數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的管理涉及到電氣、暖通等多個(gè)專業(yè)的配合。此篇旨在幫助從事數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施方面的工程師對(duì)各專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)與基本概念有一個(gè)清晰的了解與認(rèn)識(shí)，希望對(duì)于想快速全面了解數(shù)據(jù)中心各專業(yè)領(lǐng)域的人士有所幫助。

本篇文章是本系列的第一篇文章，通過這篇文章您將會(huì)了解到以下概念：

準(zhǔn)確描述kVA與kW之間的差異，以及單相電路和三相電路之間的差異，同時(shí)可以描述出這些電路和其他元件是如何協(xié)同工作以提供電力給機(jī)架的。 如何計(jì)算PUE值并描述它如何應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施的管理。 文章還介紹了一部分術(shù)語來描述客戶在陳述他們的技術(shù)需求時(shí)的意思。

1.    kVA和kW

a)    概念和區(qū)別

kVA和kW都是數(shù)據(jù)中心行業(yè)中主要的功率計(jì)量單位。它們有時(shí)可以互換使用，盡管兩者之間有細(xì)微的差別，必須加以考慮。第一項(xiàng)，kVA，具體指千伏安，被稱為“視在功率”。第二種，kW，具體是指千瓦，被稱為“有功功率”。第三個(gè)術(shù)語kVAR也用于描述這些術(shù)語，它指的是kVA和kW之間的差異;它被稱為“無功功率”。

注意，在直流(DC)電路中，kVA等于kW，因?yàn)樵趥鬏斶^程中電流和電壓不會(huì)脫離相位。然而，“有功功率-kW”和“視在功率-kVA”在交流(AC)電路中有所不同——這是目前大多數(shù)數(shù)據(jù)中心采用的是交流方案的特點(diǎn)。

功率因數(shù)超前或滯后，取決于負(fù)載改變電流相位與電壓相位的方式。在交流電路中，電壓和電流相位不同，導(dǎo)致基于功率因數(shù)的kW和kVA的差異。

b)    數(shù)學(xué)關(guān)系

kVA、kW與功率因數(shù)cosΦ的數(shù)學(xué)關(guān)系為

kW = kVA * 功率因數(shù)cosΦ

kVA = kW/功率因數(shù)cosΦ

功率因數(shù)cosΦ= kW/kVA

c)     區(qū)別描述

我們可以用一個(gè)非常形象的例子來描述kVA和kW之間的區(qū)別:

圖1：kW、kVAR、kVA的關(guān)系

2.    220伏和380伏三相電源

a)    使用情況

要理解電力是如何配送到數(shù)據(jù)中心的，首先需要理解單相電源和三相電源之間的區(qū)別。我國相電壓是220V，線電壓是380V。在三相交流電中A相、B相、C相，各相線之間的電壓成為線電壓，線電壓為380V，也稱為工業(yè)用電電壓。另外在三相交流電中A\B\C相中的任一相與N線（中性線）或零線見的電壓，成為相電壓，相電壓為220V。大多數(shù)居民用電（家庭用電）都是單相供電。

大多數(shù)商業(yè)企業(yè)都采用三相電源，由三個(gè)交流電壓組成，電壓之間的相位差為120度，即三分之一周期。這些系統(tǒng)通過三根熱線提供電力，其中任何兩根熱線的電壓為380伏。

b)    相位分析

圖2：三相波形圖

另一種看待三相電源的方法是將三個(gè)單相電路組合在一起，這樣在任何時(shí)刻的負(fù)載都是相同的，如上面的波形圖所示。

c)     三相電源優(yōu)勢

由于負(fù)載是恒定的，三相電源是大型電機(jī)和重負(fù)荷(如服務(wù)器)的理想電源，因?yàn)樗�不需要啟�?dòng)電容器。三相配電也是理想的，因?yàn)?20伏，380伏，和三相電路都可以從同一四線制中取出。此外，三相允許更少的電線（意味著更少的銅和更低的電壓）來傳輸和單相相同的電力。這使它成為一個(gè)更便宜和安全的數(shù)據(jù)中心的選擇。

d)     三相電源數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢：

企業(yè)為數(shù)據(jù)中心選擇的電力系統(tǒng)可以帶來更高的效率和更好的經(jīng)濟(jì)效益。單相電源適用于住宅用戶。不過，數(shù)據(jù)中心需要考慮三相電源帶來的好處。這些好處包括：

l  可以根據(jù)需要通過三相電源進(jìn)行分配電源，可以運(yùn)行電壓為220 V和380V的設(shè)備，并匹配PDU運(yùn)行。

l  三相電源可以為采用220V的設(shè)備提供電源，并通過更換的PDU即可升級(jí)到380 V，用戶可以快速實(shí)施，沒有明顯的停機(jī)時(shí)間。

l  當(dāng)用戶將三相電源直接傳輸?shù)椒��?wù)器機(jī)柜時(shí)，其電纜成本會(huì)顯著下降。

l  減少電工安裝交流電纜所需的工作量和安裝時(shí)間。

如果企業(yè)的未來的數(shù)據(jù)中心正在尋求采用三相電源，也需要對(duì)PDU如何適應(yīng)所需要的解決方案進(jìn)行一下了解。

e)    相關(guān)計(jì)算

220伏=單相負(fù)載+地線

380伏=兩相負(fù)載+地線

三相380伏=三相負(fù)載+地線

那些積極計(jì)算三相電路負(fù)載的人知道，這個(gè)方程需要1.73的乘數(shù)。例如，一個(gè)30安培380伏三相電路的輸出負(fù)載計(jì)算為:30x 380 x 1.73 = 19722瓦。但是這個(gè)1.73的乘數(shù)是怎么來的呢?答案是，這是由于兩相之間的電壓等于1.732倍的相電壓等于中性電壓。它的值可以通過所謂的“向量分析”得到，即2cos30 =1.732。然而，這個(gè)簡單的等式對(duì)你來說應(yīng)該很容易理解:

220伏(單相)x 1.73 = 380伏(兩相)

3.    單三相工業(yè)連接器類型

a)    針腳類型：

工業(yè)連接器的插針/針腳形式有三種。每個(gè)針腳都有明確的標(biāo)識(shí)極性。

2P+E：L，N，PE

3P+E：L1，L2，L3，PE

4P+E：L1，L2，L3，N，PE

圖3：插頭針腳圖

b)    顏色區(qū)分：

由于工業(yè)連接器應(yīng)用的場合眾多，使用情況也千差萬別，為了便于選型和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，國際電工委員會(huì)（IEC）出具相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

i.         藍(lán)色插頭

藍(lán)色插頭通常對(duì)應(yīng)200-250V電壓等級(jí)，在我國通常對(duì)應(yīng)為單相電源連接器。

圖4：SCAME藍(lán)色常用插頭示例

ii.         紅色插頭

紅色插頭通常對(duì)應(yīng)380-415V電壓等級(jí)，在我國通常對(duì)應(yīng)為三相電源連接器。

圖5：SCAME紅色常用插頭示例

c)     單相/三相工業(yè)連接器在數(shù)據(jù)中心末端配電領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例

圖6：司坎-突破電源末端連接實(shí)例