機房供電系統(tǒng)線纜選擇與安裝

線纜連接是供電系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，所有的供電設(shè)備都是用線纜連接在一起而構(gòu)成一 個完整的系統(tǒng)，線纜連接的正確性和質(zhì)量直接影響供電設(shè)備功能的發(fā)揮和對負(fù)載的供電質(zhì) 量。線纜連接的質(zhì)量對供電系統(tǒng)的影響主要反映在以下三個方面：
(1)線徑截面要選擇適當(dāng)，無謂地增大線徑截面會增大成本；而如果線徑選擇過小，會 因?qū)Ь€過熱使電纜的絕緣承受能力下降，溫度過高甚至?xí)劤苫馂?zāi)。在數(shù)據(jù)中心中，因線纜 發(fā)熱起火的事故并不鮮見。
(2)線徑選擇過小的另一個不良后果是線路壓降過大，影響供電質(zhì)量。
(3)線纜是供電設(shè)備之間的連接線，擔(dān)負(fù)著功率和信號的傳送功能。同時，如果線纜的 布局不當(dāng)，數(shù)據(jù)電纜和功率電纜之間可能會成為各供電設(shè)備乃至供電設(shè)備與IT設(shè)備之間干 擾的媒介，傳送錯誤的信號，造成系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。
所以線纜的選擇，包括線纜材質(zhì)、線徑、絕緣和屏蔽性能，是供配電系統(tǒng)設(shè)計和機房建 設(shè)時必須要認(rèn)真考慮的重要因素之一。
本節(jié)主要介紹線纜截面的選擇原則和方法。
決定線纜截面的兩個最主要的因素是：
(1)電纜本身允許的溫升；
(2)負(fù)載輸入端允許的線纜傳輸壓降。
1.線纜的傳輸阻抗
當(dāng)電流在線纜中流動時，就在線纜中產(chǎn)生壓降，一段線纜的壓降除以流過該處電流，就 是線纜的電阻。電阻率（Resistivity)是用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。某種材料制 成的長lm、橫截面積是1mm2的導(dǎo)線的電阻，叫做這種材料的電阻率。
, p 二 RxS / L
式中，p為線纜的材質(zhì)電導(dǎo)率（n • m) ; S為截面（m2) ; L為長度（m)。
不同材質(zhì)的導(dǎo)線，電阻率也不同，例如：
(1)銀的電阻率口 = 1.6><10_8;
(2)銅的電阻率p = 1.7x10 8;
(3)鋁的電阻率/^之”乂^)—8。
線纜的電阻表達為
R =p x L/ S
以銅、鋁為例，對于同一根導(dǎo)線，長10m,截面為10mm2 =10_5m2。
采用銅質(zhì)材料時，電阻《 = 1.7xl(T8 x 10/10-5=1. 7xl0 2(fl) =0.017 (O)
采用鋁質(zhì)材料時，電阻尺=2.9 xl0_8x 10/10—5 =2. 9xl0_2 (fl) =0.029 (fi)
2.線纜溫度限制
線纜溫升是因為線纜存在著阻抗，它的電阻成分直接消耗功率。如果線纜的電阻為《， 流過的電流為/,則損耗為：
對于不同的電流波形，線纜損耗的結(jié)果也不一樣，如圖6. 6所示 假定電流幅值（平均值或有效值）都是1A,線纜電阻為10。
圖6.6 (a)所示是直流電流，幅值為1A,線纜的功率損耗是P = = 1 X/?。
圖6. 6 (b)所示是正弦電流，有效值為1A，峰值為1.414A，線纜的功率損耗是P = I2R = l XR0
圖6.6 (c)所示是計算機開關(guān)電源輸入電流，電流為間斷型，如果占空比為1:2.5, 有效值為1A,線纜的功率損耗是P = (2. 5)2 X/? x 1/2. 5=2. 5R。
由圖6. 6可以看出，電流波形不同時，線纜的損耗也不一樣。IT設(shè)備的輸人電源都是 開關(guān)電源，其輸人電流都是圖6. 6 (c)所示的波形。
(a)直流電流
線纜中流過電流時，由于電阻功耗而產(chǎn)生溫升，電阻率p不僅和導(dǎo)體的材料有關(guān)，還和 導(dǎo)體的溫度有關(guān)。在溫度變化不大的范圍內(nèi)，幾乎所有金屬的電阻率都隨溫度呈線性變化， 其變化規(guī)律為
p =p0(! +aT)
式中，r為攝氏溫度；內(nèi)為0T時的電阻率；a為電阻率溫度系數(shù)。
造成線纜溫升過高的原因是：
(1)線纜選擇截面小，線纜中電流密度過高；
(2)線纜布局密度高，散熱條件差；
(3)線纜中電流諧波成分大，波形如圖6. 6 (c)所示。
