计算机系统的安全供电.docx

计算机系统的安全供电1 供电故障对计算机系统的影响1.1 电源故障的后果计算机系统中的元器件对于由电源产生的波动及其干扰是非常敏感的电源故障具有毁坏系统的潜在破坏力，瞬间就会导致大量数据和程序的丢失和损坏电源安全的目标是减少电源故障发生的次数，使潜在的毁灭性后果降到最低程度发生电源故障会导致下列毁坏性的后果：(1)导致全部数据丢失当录入数据时发生电源故障，系统可能被毁坏，工作中的文件可能被停止，用正常的操作系统存取方法不能存取数据2)可使输入和输出逻辑出错例如会影响驱动器和监督程序之间读写操作的精确性3)影响 CPU 的性能使处理能力变得呆滞起来，而且出现不精确的数字4)导致计算机失去瞬间记忆数据写到磁盘时，由于电涌或猛烈冲击可能破坏暂存在内存里的程序或数据5)导致 CPU 的内部电路短路据有关统计数据表明，计算机每月至少要受到 110～140 次电源干扰，干扰类型主要有：瞬变、尖峰、浪涌等2 1.2 电源故障的类型电源故障类型主要有 4 类：(1)电源线噪声主要以两种形式出现，一种是高压尖脉冲（可能高达 6000V） ，它会冲击电源线路；另一种瞬变现象，是电压噪声，通常是一种调幅脉波。

尖峰和瞬变现象在所有电源线故障中占 80％以上电源线自身也会发出噪声电流以正弦波流动，电磁脉冲干扰在电源线上会在毫微秒时间内使短暂尖峰达到最高点闪电是电磁噪声中破坏力最强的，它会导致电涌进入电气和通信线路，一个持续的电涌可高达 7000V，可路内走 1 英里多2)周围环境噪声周围环境噪声主要来自汽车发动机、X 光射线、大功率空调和冰箱、无线电频率干扰等如工业机床上的感应开关负载会产生高频干扰，工业机床接通电源瞬间，浪涌电流或冲击源会使电机飞速运转，计算机系统不应该安装在这种电气设备附近另外办公室内的复印机、打字机等设备对计算机也会有影响，计算机的电源插座应该是专用的，连接到单独的开关上，不要与其他电气设备共用，最好能屏蔽计算机的电缆，减少噪声干扰对系统的威胁3)电压波动电压波动是电网常见现象，电压波动可分为两类：一种是在正常电压值上下摆动电网在运行过程中受诸多因素的影响总是处于不断的波动状态，这种波动如果超出了主机和外围设备允许的范围，就会使计算机处于不稳定的运行状态，甚至出错，严重时还会停机或损坏机器另一种是瞬变浪涌或瞬变下跌由于电网供电系统故障、大负载的改变以及故障设备的影响，造成电压瞬时上升或下跌。

据国外资料统计，瞬态电涌出现的频率大致为：5000V（每年 1 次） 、 2000V（每年 10 次） 、1000V（每年 50 次） 、400V（每年 2000 次） 4)电源故障如某一时间段内用电需求过大、电气设备的损坏和断路、线路安装有误、电路过载、闪电和暴风雨等，导致电源故障的发生，供电中断，将持续一段时间，几分钟至几小时，有时甚至是几天，从而影响计算机系统2 计算机供电系统的技术要求为计算机系统提供的电源质量的好坏，直接影响着计算机系统的可靠运行这种影响不仅来自提供电设备的电压、频率、电流等而且来自电网所提供的电源质量这些基本要素都要符合计算机设备的要求，根据我国《计算机站场地技术要求》（GB2887），对供电系统的要求如下：2.1 线制与额定电压我国的电力系统采用的是三相四线制，相电压为 220V，线电压为 380V计算机系统一般要求三相五线制，即三根相线、一根零线、一根地线，地线单独接地，不与零线共地在同一个计算机供电系统中，送给各部分的电压可以有 220V 和 380V需要特别指出的是从国外引进的计算机，有 110V 的、有三相三线制的，遇到这种情况应设置专门的变压器。

2.2 频率国内计算机要求的供电频率分为两种：工频 50Hz 和中频 400Hz 或 1000Hz从国外引进的计算机，有的设备要求供电的电源频率为 60Hz，需要采用专门的频率变换器将50Hz 的电源转换成 60Hz 的电源2.3 额定容量计算机系统要求提供的电源额定容量以两种方式给出：(1)在额定电压下计算机系统的总容量或计算机系统的总电流这对选取电力设备、供电电缆、计算机机房的总发热量，以及选取合适的空调是必不可少的资料通常供电量应留有不少于 30％～50％的余量一般电气设备在启动时要求的电流要比稳定工作时大2)各分机所要求的工作电流，是指设备稳态工作时的额定值这对设计计算机房的配电柜、选取合适的传输导线和连接器件也是必需的2.4 允许的电网异常范围(1)电压波动电网电压的波动常常是因电网负载出现了较大的增加或减少而引起的例如在用电高峰时电压往往偏低，有设备停机时电压往往偏高电网电压波动的影响是较大的国家标准对电压波动等级有如下规定：电压等级 A 级 B 级 C 级波动范围 ≤±5% ≤+7%,≤-10% ≤±10% (2)频率波动。

