PDU 配電單元（power distribution unit，落地型）¶

電力鏈走到這裡第一次分岔成很多條。上游全是「一條粗的」——一台變壓器、一台 UPS、一條母線；PDU 之後變成幾十條細分路，每條進一個機櫃。它做兩件事：（可選）降壓到 IT 設備吃的等級，以及把一大塊容量切成很多小塊並各自加保護。第二件事才是重點——切完之後，容量突然變成兩個維度。

本卡講落地型 PDU（地板上的櫃子）。機櫃裡那條插座排是 rack PDU，額定與遙測完全不同，是 dc-14。

六格¶

拓撲位置¶

上游：UPS 輸出配電盤、STS，或直接吃 LV 盤。下游：RPP（dc-12）、busway（dc-13）、rPDU（dc-14）。

兩種型態（Schneider WP61）：變壓器型 = 主入開關 + 降壓變壓器 + 分路盤；非變壓器型 = 主入開關 + 分路盤（美規叫 RPP，約一塊 2'×2' 高架地板大）。差別不只是體積——變壓器型會產生一個新的接地中性點（separately derived system），故障電流的參考點在這裡重新開始。

容量單位¶

兩個維度，會分別耗盡：kVA / A（變壓器銘牌 + 輸出主開關）與 pole 數（分路盤實體位置，單盤標準 42 pole，落地型常見 72 pole 雙盤）。

來源分歧（單位）：WP61 標 PDU 為 50 kW–500 kW，廠商型錄多半標 kVA（150 / 225 / 300）。兩者差一個 PF，比型錄前先問清楚是哪一個。

冗餘表達¶

PDU 幾乎不做 N+1，做的是 2N：兩台各餵機櫃的 A、B 邊。所以這一層的冗餘不住在設備身上，住在兩源關係裡。部分 PDU 內建 STS 給單電源設備用。

遙測介面¶

Modbus TCP / SNMP。關鍵點位：

點位	為什麼要
輸入 kW / kVA / PF	kVA 才是對變壓器的約束，kW 不是
每相電流 L1/L2/L3	不平衡只能從這裡算，總量看不出來
中性線電流	三次諧波的唯一證據，且常常沒接點位
變壓器繞組溫度	變壓器型才有（dc-02 的溫升邏輯）
每分路電流（BCM）	沒有 BCM 就沒有分路層資料，機櫃用電只能用推的

故障域¶

整台掉 → 下游機櫃那一邊沒電。雙電源機櫃活著（另一邊功耗上升），單電源機櫃死。變壓器本體故障不可熱修，換機是週級。

維護特性¶

紅外線熱像（帶電、年度）、端子扭力複緊（需停電）。有無 maintenance bypass 決定停電範圍——沒有的話換一顆分路開關就要整台停。

關鍵數字與計算¶

1. 三相容量：公式沒錯，錯的是參考系¶

$$S = \sqrt{3} \times V_{LL} \times I_L = 3 \times V_{LN} \times I_{phase}$$

208Y/120V、30 A 分路：√3 × 208 × 30 = 10 807 VA ／ 3 × 120 × 30 = 10 800 VA——兩式相等（V_LL = √3 × V_LN）。

來源分歧（真實案例）：NetBox issue #8738 報 bug 說 available_power 用 × 1.732 是錯的、該用 × 3。他沒錯也沒對——真正的缺陷是 NetBox 的 voltage 欄位沒有參考系：填 208 還是 120，欄位名一模一樣。issue 被關掉了，欄位到今天仍然沒有參考系。

台灣（dc-11 的實際場景）：台電新建案以 380Y/220V 三相四線供電，MV 側 11.4 kV / 22.8 kV。同樣 30 A 分路：√3 × 380 × 30 = 19.7 kVA——是美規 208V 的 1.83 倍。而且 IT 設備吃 100–240V，220V 線對中性可以直接用，所以台灣機房的 PDU 常常根本不含變壓器。北美文獻裡「PDU = 480→208 降壓」那條等式，在這裡不成立。

