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弱电系统采用了很多计算机和数字化设备，为防止数据丢失，这些设备不允许突然停电，必须保证任何时候都能稳定可靠供电。机房用电负荷等级及供电要求应按现行国家标准《供配电系统设计规范》GB 50052—2009的规定执行。机房供电系统包括交流电源、直流电源、UPS不间断电源和自发电电源。
根据设备的性能、用途和运行方式（是否联网）等情况，电源质量要求可分为A、B、C三级，见表1-1。为确保在任何情况下不会断电，供电系统应采用如下措施：
1）引入两路市电，一路为主供电，另一路为备份供电，主供电断电时自动切换至备份供电。
表1-1 低压交流电源的质量要求
2）为保证重要通信负荷的供电，应配置自备发电机组电源，其容量应按不小于交流用电设备总容量的1.5～2倍配置。
3）主机房通信设备的供电电源和UPS不间断电源由专用变压器供电，设置专用配电箱，不得与机房内其他电力负荷共用配电线路。
4）信息系统设备的供电系统必须与动力、照明系统分开。
图1-4是大型机房的供配电方案。
图1-4 大型机房的供配电方案
弱电机房内供电负荷多、可靠性要求高、电气线路多、供配电系统复杂，既要有三相供电和单相供电电源，还要有UPS不间断供电电源及抗干扰措施等。
三相交流电源与单相交流电源相比有很多优点，在发电、输配电以及电能转换等方面都有明显的优越性。例如：制造相同功率的三相电动机、变压器比制造单相电动机、变压器可以节省很多材料，而且构造简单、性能优良；由同等材料所制造的三相发电机，其容量比单相发电机大50%；在输送同样功率的电能时，三相输电线较单相输电线可节省25%的有色金属，而且电能损耗比单相输电时少。由于三相交流电有上述诸多优点，所以获得了广泛的应用。
（1）三相交流电源的特性：幅值相等、频率相同、相位相差120°的3个正弦波电源称为三相电源，如图1-5所示。特点为：三个正弦电压的矢量和为0。
图1-5 三相电源的波形图和矢量图
a）波形图 b）矢量图
（2）三相交流电源的联结。三相交流电源有星形（即Y）联结和三角形（即△）联结两类：
星形联结：星形联结有一个公共点，称为中性点N，从电源的3个始端引出的三条线称为相线（俗称火线）。任意两根相线之间的电压称为线电压（
，
，
）。每根相线与中性点N（零线）间的电压称为相电压（
，
，
）。3个线电压间的相位差仍为120°，3个线电压比3个相电压各超前30°，如图1-6所示。
图1-6 三相电源的星形联结
根据KVL：
我国规定的民用三相电源的线电压为380V，而星形联结的相电压（即相线与零点N之间的电圧）为线电压的
倍。因此星形联结的相电压为
。主要用于智能建筑的供配电系统。
三角形联结：各相电源首尾相连，没有中性点，3个相电源形成一个回路，只有三个相电源对称时，电源内部才没有环流。三角形联结时线电压=相电压，为380V。主要用于三相电动机、电梯和电锅炉等设备。
（3）智能建筑中的供电制式。为了保护用电设备的安全，智能建筑根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C和TN-S两种。
1）TN-C供电系统：即星形联结的三相四线制系统。
在星形联结的三相四线制中，中性线的作用是流过三相负载的不平衡电流，以保持中性点N的零点电位，使各相负载电压保持不变。如果中性线断了，不平衡的三相负载会使中性点的电位发生偏移，使负载最少的那一相电压升高，该相负载因过电压而损坏，而负载多的那一相的电压会过低，使负载无法正常工作。
2）TN-S供电系统：即星形联结的三相五线制系统。
TN-S是把工作零线N和专用的保护零（地）线PE严格分开的供电系统。系统正常运行时，专用保护零线PE上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳是连接在专用的保护零线PE上，保证了用电安全。
TN-S供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统，如图1-7所示。
图1-7 TN-S三相五线制低压供电系统
漏电保护器：用于保护接零的电气设备。如果电源线绝缘损坏发生碰壳时，短路电流将通过PE零线构成回路，由于保护零线阻抗较小，所以短路电流将很大，它促使漏电保护装置迅速动作以断开电源，从而起到保护人身和设备安全的作用。
（4）什么是有功功率 P 、无功功率 Q 、视在功率 S 、功率因数cos φ ？
