如果您企业的数据中心不能保证24/7全天候服务，您的企业可能无法长期维持正常运营。我们生活在一个永远在线的商业环境中，最终用户需要随时随地访问他们需要的应用程序。您的企业需要提高数据中心的弹性和可靠性。在本文中，我们将与您分享不间断电源(UPS)安装的安全要求和技巧，以及提高电源可靠性的一些技巧。在当今24/7的商业环境中，“永远在线”的商业环境、可靠性和弹性仍然是关键任务设施的首要任务。然而，这方面的目标很可能受到这些设施日常使用和操作的实际方面的威胁。考虑到这一点，在本文中，伊顿公司的行业专家将为您提供对数据中心配电系统的全面了解；借鉴公司在这些领域的多年经验，提供教科书可能没有的相关设计指导和实用技巧，但可以帮助显着提高企业系统的可靠性、电源可用性和正常运行时间，同时确保安全性和符合相关标准.数据中心配电系统作为一个整体是从可用电源扩展而来的——这些电源通常倾向于从变压器、发电机和不间断电源(UPS)输入，然后通过开关设备、断路器进入配套的ICT、冷却设备和相关的输出负载。因此，我们不仅需要了解与每一项电气设备相关的问题，还需要了解这些项目如何相互影响。鉴于这些项目之间的交互也可能随着数据中心负载的变化而变化，因此需要特别注意这方面。在正常操作和故障情况下，维护安全并消除人员和设备的风险无疑是至关重要的。同时需要考虑电弧，注意它的危险性以及如何减轻它。在本文中，我们将看到同时具有变压器和发电机的电力系统的设计应能够处理过载电流和短路条件以及额定操作，特别注意三极和四极开关、静态旁路、不同开路类型和选择性问题。同时，还考虑了电力基础设施未来增长的相关影响——在将模块添加到可扩展系统时应如何解决故障场景和选择性问题？还讨论了如何最大限度地减少人为错误的影响。影响并审查通过联锁实现的保护。文中还讨论了防止静态开关故障引起的反馈电流的需要；通过现代UPS系统以及过载条件（尤其是阶跃变化）和整流器限流来减轻这些现象。文章还涉及相关的国际安全立法。UPS在正常运行、维护和故障时不同条件下运行的详细考虑；系统可用性以及对关键负载保护和安全的影响将得到强调在开始任何新的UPS安装或升级之前，请咨询经验丰富的UPS供应商可用性。虽然本文的第一部分着眼于配电，但其重点是UPS。在接下来的几部分中，涵盖了UPS和配电主题；馈线和优化、三极和四极开关和选择性问题。总体而言，本文将为您提供有关如何提高数据中心可靠性和安全性以及如何防止不必要的停机中断的相关知识。在动态环境中保持最新的最关键应用程序的管理人员发现他们不断需要在可靠性和投资之间取得适当的平衡。随着新话题的出现，相关的关注点也经常发生变化；这方面的例子包括抗冲击、环境硫污染、EMI、散热、责任转移等。回馈保护立法回馈保护由《IEC 62040-1：2008不间断电源系统(UPS) 标准》的第1部分规定：《UPS使用的一般要求和安全要求》。该标准也是欧洲规范，并规定了法律强制性要求，以确保UPS安装期间维护人员的安全。该标准允许两种替代方案来提供反馈保护；在UPS内安装内部反馈隔离器，或安装仅执行反馈检测和控制的外部输入线路隔离器描述的相关开关设备需要警告标签。当输入电源丢失时，反馈保护装置必须通过在15秒内断开连接来隔离主电源中任何永久连接的UPS的输出，以防止上游感应出潜在的危险电压。请注意，本文中提到的术语“反馈”以及人身安全和危险电压或能量要求并不是反向功率流，因为有时会被错误地假设。重要的是要了解静态开关，包括半导体和晶闸管，以及相关的控制和缓冲电路可能无法为上游电网的安全维护提供足够的隔离，即使它按照企业的预期运行。当静态开关晶闸管的栅极信号关断，电源不通过时，电路可能会向上游泄漏一些电压和电流，足以对人员造成危害。因此，反向馈电保护主要用于正常运行条件下的UPS系统，而不仅仅是通常假设的故障条件。