数据中心供配电系统技术 白皮书 DC-TEAM 中国工程建设标准化协会信息通信专业委员会数据中心工作组 2011年8月
目 1前言 2总体要求. 2.1数据中心供配电系统的建设原则 3 2.2数据中心供配电系统建设要求， 3数据中心IT设备电源用电特性. 7 3.1服务器电源系统标准简介， 3.2服务器电源对于数据中心供配电系统设计的基础意义 4数据中心主用电源系统， .11 4.1电压选择. .11 4.2高压系统接地方式.. ..12 4.3数据中心高压系统常用主接线及配电网接线形式 4.4高压继电保护 4.5高压配电一次接线常用典型方案 .15 5数据中心备用电源系统， ..1.7 5.1蓄电池系统.. .17 5.2柴油发电机组系统概述， ...18 5.3柴油发电机组与其数据中心负载匹配 5.4柴油发电机的接地及保护， ..24 5.5柴油发电机与高低压市电的配合， 6数据中心低压配电系统 ..29 6.1低压配电接地系统的确定 ..29 6.2低压供配电系统方案确定 35 6.3低压配电系统的过电流保护设计. ..36 6.4数据中心ATSE系统.. 6.5数据中心UPS输出终端配电和机架配电 .49 6.6数据中心供配电系统电力电缆. 6.7PUE与能源管理.. 7数据中心UPS系统. ..59 7.1UPS分类及定义. ..59 7.2三种类型UPS原理及特点. 7.3数据中心UPS供电方案 .64 7.4数据中心UPS关注热点 .72 8数据中心供配电发展趋势 8.1数据中心发展历程. ...79 8.2技术的角度看数据中心供配电系统的发展 ...79 8.3应用的角度看数据中心供配电系统的发展， .83 9名词解释.. ..88 10参考法规. ..91
1前言 数据中心(DataCenter)通常是指对电子信息进行集中处理、存储、传输、交换、管理等 功能和服务的物理空间.
计算机设备、服务器设备、网络设备、存储设备等通常被认为是数 据中心的关键IT设备.
关键IT设备安全运行所需要的物理支持，如供配电、制冷、机柜、消 防、监控等系统通常被认为是数据中心关键物理基础设施.
“ ：供配电系统为数据中心内设备提供电力支持，合理的供配电系统设计与实施是数据 中心安全可靠运行的基础，也是实现绿色节能数据中心的主要方面之一.
据有关数据显示，目前企业所生成的关键数据正以52%的复合年均增长率不断攀升，由 此迫使企业数据中心的规模越来越庞大.
信息的快速增长给数据中心在电源、制冷、空间管 理等方面造成了巨大的压力，在过去的十年中，IT设备的用电容量平均增长了十倍.
如何在 云计算时代确保数据中心安全、可靠运行，保证技术经济的合理性，供配电系统的合理设计 与实施是其中一个主要环节.
为推广数据中心的建设技术，贯彻执行国家标准，本书总结了数据中心供配电系统的理 论和实践经验，阐述了数据中心用电设备对于电能的基本需求，包含数据中心电源系统、高 低压变配电系统、电源转换装置、防雷与接地、安全与保护等内容，并遵循以下编制原则： （1）适应当前和未来一段时期数据中心的技术发展；符合现行的国家标准、行业标准 的规定；满足数据中心供配电工程设计、施工的需要.
采用成熟和经过验证的方案和方法， 相关技术数据与机房工艺、设备、材料的发展水平相适应.
（2）侧重数据中心工程设计的原则和方法，包含系统构成、技术方案、参数计算、设 备选型和维护、投资控制等方面的内容.
本书为从事数据中心设计、施工、运维、管理人员提供技术指导，为政府、企业、军队 等机构提供技术咨询和帮助.
本书在编制过程中得到很多业内专家的指导和帮助，在此表示感谢.