2. 疊乘打折：225 kVA 的 PDU 給不出 225 kVA¶

380Y/220V、變壓器 225 kVA、輸出主開關 400 A：

步驟	計算	結果
變壓器銘牌	—	225 kVA
銘牌對應電流	`225 000 / (√3 × 380)`	341.8 A
主開關連續額定（80%）	`400 × 0.80`	320 A
主開關換算 kVA	`√3 × 380 × 320`	210.6 kVA
取兩者小者	`min(225, 210.6)`	210.6 kVA
×PF 0.99		≈ 208 kW

綁住你的不是那顆 225 kVA 變壓器，是 400 A 主開關的 80% 規則。 銘牌比可用值大 8%——剛好一整個機櫃。

3. Pole 會計：另一個維度先耗盡¶

同一台 PDU，72 pole 分路盤，每個機櫃取 1 條 3-pole 32 A 迴路（A 邊）：

pole 上限：72 / 3 = 24 條迴路 → 24 個機櫃
kVA 上限：208 kW / 6 kW 每櫃 → 34.7 個機櫃

pole 先用完，34.7 − 24 = 10.7 個機櫃份的容量（約 64 kW，31%）永遠賣不掉。 這是擱置容量的一種型態（topic-04），而且只看 kW 的儀表板看不見它——它會顯示「利用率 69%，還有空間」。

4. 中性線：平衡也救不了三次諧波¶

三相平衡、每相基波 100 A → 中性線電流理論上 0。加入 30% 三次諧波（每相 30 A）：三次諧波是 triplen，三相同相位、算術相加：

中性線 = 3 × 30 = 90 A
每相 RMS = √(100² + 30²) = 104.4 A

相電流 104 A、中性線 90 A。 中性線若照「等於相導體」設計，此時已在 86% 而沒有任何告警——因為多數 PDU 的中性線電流根本沒接點位。這也是 K 係數變壓器（K-13 等）存在的理由；K 值是諧波耐受能力，不是效率指標。

5. 空載損失（變壓器型才有）¶

鐵損只要通電就存在，24×7 不隨負載變。225 kVA 級乾式變壓器空載損約 1 kW 量級 → 每年約 9 MWh 純損耗，且它落在 PUE 的分子。最大效率點在額定的 35–45%——「買大一號比較安全」在能耗上是有代價的。

常見誤解¶

以為 PDU 的容量是一個數字，但實際上是二維的（kVA × pole），而且通常是 pole 先用完。 只追蹤 kW 利用率的系統會在 24 個機櫃時說「還有 31% 空間」，然後現場發現沒位置裝開關了。

以為 208V/480V 是通用常識，但實際上那是北美規格。 台灣是 380Y/220V，IT 設備直接吃 220V 線對中性，PDU 多半不含變壓器。照抄美規白皮書會把一台不存在的變壓器畫進單線圖。

以為三相平衡是「總量分配平均」，但實際上相位是盤面「位置」的函數。 NEMA 編號下 1、2 號位在 A 相，3、4 在 B，5、6 在 C。你沒辦法把某條迴路「指派」到 C 相——只能把它裝在 5、11、17… 這些位置上。平衡是排位問題。

對資料模型的意涵¶

voltage 沒有參考系就是壞欄位。 必須拆成 voltage_ll / voltage_ln，或加 voltage_reference: Literal["LL","LN"]。NetBox issue #8738 是這缺陷的化石——兩個人對同一欄位兩種讀法，系統無法分辨。 規則：任何相對於某基準的量，基準必須跟值住在一起。
容量是二維的，utilization: float 是壞欄位。 capacity_report() 要回 {"kva_pct", "pole_pct", "binding"}。瓶頸是哪一維本身就是結論，跟 dc-10b「LCA 深度本身就是報表數字」同形。
命名規約該立了（第二次撞上）。 NetBox 的 available_power 已乘過 max_utilization（預設 80%），名字卻像絕對額定；dc-09 的 energy_kwh() 是一模一樣的錯。規約：打過折的量一律 _derated 後綴，未打折的一律 _nameplate，不准有無後綴的版本。 這條要回頭套用到 dc-09。
Breaker.position: int 是欄位，phase 不是。 phase_of(position, numbering) 是純函數，存 phase 欄位就會在有人重排盤面那天靜默說謊——這是第三次遇到同一個形狀（dc-10b 的 is_redundant、dc-07b 的 Isc）。而 numbering 必須是參數：來源分歧——NEMA 慣例（奇左偶右、每列同相）與部分歐規／流水號慣例不同，跨廠商時 phase_of 會給出不同答案。