图1：具有内部反馈保护的UPS与左侧的静态旁路开关串联；右图实现了外接输入线隔离装置的原理。如果依赖外部设备，则要求将与安装相关，而不是产品本身。在这种情况下，满足最低立法要求的责任在于电气承包商或安装所有者，他们可能缺乏对UPS设备和已安装产品的特定安全标准要求的充分了解。如果外部连接的反馈保护设备在储能模式下运行，则它们可能会暴露于来自UPS的危险电压。为了让维护人员意识到这种风险，UPS产品安全标准要求用户在UPS与外部反馈保护装置之间的所有开关柜接入点和开关柜上明确标示警告标签。图2：IEC62040-1:2008中描述的警告标签，用于外部反馈保护以及在永久连接的UPS上游使用四极开关时。某些UPS型号标配有内部反馈保护，但其他型号则没有。在某些情况下，来自同一供应商的不同UPS型号的内部设备因版本而异。因此，在选择UPS产品时必须慎重，并核实UPS电源是否必须安装反馈保护装置。对于某些UPS型号，依赖外部反馈保护可能会影响UPS馈电配置。它可以强制使用双馈源为整流器和旁路供电，而不是在许多情况下可以接受的单馈源，同时节省成本。还值得一提的是，UPS外部的反馈保护会给UPS系统增加“隐性成本”。该设备将需要与开关设备内的UPS相同或相似的组件，以响应市电状态来控制其开启和关闭。与过流保护串联的电机断路器或接触器是执行此操作的典型方法。这些可能会对批准的开关设备类型产生影响，并产生额外费用。在安装外部反馈保护和相关控制线路时，还存在与设计、协调、人工和材料相关的成本。使用具有安装就绪且经过工厂测试的内部反馈保护的UPS产品有助于确保UPS供应商满足安全要求，而不是依赖其他人来处理；这使得商业客户更容易使用该解决方案。对容错的影响在UPS系统中，反馈保护的主要目的是防止在UPS断电且UPS以储能模式运行时上游出现危险电压。由于在实践中，反馈保护将UPS系统输出与输入电源隔离开来，并与静态开关串联放置，因此它还有另一个用途；具体来说，隔离系统中的故障静态开关。反冲保护的这种辅助功能有助于提高系统弹性，并且在考虑UPS系统中的反冲保护时通常是更广泛讨论的话题。但需要强调的是，如前所述，反馈保护是保障人员安全的要求，是强制性的。隔离故障旁路电路的能力可以使UPS系统在线并保护关键工作负载，即使静态开关出现故障也是如此；消除系统的单点故障并提高容错能力。因此，在UPS的次级采用反馈保护功能来减少静态开关故障的影响是很流行的。单机UPS系统中的反馈保护如图3所示，伊顿提供的三相UPS设备标配内部反馈保护装置。它包括一个内部反馈接触器(K5)，可自动防止静态开关内出现故障情况。如果其中一个静态开关发生故障，将其驱动到不需要的导通状态，电力将在UPS输出和电源之间流动；根据逆变器和输入电源之间的电压差和相移，可以在任一方向传输功率。这种意外的电流会使UPS系统过载，激活变频器的电流限制，并导致旁路因各种原因跳闸甚至关闭。因此，故障会对系统运行和可靠性产生重大影响。图3：带静态开关和内部反馈保护的UPS(K5)当UPS未处于旁路模式且静态旁路开关未打开时，反馈检测电路和UPS固件可以检测旁路线路中的电流。然后打开内部反馈接触器以隔离故障并防止功率在UPS输出和电源之间流动，从而使UPS即使在静态开关出现故障的情况下也能继续以双转换模式运行。警报将通知现场人员，或者远程监控站（如果使用）将检测到设备中的缺陷，从而启动一系列计划好的纠正措施。并联UPS系统中的反馈保护UPS在UPS系统中并联连接以获得更高的可用性或更大的容量。图4显示了分布式旁路配置的并联UPS系统，带有内部反馈接触器K5。静态开关之一的故障可能会允许并联逆变器在系统输出和电源之间馈入或汲取电流。因此，单个静态旁路开关的故障最终可能导致系统发生灾难性故障。然而，由于电路故障导致的电流损失可以被检测到，相关UPS模块内部的反馈接触器将自动打开，让系统保持双转换运行以保护负载。