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2总体要求 2.1数据中心供配电系统的建设原则 数据中心供配电系统的规划与设计必须充分重视数据中心的发展趋势和性能要求，并符 合下述原则： 高性能 数据中心的计算资源、网络资源、基础设施资源具有较高的信息处理与吞吐能力，网络 应充分满足数据交换与传输速度，不应存在阻塞，具备对突发流量、突发计算量的承受能力.
供配电系统的建设必须遵循为高性能业务服务的原则，并兼顾技术经济合理性.
扩展性 数据中心应具有良好的灵活性与可扩展性，能够根据今后业务不断深入发展的需要，扩 大设备容量和提高用户数量和质量的功能.
在供配电系统设计和实施中充分考虑用户后期的 扩容，预留合理的扩容接口，尽量确保后期系统扩容时不会影响当前业务的正常运营.
此外， 在后期系统扩容时不应降低系统的可用性.
适用性 供配电系统的设计和实施能够满足国内、国际标准及业主所要求的各项指标，确保设备 和各子系统具有良好的电磁兼容性和电气隔离性能，不影响其他设备和系统正常工作.
可用性 供配电各系统的规划、设计、建设实施、运营等应符合国家标准，工作安全可靠.
要对 结构设计、设备选型、日常维护等各个方面进行可用性的设计和建设.
在关键设备采用硬件 备份、余等可靠性技术的基础上，采用相关的软件技术提供较强的管理机制、控制手段和 事故监控与安全保密等技术措施提高安全可用性.
安全性 供配电系统设计必须确保人身安全和设备保护.
稳定性 供配电系统设计宜在成熟且有广泛应用的基础上追求系统的先进性，力求做到方案和产 品的无缝连接，须优先考虑数据中心的稳定运行.
通用性 供配电系统的设计和实施应符合国内、国际和行业设计标准、标准协议及通行做法.
可维护性 对供配电系统可采取模块化的设计，产品的余设计作为重点要求指标.
对硬件、软件 供应商的实施和售后能力进行详细的要求，准备相关应急预案.
可管理性设计 供配电系统宜采用智能化设计，以使集成监控与管理.
经济性 3
以较高的性能价格比规划、设计与建设数据中心供配电系统，使资金的产出投入比达到 最大值.
以较低的成本、较少的人员投入来维持系统运转，提供高效能与高效益.
尽可能保 留并延长已有系统的投资，充分利用以往在资金与技术方面的投入.
在确保业务合理的可用 性基础之上，合理降低投资成本（CAPEX，CapitalExpense）和运营成本（OPEX，Operating Expense).
节能、环保、减排 供配电系统的规划、设计及建设、运营等要采用切实有效的措施或技术来充分体现节能、 环保、减排的要求建设绿色的数据中心.
2.2数据中心供配电系统建设要求 数据中心业务对供配电系统的总体要求概括起来主要包括：连续、稳定、平衡、分类、 安全、保护及技术经济合理性等内容.
（1）连续就是指电网不间断供电.
但瞬时断电的情况时有发生，断电是否会影响IT设备 的正常运行，可参照ITIC-1100（ITIC，InformationTechnologyIndustriesCouncil）的曲线.
在数据中心的供配电系统中，合适的UPS选型与组网方式保证数据中心面对毫秒级、分钟及 小时级的市电异常时不会有任何中断，对于大时间尺度（如长小时级、天级）的市电异常， 则需要备用市电系统或者柴油发电机系统的保护.
图2.2-1中深灰色的区域为高压可能损坏设备的区域，而浅灰色的区域为低压导致设备 不能正常工作但不会损坏设备的区域，只有白色的区域才是设备正常工作的区域.
66- 图2.2-1 1TIC-1100曲线 除了IT设备需要连续的供电保障之外，数据中心制冷系统对于供电连续性的要求也越 来越高.
如图2.2-2所示，原因是数据中心的功率密度越来越高，一旦空调系统供电终止， 很短的时间之内IT设备就因为过温而停止工作.
因此，连续的供电是数据中心设备用 电最为显著的特点之一.