該問 facility 的問題¶

「PDU 含不含變壓器？若含，一次／二次側各多少、K 值幾？若不含，新的接地中性點在哪一台設備上？」 第三問是關鍵——接地參考點決定故障電流的計算起點，在單線圖上通常只是一個小符號。
「每面分路盤幾 pole、用掉幾？panel schedule 有沒有電子檔？」 若答案是「門上一張手寫表」，你的 pole 維度永遠不會準，這件事要現在就知道。
「中性線電流有沒有接點位？分路層有沒有 BCM？」 都沒有的話，模型裡機櫃用電只能是設計值——要在 schema 裡誠實標成 source: "design"。

動手練習（30–40 分鐘）¶

接在 dc-10b 的 DeviceRegistry 下游。PDU 是第一個內部有結構的節點：把「二維容量」與「相位是位置的函數」寫成 code。

from dataclasses import dataclass, field
from typing import Literal

@dataclass(frozen=True)
class Voltage:                      # ★ 基準跟值住在一起（意涵 1）
    volts: float
    reference: Literal["LL", "LN"]
    def line_to_line(self) -> float: ...   # TODO LN -> ×√3

@dataclass
class Breaker:
    id: str
    position: int                   # ★ 起始 pole 位置（1-based）
    poles: int                      # 1 | 2 | 3
    amps_nameplate: float           # ★ 未打折（意涵 3）
    continuous: bool = True         # True -> 連續額定 = ×0.80
    load_kw: float = 0.0

@dataclass
class Panelboard:
    id: str
    pole_count: int                 # 42 | 72
    numbering: Literal["nema", "sequential"] = "nema"
    breakers: list[Breaker] = field(default_factory=list)

@dataclass
class Pdu:
    id: str
    has_transformer: bool
    kva_nameplate: float | None      # 非變壓器型為 None
    main_breaker_amps: float
    output_voltage: Voltage
    panels: list[Panelboard] = field(default_factory=list)
    pf: float = 0.99

# TODO phase_of(position, numbering) -> "A"|"B"|"C"
#   nema: row = ceil(position/2); phase = "ABC"[(row-1) % 3]
#   sequential: phase = "ABC"[(position-1) % 3]   ★ 同一塊盤兩種答案
# TODO occupied_poles(breaker) -> list[int]   ★ 3-pole 佔 p, p+2, p+4（同一列）
# TODO Panelboard.pole_usage() -> (used, total, pct)
# TODO Panelboard.validate() -> list[str]
#   重疊位置 / 超出 pole_count / 3-pole 起始位置不合法
# TODO Pdu.kva_derated() -> float
#   min(kva_nameplate or ∞, √3 × V_LL × main_breaker_amps × 0.80)
# TODO Pdu.capacity_report() -> dict
#   {"kva_pct","pole_pct","binding","stranded_kw"}   ★ binding 是結論不是副產品
# TODO phase_loads(panel) -> {"A":kw,"B":kw,"C":kw}   3-pole 均分三相
# TODO imbalance_pct(loads) -> float   (max - min) / mean × 100
# TODO neutral_current_est(phase_amps, thd3_pct) -> float
#   平衡分量抵銷；triplen 算術相加 = 3 × I_3rd