并联系统的静态旁路线路是冗余的，因为一个静态旁路线路的故障不会阻止其他旁路线路的运行。在冗余并联系统中，静态旁路故障不会以任何方式影响系统的旁路能力；然而，在容量并联系统中，旁路容量会略有降低。一些并联UPS系统使用集中旁路拓扑结构，其中系统旁路模块(SBM)为所有并联UPS单元提供公共旁路路径，如图4所示。SBM与UPS的内部旁路开关一样，由晶闸管组成反并联连接。服务人员因此具有相同的安全隐患并且可能发生类似的故障机制；因此，反馈保护对于集中式旁路系统同样重要和强制性。在并联UPS系统中，内部反馈保护意味着分布式旁路系统中的每个静态开关都包含一个反馈接触器，因此可以保持配置冗余。相比之下，具有外部反馈接触器通常意味着只为多个静态开关安装一个接触器，因此一个开关的故障将导致连接到公共反馈接触器的所有静态旁路线路完全丢失。一些模块化UPS设计中使用了类似的实施方式，其中一个反馈电源接触器用于多个或所有静态开关。对系统冗余和弹性的影响可能更大。有观点认为，反馈保护装置本身可能会降低系统的可靠性，因为它是一个组件，它也可能会失效。这是非常正确的，但有许多因素需要考虑。这些因素包括组件通常如何失败、它在系统中的使用方式以及可能的影响。如果回馈接触器发生故障闭合且在掉电时不打开，直到静态旁路开关失效之前不会影响UPS系统运行；需要第二次故障才能影响UPS系统运行。该系统几乎就像一个没有反馈保护的系统。无论如何，这种故障故障很少见。另一种更典型的故障模式是反馈接触器未适当打开或关闭。实际上，这意味着如果有相应的需要，则绕行路线不可用。只有一根静态旁路管路的系统将失去所有旁路容量；那些有多个静态旁路的，每个都有自己的反馈接触器，只会损失一些容量。请注意，UPS旁路线路仅在主旁路电源可用时才可用-旁路线路可用性不能高于其电源。显然，具有相关控制电路的反馈保护的可靠性远高于主电源，因此对旁路线路整体可用性的影响可以忽略不计。具有反馈保护和静态开关短路检测功能的UPS可以在系统出现严重故障时随时隔离故障静态旁路开关，并消除系统中的单点故障。这一优势超过了反馈保护对旁路可用性的边际影响，并提高了整体系统的弹性。最后，个人喜好不是决定因素。确保维护人员的安全是UPS设备和设备安装的强制性要求。UPS系统必须设计成安全的；唯一的问题是如何实施安全设计，以提高系统级弹性的形式最大限度地提高额外收益。IEC62040-1:2008-2013修正案《IEC 62040-1：2008不间断电源系统(UPS) 标准》的第1部分：《UPS使用的一般要求和安全要求》为UPS产品及其安装提供了强制性的安全相关要求。CE标志要求符合本标准，具有法律效力。最新要求，IEC62040-1:2008-2013修订版，于2016年2月正式成为强制性要求。这要求UPS制造商声明：短时耐受电流（ICW）：短时电流的有效值是由UPS制造商声明并可以在特定条件下进行的基于当前电流和时间定义而不会损坏，或额定极限短路电流（ICC）：根据UPS声明的预期短路电流值制造商，短路保护装置（SCPD）在规定条件下可以承受的总动作时间（清除时间）。事实上，UPS供应商必须说明UPS输入端子所允许的最大允许故障电流水平，以维护UPS产品的安全和安装。所选设备的额定值必须等于或超过UPS安装中发现的故障电流水平，并且在任何情况下都不应超过这些声明值。当使用条件短路电流ICC额定值时，短路保护装置(SCPD)（通常是保险丝）将故障电流降低到UPS内部电路和组件的安全水平。SCPD可以是UPS的内部部件，也可以外置在UPS的上游电源中。鉴于标准中的要求仅适用于UPS的低阻抗路径，假设存在此类路径。这个低阻抗路径可以是UPS的内部旁路电路，也可以是多个UPS的大型公共旁路。