在不同的溫度下，電阻率隨溫度改變而改變，線纜的電阻隨著溫度的升高而增大。一個 簡單的極端的例子是：一個220V/100W電燈燈絲的電阻，未通電時只有4011左右，通電時 是 484fl。
線纜溫升過高的不良后果是會提高局部環(huán)境溫升，影響電路的工作穩(wěn)定性，嚴(yán)重時，過 高的線纜溫升會破壞線纜絕緣性能，直接引起設(shè)備故障，甚至造成火災(zāi)。設(shè)備故障著火的事 故屢見不鮮，絕大部分是因為線纜溫升過高而引起的，線纜設(shè)計電流過大或者電路故障 (如短路）都會造成嚴(yán)重的后果。
3. 傳輸電壓降限制
線纜傳輸對供電系統(tǒng)功能最直接的影響是傳輸壓降。供電設(shè)備和IT設(shè)備對輸入電壓范 圍和穩(wěn)定精度都是有嚴(yán)格要求的，而線纜在電流傳輸過程中，由于存在傳輸壓降，可能使最 終的電壓值超過負(fù)載允許的輸人電壓范圍，從而改變系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)。例如UPS輸入 電壓的穩(wěn)定精度是±1%,而UPS輸出端到IT設(shè)備的距離很長，如果線纜傳輸壓降>5%， 那么輸送給IT設(shè)備的實際的下限電壓最低值是-6%。即使IT設(shè)備仍可正常運行，也工作 在非最佳狀態(tài)。如果IT設(shè)備輸入電壓允許的范圍是額定電壓的±5%,就會因輸入電壓超限 而報警設(shè)置宕機。
在數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計建設(shè)中，針對線纜傳輸壓降問題的規(guī)范是最大允許的壓降：
(1)對交流電路，名3% (50Hz或60Hz);
(2)對直流電路，《1%0
4.電纜選擇
除非線纜布局過密或散熱條件極端惡劣，一般選擇線纜時更著重對傳輸壓降的考察。 表6. 17和表6. 18給出了選擇數(shù)據(jù)，表中用百分?jǐn)?shù)給出了 100米銅芯電纜電路所產(chǎn)生的壓 降。如果要計算長度為i的電路產(chǎn)生的壓降（百分?jǐn)?shù)），可用表中的數(shù)值乘以1/100。
如果三相電路的壓降超過3%或直流電路超過1%,可增大導(dǎo)體的橫截面積，直到產(chǎn)生 的壓降在允許的容限范圍內(nèi)。表6. 17列出的是50~60Hz/400V/三相，co嘩=0.8,平衡的三 相+N系統(tǒng)，100m銅芯電纜電路所產(chǎn)生的壓降（以百分?jǐn)?shù)表示）。表中，Sph為導(dǎo)體的橫截 面積；/„為電路中保護裝置的額定相電流。
表6.17交流電路線纜壓降計算，100m銅芯電纜電路所產(chǎn)生的壓降（％)
sph (mm2) 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300
(A) 10 0.9           
 16 1.2           
 20 1.6 1. 1          
 25 2.0 1.3 0.9         
 32 2.6 1.7 1. 1         
 40 3.3 2. 1 1.4 1.0        
 50 4. 1 2.6 1.7 1.3 1.0       
 63 5. 1 3.3 2.2 1.6 1.2 0.9      
 70 5.7 3.7 2.4 1.7 1.3 1.0 0.8     
 80 6.5 4.2 2.7 2. 1 1.5 1.2 0.9 0.7    
 100 8.2 5.3 3.4 2.6 2.0 2.0 1. 1 0.9 0.8   

續(xù)表
sph (mm2) 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300
 125  6.6 4.3 3.2 2.4 2.4 1.4 1. 1 1.0 0.8  
 160   5.5 4.3 3.2 3.2 1.8 1.5 1.2 1. 1 0.9 
 200    5.3 3.9 3.9 2.2 1.8 1.6 1.3 1.2 0.9
 250     4.9 4.9 2.8 2.3 1.9 1.7 1.4 1.2
 320       3.5 2.9 2.5 2. 1 1.9 1.5
 400       4.4 3.6 3. 1 2.7 2.3 1.9
 500        4.5 3.9 3.4 2.9 2.4
 600         4.9 4.2 3.6 3.0
 800          5.3 4.4 3.8
 1000           6.5 4.7