功率應換算為統一的設備功率。


2. 整流器的設備功率是指額定交流輸入功率。


3. 成組用電設備的設備功率,不應包括備用設備。


4. 當消防用電的計算有功功率大于火災時(shí)可能同時(shí)切除一般電力、照明負荷計算有功功率,應按未切除的一般電力、照明負荷加上消防負荷計算低壓總的設備功率、計算負荷。否則計算低壓總負荷時(shí),不應考慮消防負荷。當消防負荷中有與平時(shí)兼用的負荷時(shí),該部分負荷也應計入一般電力、照明負荷。


5. 單相負荷應均衡分配到三相上,當單相負荷的總計算容量小于計算范圍內三相對稱(chēng)負荷總計算容量的15%時(shí),全部按三相對稱(chēng)負荷計算;當超過(guò)15%時(shí),應將單相負荷換算為等效三相負荷,再與三相負荷相加。


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四、數據中心相關(guān)經(jīng)驗總結


負荷計算是供配電系統設計的基本計算,數據中心的負荷計算更適合使用需要系數法。計算時(shí)需要系數的取值、負荷取舍計入、蓄電池充電和空調照明的估算等內容,在數據中心的計算中還是有別于其他建筑專(zhuān)業(yè)的計算,現總結如下:


1. 數據中心的IT 負荷重要性都比較高,必須使用 UPS等設備來(lái)保證不間斷供電,根據數據中心的建設標準不同,UPS會(huì )采取“1+1”、“2+1”、“2N”等不同的配置。由于供電部門(mén)需要統計機房設備安裝總容量,所以數據中心的IT 設備額定容量要用 UPS設備的總裝機容量。計算IT 設備容量時(shí)的需要系數根據 UPS設備的配置方式調整,即需要系數=主 用UPS設備數量UPS配置數量。例如:UPS按照2N 設置,進(jìn)行負荷計算時(shí),需要系數取0.5。


2. UPS配置的蓄電池充電容量需計入負荷計算。根據數據中心的建設標準不同,UPS蓄電池需按照不同后備時(shí)間配置,即每臺UPS配置的蓄電池容量及組數不同。UPS蓄電池充電容量=電流×電壓×組數×效率根據計算可知,UPS蓄電池充電容量約為UPS配置容量的10%~20%,做負荷計算時(shí)可直接應用結論簡(jiǎn)化計算。


3. 在數據中心中,除了IDC機架外,空調在總負荷中占的比重也相當大,一般會(huì )配置備用空調設備,根據數據中心的建設等級備用數量會(huì )不同。計算空調設備容量時(shí)的需要系數根據空調設備的配置方式調整,即需要系數=主用空調設備數量/空調配置數量。2007年綠色網(wǎng)絡(luò )組織制定了數據中心能效比指標PUE,目前被行業(yè)廣泛使用,PUE=數據中心總能耗/IT設備總能耗。根據對數據中心進(jìn)行數據分析,數據中心的PUE值一般介于1.6~1.8之間,即機房空調和照明負荷約為IT設備負荷的60%~80%,照明負荷與空調相比來(lái)說(shuō)占比相當小,所以可近似認為機房空調負荷約為IT設備負荷的60%~80%,此 結論可以直接在負荷計算中應用來(lái)簡(jiǎn)化計算。


4. 根據相關(guān)經(jīng)驗據,照明負荷一般按照30w/m2估算、辦公空調負荷一般按照50w/m2估算、有餐廳用電的情況下按照2kW/人估算、用燃氣的情況下按照5w/人估算。


5. 根據負荷計算要求,季節性用電設備應選擇其最大者計入總設備容量。數據中心空調負荷一般會(huì )遠遠大于采暖負荷,所以計算時(shí)只需計算空調負荷即可。


6. 根據負荷計算要求,消防設備容量一般不計入總設備容量,所以計算時(shí)消防電梯不計入。


7. 根據供電部門(mén)要求,進(jìn)行無(wú)功補償后的功率因數需達到0.95以上,一般按照變壓器容量的30%進(jìn)行補償。


8. 根據相關(guān)經(jīng)驗數據,負荷計算中同時(shí)系數取0.9-0.95。


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五、實(shí)例分析


本文以某運營(yíng)商新建數據中心為例:建設標準為T(mén)oer IV 等 級,IDC 機 房 約1000m2,新建單機功耗5kW的IT設備200架、單機功耗100kW的IT設備50架,IDC機房?jì)瓤照{和照明按配套配置(空調系統暫不考慮由UPS系統供電)。變配電及UPS等設備機房約1000m2、辦公區約1000m2。消防電梯2臺1用1備,設備容量為50kW/臺。辦公室設電采暖2臺,容量分別約80kW和50kW。要求通過(guò)負荷計算確定本數據中心供配電系統設備配置。


步驟1:確定為IT 設備供電的系統配置


根據《通信用不間斷電源—UPS》(YD ╱T095-2008)對UPS設備輸出有功功率的要求為:≥額定容量×0.7kW/kVA,因 此,配置的UPS容量應為:(200*5+50*10)/0.7kVA=2142.86kVA。IDC機房按 Tier IV 標準機房設置,UPS設備按2N配置考慮,配置的 UPS設備總容量不應小于4285.71kVA。本工程需新建2套“3+3”并機400kVA UPS電源系統。UPS主機配置的蓄電池組按單機滿(mǎn)負荷情況下后備時(shí)間為15min(2V蓄電池單體的放電終止電壓為1.8V)考慮,每臺UPS設備配置3組200AH蓄電池組,共計36組。


步驟2:進(jìn)行負荷計算


需進(jìn)行計算的各要素:UPS、UPS蓄電池充電、機房空調及照明、辦公區空調及照明等。并按照供電部門(mén)要求進(jìn)行無(wú)功補償。


步驟3:根據負荷計算結果及配置設備


根據負荷計算,交流總負荷約為6425.36kVA,需油機保障負荷為6032.88kW。按照Tier IV 等級和電源配置的要求,擬設置2路10kV市電引入,雙路市電應滿(mǎn)足單路承擔全部負荷的能力。安裝高壓開(kāi)關(guān)柜1套(包含進(jìn)線(xiàn)隔離柜2臺、進(jìn)線(xiàn)柜2臺、計量柜2臺、聯(lián)絡(luò )柜2臺、出線(xiàn)柜 N 臺);安裝4臺2000kVA干式變壓器;低壓抽屜式開(kāi)關(guān)柜2套(每套包含2臺進(jìn)線(xiàn)柜、2臺油機市電轉換柜、1 臺低壓聯(lián)絡(luò )柜、N臺低壓饋電柜、4臺低壓電容器柜);安裝4臺1600kW柴油發(fā)電機組。


結合以上的實(shí)例,相信大家對如何計算機房負荷有了更清晰的認知。機房是個(gè)用電“大戶(hù)”,機房用電的安全不容忽視,保障用電安全才能保障機房的穩定運行。


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