包括从旁路输入端到UPS输出端的静态旁路开关电路；如果是UPS的组成部分，或者是按照UPS产品标准销售的UPS系统部件，也可以延伸到UPS机械（维修）旁路电路。当外部维护旁路用作低压开关设备组件的一部分时，它自动属于开关设备产品类别和相关要求。该标准还要求每个旁路电路在可用故障电流水平下必须独立安全。假设所有电路都将共享故障电流，则无法在系统级别评估安全性，因为在维护活动和调试期间，或者当系统的某些部分出现故障或不运行时，也必须保证产品和人员的安全。换句话说，并联更多的UPS单元或静态开关不会降低对单个静态开关或UPS单元的要求图5：UPS的耐受电流额定值必须匹配或超过安装中可用的故障电流。在上面的示例中，UPS耐受电流要求基于市电可用的故障电流。如果发电机与变压器并联运行，导致更高的故障电流水平，则必须选择适合这种情况的额定值，并且必须与UPS的合规性以及未来可能的安装更改一起进行验证。标准中给出了故障电流水平的最低要求，但这些要求可能略低于实际安装中通常看到的要求，尤其是在较大的UPS装置中。在任何情况下，UPS供应商都可以申请比要求更高的数量；从应用的角度来看，这些也是可取的。必须通过UPS供应商（制造商）进行的测试来验证UPS产品是否符合安全要求。该测试是强制性的，只有两个例外，即：声明的耐受电流额定值≤10kA，或者峰值通过电流被SCPD限制为≤17kA。测试结束时，需要验证产品是否符合以下标准：a)除故障清除时断路器通常发出的金属颗粒外，UPS不得发出火焰、熔融金属或燃烧颗粒b)从带电部件到UPS机箱或外壳不得有电弧c)组件，例如不得将用于安装带电部件的母线支架从其初始位置移开d)不得快速打开任何外壳门（因为这可能会造成人身伤害），只能通过其正常闩锁来防止e)不得将导线从其端子上拉出连接器拔出，导体或导体绝缘体无损坏f)UPS应成功通过电气强度测试当使用限制短路电流ICC额定值时，UPS供应商将对选定的SCPD进行产品测试。UPS供应商有责任选择保护设备，并在必要时进行测试以验证设计。如果使用外部保护装置，UPS供应商应指定装置类型。只有UPS供应商指定保护装置并通过测试验证后，才能使用。如果UPS供应商依赖UPS供电开关设备内的外部短路保护，则UPS系统安全要求落在设备安装上，由其设计师、电气承包商和所有者负责。这些人可能没有足够的产品特定标准和要求的相关知识来确保正确使用保护设备，并且永远不会被保护较少和传递能量较高的设备所取代。图6：如上所述，UPS耐受电流额定值适用于UPS静态旁路电路，无论是在UPS内部还是作为集中式系统级旁路。如果这是UPS（系统）的组成部分，它也适用于机械旁路。通常使用外部维护旁路；如果是这种情况，则必须遵循低压开关设备的要求。从一开始，UPS的故障电流额定值就必须大于现场最坏的情况。对于多个馈电，必须考虑并行运行电源的可能性以及未来对上游电气基础设施进行更改和升级的可能性。并联多个设备不会降低每个单元的故障电流要求。在影响故障电流水平的任何安装更改后，必须重新评估UPS合规性。如果使用外部SCPD来保护UPS，这一点尤其重要。这些必须是经过批准的类型，并且将来不应被其他类型替换，例如，当对开关设备组件进行更改和升级时。作为一项法律要求，UPS安装必须满足人员和基础设施安全要求。然而，人们对UPS产品特定的安全要求知之甚少，造成了这些方面可能被忽视的风险。为了降低安全相关要求中出现错误的风险，指定和使用具有内部SCPD和高故障电流水平的实验室测试产品可能是有益的。市场上有内置SCPD且额定值高达100kA的UPS产品。这些超出了标准的最低要求，并允许它们用于几乎任何安装，对安装或后续更改的第一天供电没有特殊要求。这样，作为产品技术专家的UPS供应商将通过设计在其产品中构建安全和身份验证来保护自己。他将确信产品和安装符合法律法规的所有强制性要求。
