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弱电机 房用电负荷计算意义及计算方法

发布时间:2018-12-14 点击次数:344次

来源: 弱电工程师的圈子



机房作 为设备高密度存放的地方,用电量非常大。据统计,一个Data Center机房建 成后的维护费用的七成都是电费,也不外 乎各个企业都在想办法给机房降温了。有建在山上的、地底的,还有建在海中的,省电还真是不容易啊!相较于省电,机房的 用电也是个大问题,今天来 介绍机房负荷的计算方法。了解这个是安-全用电的基础,这是非常重要的内容,一起来看看吧。


一、负荷计算目的和意义


低压供 配电系统的设计中负荷的统计计算是一项重要内容,负荷计 算结果对供电容量报装、选择供配电设备及安-全经济 运行均起决定性的作用。负荷计算的目的是:


1. 计算变 配电所内变压器的负荷电流及视在功率,作为选 择变压器容量的依据。

2. 计算流 过各主要电气设备 (断路器、隔离开关、母线、熔断器等)的负荷电流,作为选择设备的依据。

3. 计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)的负荷电流,作为选 择线路电缆或导线截面的依据。

4. 计算尖峰负荷,用于保 护电器的整定计算和校验电动机的启动条件。


二、负荷计算方法


我国目 前普遍采用需要系数法和二项式系数法确定用电设备的负荷,其中需 要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的方法,较为简便;而二项 式系数法在确定设备台数较少且各台设备容量差别大的分支干线计算负荷时比较合理;在建筑配电中,还常用 负荷密度法和单位指标法统计计算负荷。在方案 设计阶段可采用单位指标法;在初步 设计及施工图设计阶段,宜采用需要系数法。


三、负荷计算原则


进行负荷计算时,应按下 列原则计算设备功率:


1. 对于不 同工作制的用电设备的额定功率应换算为统一的设备功率。


2. 整流器 的设备功率是指额定交流输入功率。


3. 成组用 电设备的设备功率,不应包括备用设备。


4. 当消防 用电的计算有功功率大于火灾时可能同时切除一般电力、照明负 荷计算有功功率,应按未 切除的一般电力、照明负 荷加上消防负荷计算低压总的设备功率、计算负荷。否则计 算低压总负荷时,不应考虑消防负荷。当消防 负荷中有与平时兼用的负荷时,该部分 负荷也应计入一般电力、照明负荷。


5. 单相负 荷应均衡分配到三相上,当单相 负荷的总计算容量小于计算范围内三相对称负荷总计算容量的百分之15时,全部按 三相对称负荷计算;当超过百分之15时,应将单 相负荷换算为等效三相负荷,再与三相负荷相加。


四、Data Center相关经验总结


负荷计 算是供配电系统设计的基本计算,Data Center的负荷 计算更适合使用需要系数法。计算时 需要系数的取值、负荷取舍计入、蓄电池 充电和空调照明的估算等内容,在Data Center的计算 中还是有别于其它建筑行业的计算,现总结如下:


1. Data Center的IT 负荷重要性都比较高,须使用 UPS等设备 来保证不间断供电,根据Data Center的建设标准不同,UPS会采取“1+1”、“2+1”、“2N”等不同的配置。由于供 电部门需要统计机房设备安装总容量,所以Data CenterIT 设备额定容量要用 UPS设备的总装机容量。计算IT 设备容 量时的需要系数根据 UPS设备的配置方式调整,即需要系数=主 用UPS设备数量UPS配置数量。例如:UPS按照2N 设置,进行负荷计算时,需要系数取0.5


2. UPS配置的 蓄电池充电容量需计入负荷计算。根据Data Center的建设标准不同,UPS蓄电池 需按照不同后备时间配置,即每台UPS配置的 蓄电池容量及组数不同。UPS蓄电池充电容量=电流×电压×组数×效率根据计算可知,UPS蓄电池充电容量约为UPS配置容量的百分之10~20,做负荷 计算时可直接应用结论简化计算。