在交流电路中，除了电阻性负载外，还有电感性或电容性负载，在电感性和电容性负载中会使电压与电流之间有相位差，通常电流不在同一时间到达，使电源形成了有功功率 P 和无功功率 Q 两个部分，而且 P 和 Q 是随负载特性的变化而改变的。
1）有功功率 P 。有功功率 P 表示在电能交换过程中负载实际吸收的电功率。 P = U × I ×cos φ ， φ 为负载的端电压 U 与电流 I 之间的相位角，电阻性负载时 φ =0°，电容性负载时电流 I 超前于电压 U ，电感性负载时电流 I 滞后于电压 U ； P 的单位用W（瓦）或kW（千瓦）表示。
三相负载对称时： P =3 UI ×cos φ ，单位为W或kW。
2）无功功率 Q 。无功功率 Q 表示在电能交换过程中负载没有消耗的电能， Q = UI sin φ 。单位为var（乏）。
3）视在功率 S 。从表面看电压有多大和电流有多大，功率就有多大，所以称为视在功率，意思是电网（或变压器）能输出的最大电功率。 S = IU ，单位为V·A（伏安）或kV·A（千伏安）。
视在功率通常用于表示电力变压器的功率容量和电网的功率容量。
4）功率因数cos φ 。
φ 称为功率因数角，是指交流电路中电压与电流间的相位差。功率因数角 φ 的余弦叫作功率因数，用cos φ 表示。功率因数是有功功率 P 和视在功率 S 的比值，即cos φ = P/S 。
功率因数的大小与电路的负载性质有关，如电阻负载的功率因数为1，一般具有电感性或电容性负载的电路功率因数都小于1。
功率因数是电力系统的一个重要的技术数据，是衡量电气设备用电效率高低的系数。功率因数低，说明在电能转换中的无功功率大，从而降低了供电系统的利用率，增加了线路的供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准（cos φ ≥0.90）要求。
不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）由储能装置（电池组）、逆变器和控制电路组成，一端连接市电电网，另一端连接用电负载。在电网电压正常的情况下，不间断电源利用电网电源为自身充电；电网出现异常时，不间断电源将存储于电池中的电能通过逆变器转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过高和电压太低都提供保护。图1-8是UPS构成原理图。
UPS不间断电源现已广泛应用于矿山、航天、工业、通信、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备等领域。
1.UPS的分类及工作原理
UPS按工作原理可分为后备式、在线式和在线互动式三类。
图1-8 UPS构成原理图
（1）后备式UPS。有市电时，市电通过旁路开关后直接供给负载，逆变器不工作；另外，市电通过充电器给电池充电。市电停电后，电池储存的能量通过逆变器为负载供电。功率等级为0.25～2kV·A。后备式UPS也被称为离线式（Off Line）UPS，如图1-9所示。
图1-9 后备式UPS的功能和特点
后备式UPS存在约10ms的开关切换时间，而计算机本身的电源供应器在断电时应可维持10ms左右，所以个人计算机系统一般不会因为这个切换时间而出现问题。
后备式UPS具备自动稳压、断电保护等最基础也是最重要的功能，逆变输出的交流电是方波而非正弦波，但由于结构简单、价格便宜、可靠性高等优点，主要应用于微型计算机、外设、POS机等领域，使用户有时间备份数据，并尽快结束手头工作。
（2）在线式（On Line）UPS。电网电压正常时，通过整流器和逆变器给负载供电（如图1-10中实线箭头所示），同时给储能电池充电（如图1-10中虚线箭头所示）；突发停电时，储能电池通过逆变器给负载供电。这种UPS的逆变器一直处于工作状态，因此不存在切换时间问题。
在线式UPS在市电供电状况下的主要功能是稳压及防止电波干扰，在停电时则由直流电源（蓄电池组）给逆变器供电。
只有当UPS发生故障、过载或过热时才会转为由旁路交流输入给负载供电，如图1-10所示。
图1-10 在线式UPS
在线式UPS的一大优点是供电的持续时间长，一般为几个小时，也有达到十几个小时的，可以让用户在停电的情况下像平常一样工作。
在线式UPS适用于交通、银行、证券、通信、医疗、工业控制等行业的服务器及其配套设备，因为这些领域的计算机一般不允许出现停电现象。