驗收表¶

一台 380Y/220V、225 kVA、主開關 400 A、單面 72-pole 盤的 PDU，裝 24 條 3-pole 32 A 迴路，每櫃 6 kW：

情境	期望
`Voltage(220,"LN").line_to_line()`	≈ 381.0（不是 220）
`phase_of(1,"nema")` ／ `phase_of(3,"nema")` ／ `phase_of(7,"nema")`	A ／ B ／ A
`phase_of(3,"sequential")`	C ← 同位置、兩種慣例、兩種答案
`occupied_poles(Breaker(position=1, poles=3))`	[1, 3, 5]（不是 [1,2,3]）
`pdu.kva_derated()`	≈ 210.6（不是 225；被主開關 80% 綁住）
`capacity_report()["pole_pct"]` ／ `["kva_pct"]`	100.0 ／ ≈ 69.2
`capacity_report()["binding"]`	`"pole"`
`capacity_report()["stranded_kw"]`	≈ 64（賣不掉的那 31%）
把第 25 條迴路裝在 position 73	`validate()` 回超出 pole_count
24 條 3-pole 迴路 → `imbalance_pct()`	0.0（3-pole 本來就跨三相）
改 12 條 1-pole 全裝在 1,2,7,8,13,14…	> 100 ← 位置決定相位
`neutral_current_est([100,100,100], thd3_pct=30)`	90.0（相電流才 104.4）

加分題（10 分鐘）：把非變壓器型 PDU（kva_nameplate=None）餵進 capacity_report()，確認 kva_pct 改用主開關算而不是丟 TypeError——台灣機房大多長這樣，這才是主路徑。

自我檢核¶

Q1. 一台 PDU 的儀表板顯示「利用率 69%」，你要不要在它下面再加機櫃？

答案

不知道——69% 是哪一維的？ 上面的例子裡 kVA 是 69.2%、pole 是 100%，同一台設備兩個答案。單一 utilization 數字在 PDU 這一層必然是錯的或至少是不完整的，因為容量在這裡分岔成兩個維度。

正確的問法是 capacity_report()["binding"]。而且 binding 是要存進報表的結論——「幾台 pole-bound、幾台 kVA-bound」直接決定下一批採購買 72-pole 還是更大 kVA。

Q2. 有人拿 225 kVA 銘牌的 PDU 說「這台可以帶 225 kVA」。錯在哪？至少講出兩層。

答案

第一層：輸出主開關 400 A 的連續額定是 400 × 0.80 = 320 A，換算 √3 × 380 × 320 = 210.6 kVA < 225。綁住的是開關不是變壓器，這一層在銘牌上完全看不到。

第二層：kVA ≠ kW，還要乘 PF（≈ 0.99 → 208 kW）；而下游機櫃的規劃用的是 kW。

第三層（多數人漏的）：即使 kVA 夠，pole 可能先用完——上例只能裝 24 條迴路，等於 144 kW，離 208 kW 還差 64 kW。

第四層：變壓器型還有 24×7 的空載損失——買大一號不是免費的保險。

Q3.（建模）「這條分路在哪一相」這件事，在你的 schema 裡是欄位還是函數？決定之後，Breaker 與 Panelboard 各要長出什麼？

答案

是函數，不是欄位。 phase = phase_of(breaker.position, panel.numbering)。存成欄位的話，有人把開關從 position 3 移到 position 5，相位變了但欄位不會變，也沒有任何遙測會抗議——這是第三次遇到同一個形狀（dc-10b 的 is_redundant、dc-07b 的 Isc）。三次之後應該當成規則：凡是「從別的欄位算得出來」的東西，一律不存。

Breaker 要長出：position: int（1-based 起始位置）、poles: int、amps_nameplate（不是 amps——見下）、continuous: bool。不要有 phase。

Panelboard 要長出：pole_count、numbering: Literal["nema","sequential"]——因為 phase_of 的答案依慣例而不同，慣例不是全域常數而是每面盤的屬性（跨廠商時真的會不一樣）。還要有 validate()：3-pole 開關佔 p, p+2, p+4，位置重疊與越界都是可算型違規，該在寫入時擋掉，不是掛告警（跟 dc-07b 的結論一致）。

順帶的規約：amps_nameplate / kva_derated() 的後綴不是潔癖。NetBox 的 available_power 乘過 80% 卻叫「available」，dc-09 的 energy_kwh() 同病——打過折的數字取絕對值的名字，聚合時靜默少 20% 且不會報錯。