3. 在Data Center中,除了IDC机架外,空调在 总负荷中占的比重也相当大,一般会 配置备用空调设备,根据Data Center的建设 等级备用数量会不同。计算空调设备容 量时的需要系数根据空调设备的配置方式调整,即需要系数=主用空调设备数量/空调配置数量。2007年绿色 的网络组织制定了Data Center能效比指标PUE,目前被行业广泛使用,PUE=Data Center总能耗/IT设备总能耗。根据对Data Center进行数据分析,Data CenterPUE值一般介于1.61.8之间,即机房 空调和照明负荷约为IT设备负荷的百分之60~80,照明负 荷与空调相比来说占比相当小,所以可 近似认为机房空调负荷约为IT设备负荷的百分之60~80,此 结论可 以直接在负荷计算中应用来简化计算。


4. 根据相关经验据,照明负荷一般按照30w/m2估算、办公空 调负荷一般按照50w/m2估算、有餐厅 用电的情况下按照2kW/人估算、用燃气的情况下按照5w/人估算。


5. 根据负荷计算要求,季节性 用电设备应选择其上限值计入总设备容量。Data Center空调负 荷一般会远远大于采暖负荷,所以计 算时只需计算空调负荷即可。


6. 根据负荷计算要求,消防设 备容量一般不计入总设备容量,所以计 算时消防电梯不计入。


7. 根据供电部门要求,进行无 功补偿后的功率因数需达到0.95以上,一般按 照变压器容量的百分之30进行补偿。


8. 根据相关经验数据,负荷计 算中同时系数取0.9-0.95


五、实例分析


本文以某运营商新建Data Center为例:建设标准为Toer IV 等 级,IDC 机 房 约1000m2,新建单机功耗5kWIT设备200架、单机功耗100kWIT设备50架,IDC机房内 空调和照明按配套配置(空调系统暂不考虑由UPS系统供电)。变配电及UPS等设备机房约1000m2、办公区约1000m2。消防电梯211备,设备容量为50kW/台。办公室设电采暖2台,容量分别约80kW50kW。要求通 过负荷计算确定本Data Center供配电系统设备配置。


步骤1:确定为IT 设备供电的系统配置


根据《通信用不间断电源—UPS(YD T095-2008)UPS设备输 出有功功率的要求为:≥额定容量×0.7kW/kVA,因 此,配置的UPS容量应为:(200*5+50*10)/0.7kVA=2142.86kVAIDC机房按 Tier IV 标准机房设置,UPS设备按2N配置考虑,配置的 UPS设备总容量不应小于4285.71kVA。本工程需新建2套“3+3”并机400kVA UPS电源系统。UPS主机配 置的蓄电池组按单机满负荷情况下后备时间为15min(2V蓄电池 单体的放电终止电压为1.8V)考虑,每台UPS设备配置3200AH蓄电池组,共计36组。


步骤2:进行负荷计算


需进行计算的各要素:UPSUPS蓄电池充电、机房空调及照明、办公区空调及照明等。并按照 供电部门要求进行无功补偿。


步骤3:根据负 荷计算结果及配置设备


根据负荷计算,交流总负荷约为6425.36kVA,需油机保障负荷为6032.88kW。按照Tier IV 等级和 电源配置的要求,拟设置210kV市电引入,双路市 电应满足单路承担全部负荷的能力。安装高压开关柜1(包含进线隔离柜2台、进线柜2台、计量柜2台、联络柜2台、出线柜 N );安装42000kVA干式变压器;低压抽屉式开关柜2(每套包含2台进线柜、2台油机市电转换柜、1 台低压联络柜、N台低压馈电柜、4台低压电容器柜);安装41600kW柴油发电机组。


      结合以上的实例,相信大 家对如何计算机房负荷有了更清晰的认知。机房是个用电“大户”,机房用电的安-全不容忽视,保障用电安-全才能 保障机房的稳定运行。
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