（3）在线互动式UPS。这是一种智能化的UPS，所谓在线互动式，是指在输入市电正常时，UPS的逆变器处于反向工作状态（即整流工作状态）给电池组充电；在市电异常时，逆变器立刻转为逆变工作状态，将电池组电能转换为交流电输出，因此，在线互动式UPS也有不大于4ms的转换时间。功率等级0.7～1500kV·A左右。
在线互动式UPS集中了后备式UPS效率高和在线式UPS供电质量高的优点，具有滤波功能，抗干扰能力强，逆变器输出电压波形较好，一般为正弦波；具有较强的软件功能，可以通过数据接口进行数据通信，实施UPS远程控制和智能化管理。管理员可以对电源质量、UPS工作温度、线路频率、UPS输出电压、最大和最小线路功率、电池功率强度、线路电压和UPS负荷等进行管理，广泛用于服务器、路由器等网络设备，或者用在电力环境较恶劣的地区。
2.UPS的配置
UPS的实际负载能力约等于其标称值的70%左右。如果负载需要较大启动电流时，应按启动电流计算。UPS系统输出功率的大小取决于整流器、逆变器和蓄电池的功率容量。
UPS的输出波形有方波和正弦波两类。方波输出逆变器的转换效率高，常用于后备式UPS。正弦波输出逆变器的转换效率较低，但电源引起的干扰小，应用更普遍。
首先应了解要挂接在UPS上的设备的电源要求，并把所有设备的用电量加起来，然后，再去选择一个处理能力与之相匹配的UPS。
对服务器装置而言，可能包括CPU及其附加的设备、监视器、外部路由器、集中器单元和布线中心等，这些设备的背面标牌可以提供它们的电源要求和使用功率。
一般来讲普通PC或工控机的功率在200W左右，苹果机在300W左右，服务器在300～600W之间，其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。
（1）UPS的功率应根据负载功率和延时两个方面来决定。UPS的额定输出功率有两种表示方法：视在功率 S （单位V·A）与实际输出功率 P （单位W），由于无功功率 Q 的存在造成了这种差别，两者的换算关系为：视在功率 S ×功率因数cos φ =实际输出功率 P （有功功率），后备式、在线互动式的功率因数cos φ 在0.5～0.7之间，在线式的功率因数一般是0.8。
1）UPS系统蓄电池的额定容量计算方法。假设：逆变器采用24V蓄电池组供电，UPS的负载功率为3kV·A，转换效率为75%，应急供电持续时间为30min，逆变器的实际负载能力按标称额定负载能力的70%计算。
那么在满负载情况下逆变器需输入的直流电流为： I =3kV·A×1.3（逆变器的实际负载能力）/0.75（逆变器的转换效率）=5200V·A。24V电池组的额定供电电流 I =5200V·A/24V=217A。
满足连续0.5h的供电时间的蓄电池功率容量为217A×0.5h=110Ah。应选用大于计算值的标准电池组：GFM-150Ah/24V。
2）延时是指市电中断后，UPS能供电多久的问题。
在既定的负载量和UPS功率的情况下，延时多久，取决于供电电池的容量，延时越长，要求电池的容量越大，这也意味着投入资金加大。以3000V·A的负载为例，采用100Ah/12V电池，16节串联为192V电池组，负载供电电流：3000V·A÷192V=15.625A；100Ah÷15.625A=6.4h，可以供电6小时24分钟。
（2）蓄电池组的电气特性。
蓄电池是UPS的重要组成部分，占有很大的价值比重，其质量的好坏直接关系到UPS的正常使用，所以应慎重选择有质量保证的正牌蓄电池。
UPS一般都用全密封的免维护铅酸蓄电池作为储能装置，这类蓄电池在充放电时不逸出气体，不会漏液，不需补充电液，使用方便。电池容量的大小由“安时数（Ah）”指标反映，含义是按规定的电流（A）进行放电的时间（小时，h）。
后备式UPS一般内置4Ah或7Ah的电池，其备用时间是固定的；在线式与在线互动式UPS有内置7Ah电池的标准机型，也有外配大容量电池的长效机型，用户可以根据需要实现的备用时间而确定配备多大容量的电池。
单体（单节）蓄电池的标称额定电压为2V。额定容量的单位为安培小时（Ah）。
密封铅酸蓄电池的命名方法为：G F M—×××Ah。其中字母G代表固定安装型；F代表阀控型；M代表密封型；×××Ah代表额定安时容量。
①单体蓄电池通过串联组成的电池组可提高输出电压，蓄电池常用电压规格有2V（单体电池）、12V、24V、48V等。
②单体蓄电池通过并联组成的电池组可增大安时（Ah）容量。常用规格有：
2V系列：100Ah、200Ah、300Ah、400Ah等。
