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数据中心基础设施必备知识一:电源篇

数据中心基础设施的管理涉及到电气、暖通等多个专业的配合。


本篇文章从各专业的基础知识出发,旨在帮助从事数据中心基础设施方面的工程师对各专业的基础知识与基本概念有一个清晰的了解与认识,希望对于想快速全面了解数据中心各专业领域的人士有所帮助。


今天,我们主要分享kVA与kW的区别,单相电路和三相电路的差异等。


一、kVA和kW


(1)概念和区别


kVA和kW都是数据中心行业中主要的功率计量单位。


它们有时可以互换使用,单两者之间还是有细微的差别,必须加以考虑。


kVA具体指千伏安,被称为“视在功率”。kW具体是指千瓦,被称为“有功功率”。


而kVAR也用于描述以上术语,它指的是kVA和kW之间的差异,被称为“无功功率”。


注意,在直流(DC)电路中,kVA等于kW,因为在传输过程中电流和电压不会脱离相位。


然而,“有功功率-kW”和“视在功率-kVA”在交流(AC)电路中有所不同——这是目前大多数数据中心采用的是交流方案的特点。


在交流电路中,由于电压和电流相位不同,导致基于功率因数的kW和kVA的差异。


(2)数学关系


kVA、kW与功率因数cosΦ的数学关系为:


kW= kVA x 功率因数cosΦ


kVA= kW/功率因数cosΦ


功率因数cosΦ= kW/kVA


(3)区别描述


我们可以用一个非常形象的例子来描述kVA和kW之间的区别,看下图。


图1:kW、kVAR、kVA的关系


二、220V和380V


(1)使用情况


要理解电力是如何配送到数据中心的,首先需要理解单相电源和三相电源之间的区别。


我国相电压是220V,线电压是380V。


在三相交流电中A相、B相、C相,各相线之间的电压为线电压,线电压为380V,也称为工业用电电压。


另外在三相交流电中A\B\C相中的任一相与N线(中性线)或零线间的电压,成为相电压,相电压为220V。大多数居民用电(家庭用电)都是单相供电。


大多数商业企业都采用三相电源,由三个交流电压组成,电压之间的相位差为120°,即三分之一周期。这些系统通过三根热线提供电力,其中任何两根热线的电压为380V。


(2)相位分析



图2:三相波形图


另一种看待三相电源的方法是将三个单相电路组合在一起,这样在任何时刻的负载都是相同的,如上面的波形图所示。


(3)三相电源优势


由于负载是恒定的,三相电源是大型电机和重负荷(如服务器)的理想电源,因为它不需要启动电容器。三相配电也是理想的,因为220V/380V和三相电路都可以从同一四线制中取出。


此外,三相电源允许更少的电线(意味着更少的铜和更低的电压)来传输和单相相同的电力。


这使它成为一个更便宜和安全的数据中心的选择。


(4)三相电源数据中心的优势


企业为数据中心选择的电力系统可以带来更高的效率和更好的经济效益。不过,数据中心需要考虑三相电源带来的好处:


①可以根据需要通过三相电源进行分配电源,可以运行电压为220 V和380V的设备,并匹配PDU运行。


②三相电源可以为采用220V的设备提供电源,并通过更换的PDU即可升级到380 V,用户可以快速实施,没有明显的停机时间。


③当用户将三相电源直接传输到服务器机柜时,其电缆成本会显著下降。


④减少电工安装交流电缆所需的工作量和安装时间。


(5)相关计算


220V=单相负载+地线


380V=两相负载+地线


三相380V=三相负载+地线


220V(单相)x1.73 = 380V(两相)


三、单相/三相工业连接器类型


(1)针脚类型


工业连接器的插针/针脚形式有三种。每个针脚都有明确的标识极性。


2P+E:L,N,PE


3P+E:L1,L2,L3,PE


4P+E:L1,L2,L3,N,PE


图3:插头针脚图


(2)颜色区分


由于工业连接器应用的场合众多,使用情况也千差万别,为了便于选型和统一标准,国际电工委员会(IEC)出具相应的标准和规范。


蓝色插头:蓝色插头通常对应200~250V电压等级,在我国通常对应为单相电源连接器。


图4:蓝色常用插头示例


图5:红色常用插头示例


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