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    淺談中低壓母線槽在數據中心機房的應用

    發布時間: 2020-06-09  點擊次數: 425次

    摘要:基于大數據時代數據中心機房的發展趨勢及傳統電纜在大型數據中心機房配電的局限性,對比分析了低壓母線槽在大型數據中心機房中的配電勢。筆者認為隨著數據中心機房新擴建常態化,母線槽將逐漸代替電纜成為機柜配電的主流。
     
    關鍵詞:母線槽 ;電纜 ;大數據 ;數據中心機房
     
    各類媒體預測大數據將成為第四次工業革命的者,大數據時代數據量的爆炸式增長需要新建及擴建大量數據中心機房,由此也面臨著多能源和空間的消耗。按照大數據時代客戶業務量的發展速度,數據中心的交付時間會縮短,從原來的“年”為單位到未來的以“月”甚至“日”為交付單位,因此這對施工方及機房設備的供應商提出了嚴峻的挑戰 ;同時數據中心機房的核心任務就是整個機房系統的可靠性及穩定性,需要保障機房 7*24小時不間斷的運行,而配電系統的可靠穩定性是其重要復雜的任務之一 ;除此之外,綠色經濟的數據中心機房是運營商及整個社會所關注的問題,也是數據中心機房未來的發展方向,在大數據時代綠色節能的數據中心建設值得關注 ;同時模塊化,靈活擴展,標準化規范化也一直以來是數據中心建設的設計理念。
    針對數據中心機房的輸配電系統及設備的研究,筆者曾去我國及其他國家
    的一些數據中心機房參觀,結果發現對大多數的數據中心機房管理人員來說他們關注的是段及中段配電系統包括變配電室,配電柜系統和 UPS 系統等,而往往忽視了數據中心機房配電系統的后“50”米配電線,目 90% 以上的數據中心機房采用的是傳統的電纜作為后“50”米的配電線(如圖 1 所示),這“50”米的電纜給人的直觀感覺就是占用大量空間,比較雜亂,不便于管理 ;除此之外傳統電纜配電的還有如下問題 :1)安裝鋪設復雜,工期長,存在安全隱患 ;2)地板下布線,會占用風道空間,增加能量損失 ;3)多條電纜并行,線路損耗大,增加運營成本 ;4)末端配電擴展困難,系統靈活性降低等。
     
     
     
    圖 1 :傳統電纜在數據中心機房中的應用
     
    中低壓母線槽是供電系統中負責傳輸電能的一種設備,它一般與取電箱配合使用分配電能。50年代由 蘇聯引進我國,90年代末開始在我國快速發展,2010年左右我國的市場規模已超過百億。中低壓母線槽按照使用場合一般分為交流母線槽,直流母線槽,耐火母線槽和防水母線槽,目常見的應用是交流母線槽 ;結構主要有密集絕緣型和空氣絕緣型(目市場占有率主要以者為主),外殼目主要以鋼或鋁合金居多,導體有銅導體和鋁導體。目我國對中低壓母線槽的執行標準是 GB7251.2-2006,歐洲標準是61439-2:2012,美國標準為 UL857,日本標準是 JIS C8364。通常情況下中低壓母線槽按照電流一般分為低電流母線槽 20A-40A(照明母線),中電流母線槽(100A-800A)和高電流母線槽(800A-6300A);配合使用的取電箱有金屬箱體或者塑料箱體兩種,箱體中一般都裝有相應的斷路器。相比于傳統的電纜而言,母線槽具有載流量大,防護等級高,分配電能方便快捷,安全可靠等點。由于中低壓母線槽在配電方面的勢目廣泛應用在各個領域的輸配電,如高層商用及住宅樓宇,大型商場,現代廠房等。
     
    圖 2 :母線槽在數據中心機房中的應用
    近些年隨著數據中心業務的爆炸式增長及母線槽產品在其他傳統領域的成熟應用,母線槽在近幾年也逐漸開始應用在數據中心機房機柜的配電中(如上圖2),對此筆者將從以下幾方面對電纜及母線槽在機房機柜的配電進行對比 :
    1. 節省布線空間 :目市場上常見的密集型母線槽采用內部導體各相整體包覆高性能絕緣材料 ( 一般絕緣等級達 B 級,使用壽命 50 年左右 ) 后,再利用金屬外殼將其包裹成“三明治”主體結構 ( 母線 槽截面見圖 3) 。與傳統電纜相比較,這種緊湊的結構設計及金屬快速的散熱能力可以使導體產生的熱量以傳導的方式迅速將傳至外殼,然后向外對流散熱,因此相比較于傳統的電纜同等截面積的母線槽導體可以運載大的電流。
     