电网的频率波动主要是由于电网超负荷运行所致国标波动等级规定如下：频率等级 A 级 B 级 C 级波动范围 ≤±0.05Hz ≤±0.5Hz ≤±1Hz (3)波形失真度波形失真度指计算机输入端交流电压所有高次谐波有效值之和与基波有效值之比的百分数国标规定如下：失真度等级 A 级 B 级 C 级波动范围 ≤5% ≤10% ≤20% (4)瞬时停电瞬时停电是指计算机在正常运行过程中电网的瞬时断电瞬时断电时间长会引起计算机出错，甚至停机瞬时断电所允许的时间在国内尚无标准，日本《 工业用计算机环境标准》中规定：A 级，3ms 以下；B 级，100ms 以下；C 级，200ms 以下5)电压瞬变供电电源的输出电压最大瞬变应小于等于额定电压的 8％～10％，并在 100～200ms 内稳定6)输出电压畸变率一般应≤±5％7)三相不平衡指相角不平衡、电压不平衡、电流不平衡三种。

目前尚无对三相不平衡要求的标准，若机器有规定时应根据需要处理3 计算机系统供电技术3.1 电力负荷的等级按照我国用电设备对供电可靠性的要求，电力负荷分为三个等级：(1)一级负荷指突然停电将造成人身伤亡危险，或大设备损坏且难以修复以致带来重大经济损失的负荷2)二级负荷指突然停电将产生大量废品，大量减产，或发生重大设备损失事故，但采取措施能够避免的负荷3)三级负荷一、二级负荷之外的所有用电设备在《计算机站场地技术要求》中，依据计算机的用途和性质以及负荷分级的规定，采取了相应的供电技术：对于一级负荷采用一类供电，即建立不停电系统，而且要保证电网的质量；对于二级负荷采用二类供电，即建立带备用的供电系统；对于三级负荷采用三类供电，即按一般用户供电考虑3.2 计算机系统的供电方式在实际工作中，计算机系统有以下几种常用的供电方式：(1)直接供电将变电站送来的工频交流电直接送给计算机设备配电柜，然后再分配给计算机设备对于需要中频电源的计算机系统，需要将工频交流电经配电盘分成两路，一路直接送计算机，另一路经中频机组输出中频电流后再送计算机配电柜，最后送计算机直接供电有设备少、投资低、运行费用少、供电简单、维修方便等优点，但缺点是对电网质量要求高，容易受电网及负载变化的影响。

一般采用专用供电线路，只适用于电网质量能满足主机电源及外围设备电源，且附近没有较大负载的启动、电磁干扰很少的情况2)隔离供电在交流进线后面加一个隔离变压器，然后再送给计算机隔离变压器的初级和次级之间均加屏蔽层，并各引出一个抽头与初、次级的零线连接，再经一耦合电容接地，对电网瞬变干扰有隔离和衰减作用3)交流稳压器供电让 50Hz 的工频交流经交流稳压器后，再供计算机使用可以衰减许多暂态冲击、幅度波动和电压脉冲，但对电源频率波动无法纠正4)发电机组供电外电网交流输入经过整流后变为直流，并驱动直流电机，再带动发电机产生交流输出若电网停电，可利用蓄电池提供直流驱动，满足一段时间内不停电的需求通过测速电机和惯性飞轮等装置调整输入输出电流，使输出电压和频率不随电网的波动而变化5)不间断电源（UPS）供电不间断电源最大的特点在于不间断性，而且能最大限度地提供稳定电压，隔离外电网的干扰外电网一旦停电，UPS 能在设备所允许的极短时间内（微秒至毫秒级）自动从备用能源经逆变器变换成电压、频率和相位都与原供电电源相同的电能继续向计算机供电或者平时由逆变器供电，只在逆变器发生故障时，由静态电子开关自动将计算机瞬时切换到外电网供电或切换到另一台与之并联的 UPS 上，实现不间断供电。

UPS 提供的电源具有较高的电压和频率稳定性，波形失真也较小，噪声和干扰更优于外电网，是计算机系统最理想的供电方式目前所有的重要计算机设备都采用 UPS 供电4 供电安全要点(1)电源线应安装避雷设备，最好能从总配电处、分开关处、UPS 输入端分别做避雷防护2)要将计算机系统接到专用的电源线路上3)计算机系统供电一定要有保护措施，最常用的是采用 UPS4)所有计算机外设使用专用电源时，应降低组件间潜在的干扰5)计算机系统接地使用粗电缆，各个设备都要接地，合理的接地可以减少由电源本身和计算机外设所产生的噪声，抵消闪电噪声或电涌干扰，减少电击的危险，保证人身安全6)计算机应远离有噪声的电气设备，如空调、工业机床、复印机等，主机房与空调机房应分区域设置7)在有“噪声”的环境里，要屏蔽计算机电线和电缆8)执行程序时不要关闭计算机电源，否则会毁掉数据，甚至烧掉电子电路9)对重要的计算机系统要保证电源的冗余备份，如双回路、双 UPS、发电机组等。