12V系列：4Ah、7Ah、12Ah、17Ah、24Ah、48Ah、65Ah、80Ah、100Ah、150Ah、200Ah等。
24V系列：50Ah、75Ah、100Ah、200Ah等。
蓄电池浮充工作模式是指在市电正常时，蓄电池与整流器并联运行。蓄电池自放电引起的容量损失在浮充过程中被补足，2V单体蓄电池的正常浮充电压为2.23V。当市电中断时，由蓄电池单独向负载（UPS逆变器）放电。
1）蓄电池的放电特性：蓄电池的放电容量会随放电电流的增大而减小。
例如：GFM—4Ah，4Ah/2V单体蓄电池在25℃时的容量-放电特性如下：
5min放电率：放电电流为16.2A，终止电压为1.60V/单体，容量为1.40Ah。
15min放电率：放电电流为7.2A，终止电压为1.60V/单体，容量为1.9Ah。
30min放电率：放电电流为4.7A，终止电压为1.60V/单体，容量为2.36Ah。
1h放电率：放电电流为2.7A，终止电压为1.70V/单体，容量为3.4Ah。
4h放电率：放电电流为0.93A，终止电压为1.70V/单体，容量为4.3Ah。
5h放电率：放电电流为0.81A，终止电压为1.70V/单体，容量为4.32Ah。
8h放电率：放电电流为0.54A，终止电压为1.75V/单体，容量为4.4Ah。
10h放电率：放电电流为0.45A，终止电压为1.75V/单体，容量为4.5Ah。
20h放电率：放电电流为0.25A，终止电压为1.80V/单体，容量为4.8Ah。
2）温度对蓄电池容量的影响：
低于25℃时，蓄电池的容量减小。
104°F（40℃）：102%。
77°F（25℃）：100%。
32°F（0℃）：85%。
5°F（-15℃）：65%。
（3）蓄电池的使用与维护
1）目前UPS所用的蓄电池一般都是免维护的密封铅酸蓄电池，设计寿命普遍是3年，这在电池生产厂家要求的环境下才能达到。达不到规定的环境要求，其寿命的长短就有很大的差异。影响蓄电池寿命的重要因素是环境温度，生产厂家要求的最佳环境温度是在20～25℃之间。虽然温度的升高对电池放电能力有所提高，但付出的代价却是电池的寿命大大缩短。据试验测定，环境温度一旦超过25℃，每升高10℃，电池的寿命就要缩短一半。
2）定期充电放电。UPS因长期与市电相连，在很少发生市电停电的使用环境中，蓄电池会长期处于浮充电状态，日久就会导致电池化学能与电能相互转化的活性降低，加速老化而缩短使用寿命。因此，一般每隔2～3个月应完全放电一次，放电时间可根据蓄电池的容量和负载大小确定。一次全负荷放电完毕后，按规定再充电8h以上。UPS放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。
3）UPS的输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最高。
4）UPS带载过轻（如1000V·A的UPS带100V·A负载）有可能造成电池的深度放电，会降低电池的使用寿命，应尽量避免。
5）及时更换废/坏电池。目前大中型UPS电源配备的蓄电池数量，从3个到80个不等，甚至更多。在UPS连续不断的运行使用中，因性能和质量上的差别，个别电池性能下降、储电容量达不到要求而损坏是难免的。当电池组中某个/些电池出现损坏时，维护人员应当对每个电池进行检查测试，排除损坏的电池。更换新的电池时，应该力求购买同厂家同型号的电池，禁止不同规格的电池混合使用。
3.“集中式”UPS与“分散式”UPS的区别
如果需要配备UPS的设备较多，可以采用“集中式”或“分散式”两种配备方式；所谓“集中式”，就是用一台较大功率的UPS负载所有设备，如果设备之间距离较远，还需要单独铺设电线，大型数据中心、控制中心常采用这种方式，虽然便于管理，但成本较高。
“分散式”配备方式是现在比较流行的一种配备方式，就是根据设备的需要分别配备适合的UPS，譬如对一个局域网的电源保护，可以采取给服务器配备在线式UPS、各个节点分别配备后备式UPS的方案，这样配备的成本较低并且可靠性高。
集中供电方式：便于管理，布线要求高，可靠性低，成本高；分散供电方式：不便管理，布线要求低，可靠性高，成本低。
UPS作为保护性的电源设备，它的性能参数具有重要意义，是选购时的考虑重点：①市电电压的输入范围要宽，则表明对市电的利用能力强；②输出电压、频率要稳定，输出电压稳定度说明当UPS突然由零负载加到满负载时，输出电压的稳定性；③UPS的转换效率、功率因数、转换时间等都是表征UPS性能的重要参数；④对负载的保护能力。