     圖 3 :密集型母線槽截面
    除此之外,如圖 1 所示,傳統的數據中心機房配電是電纜放射式方案,各機柜由列頭柜供電,如果采用母線槽配電方案則無需列頭柜,母線槽可以直接由配電柜引出從而節省列頭柜空間,因此采用母線槽配電相當是在同樣的機房空間可以放置多的機柜。
    2. 布線簡單,節省布線時間 :數據中心機房中包含高度集中的機柜,這種高度集中的機柜需要高度密集的布線系統,密集的布線系統需要投入大量專業的布線施工人員,同時大多數情況下數據中心的電纜布線位于架空地板下通道,局促的空間無疑也加大了布線的難度 ;同時常見的電纜布線現場較繁雜難以管理,存在安全隱患。相比較電纜而言,母線槽屬于集中式配電,即使在機柜位置沒有確定的情況下,也可以先直接安裝母線槽,母線槽安裝相對來說比較簡單,每列機柜安裝一到兩條即可,只需要簡單的吊架及扳手,對安裝工人也沒有太高的技能要求,在安裝過程中也不涉及確認檢查每段電纜橋架接地情況,通過與施工方及工人了解一般情況下采用母線槽方案可以比電纜方案節省 50% 左右的安裝時間。
    3. 節能,節省運營成本:根據 Gartner對數據中心管理者的調查顯示,電能消耗已經成為數據中心管理者關心的任務之一。相比較電纜單線型配電方式,母線槽配電方式是總線型配電,基于李子雷在
    “總線型低壓配電母線功率損耗分析”,在理想狀況下母線槽配電方案的功率損耗僅為電纜的一半。因此從節能及運營角度上來講,母線槽是一種經濟環保的配電方案。將電纜輸配電給功率為 1000個 7KW 的機柜(假定電纜的功率損耗為1%)運行一年的為例,如果換為母線槽,那么一年可以節省電費 18.4 萬人民幣(△ C=7*24*365*1000*0.005*0.6)。
    4 方便新及擴建:在這個數據爆炸式增長的年代,數據中心機房的擴建及新將成為常態,與電纜不同的是母線槽可以在各種距離上分布有取電箱的插接口,在無需斷電的情況下只需將取電箱接在插接口即可直接給新增的機柜供電 ;由于使用的母線槽是由若干段由接頭連接 起來的母線段構成,在擴建的過程中只需將使用中的母線段終端封去掉接上接頭即可與新增的母線段快捷安全地連接起來使用。
    5. 安全,方便監測,快速找到斷點,便于管理 :目各大母線槽供應商及系統集成商在對數據機房機柜電力損耗的監測各式各樣,但是一種容易接受的方式是在母線槽取電箱中安裝斷路器監測設備及信號采集系統,從而方便的監控每一個機柜的工作狀態,一旦有異常,可以方便的找出異常點。、
    6.使用壽命長,可回收再次利用:目市場上應用的密集型母線槽絕緣層的設計使用壽命為 50 年,當達到使用壽命后只需回收絕緣材料,銅或者鋁導體無需加工可以再次回收利用 ;同時基于項目需要可以在母線使用壽命內方便的組裝拆卸到其他項目中。
    針對傳統電纜在數據中心機房中的局限性以及母線槽的輸配電勢,目國內外已有一些數據中心機房采用母線槽方案代替傳統的電纜給機柜輸配電,當今歐美一些公司的大型數據中心機房在積極接受及采用母線槽來代替傳統的電纜 :EMC2 ,IBM 等 一 些 知 名 企業,在亞洲日本是近幾年母線槽在數據中心市場應用及推廣的市場,我國母線槽在數據中心機房的應用這幾年也發展得非???,國內的某些銀行,電信公司及 公共服務機房等也逐步接受及應用母線槽代替傳統電纜。目進入數據中心領域的母線槽生產商主要以歐美的一些企業為主,如美國的 Starline,法國的Schneider,德國Siemens 等。同時國內的一些母線槽生產商也積極的在進入該領域的配電方案。
     
    安科瑞智能小母線監控解決方案
    1概述
    AMB智能小母線監控解決方案是針對數據中心小母線的智能監控要求而設計的一套完整的產品解決方案,該解決方案包括始端箱檢測模塊、插接箱檢測模塊、本地監控系統等,集成了常規電力參數的測量、電能監測和考核管理,同時具有在線報警功能,可以實時監測母線接口溫度,采用RS485有線或lora無線通訊方式,方便可靠的將監測數據上傳至本地監控系統或者是后臺動環監控系統,確保系統安全可靠運行。
    2智能小母線監控系統功能
    2.1電參量采集檢測
    三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能等。
     
    圖4 電參量檢測
     
    2.2電壓/電流諧波測量、開關狀態以及機柜溫度檢測
     
    圖5 諧波、開關狀態以及溫度檢測
     
     2.3告警功能
        電流閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警,可任意設定告警值,開關狀態、開關跳閘報警;
     
    圖6告警功能
     
    3產品選型

     

    結論
    在大數據時代中,數據的爆炸式增長及 IT 技術的快速新對數據中心機房的新速度提出了比以往高在大數據時代中,數據的爆炸式增長及 IT 技術的快速新對數據中心機房的新速度提出了比以往高的要求 ;同時在日趨緊張的能源背景下,數據中心機房的建設及運營需要本著綠色環保的理念 ;此外緊湊的城市空間需要數據中心機房在有限的空間中運營多的機柜?,F實中這些要求無疑對數據中心機房的運營商,機房建設者,機房軟硬件供應商提出了高的要求。作為數據中心機房中代替傳統電纜給機柜配電的母線槽來說,由于其本身的設計使其在數據中心機房的應用具有兩省兩快三便于的性能(省空間,省能耗 ;快布線,快新 ;便監測,便管理,便使用),該性能正符合了大數據時代背景下數據中心機房的發展需求。同時目一些母線槽制造商也積極地在研發及推廣適用于數據中心機房的母線槽及相關
    配套設備,隨著數據中心機房的發展及母線槽設計的不斷完善,未來母線槽在數據中心機房的應用將會成為一種主流,同時專門面向數據中心機房的研發的母線槽布線及選型軟件也將使母線槽在數據中心的應用加便捷。
     
    參考文獻:
    【1】[1]Ulrich Sendler. 工業 4.0: 即將來襲的第四次工業革命[M]. 機械工業版社.2014
    【2】楊萌蕾.中低壓母線槽在數據中心機房的應用研究【J】
    【3】安科瑞數據中心IDC配電監控解決方案.2020.03版

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