淺析數據中心末端配電母線(xiàn)槽技術(shù)的應用及產(chǎn)品監控選型

【摘要】末端配電母線(xiàn)槽是一種新型的數據中心配電解決方案。本文針對額定電流、額定沖擊耐受電壓、額定短時(shí)耐受電流三個(gè)*點(diǎn)技術(shù)參數展開(kāi)探討，分析了母線(xiàn)槽依據的國家標準，指出了*點(diǎn)技術(shù)參數的選擇依據，并舉例說(shuō)明選擇方法。

【關(guān)鍵詞】數據中心；末端配電；母線(xiàn)槽；*點(diǎn)技術(shù)參數

0引言

隨著(zhù)人工智能、大數據和云計算等新興技術(shù)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的領(lǐng)域開(kāi)始進(jìn)行數字化轉型，各級政府加大了智能交通和智慧城市的建設力度，一批數據中心提上了建設日程。傳統的數據中心配電系統一般采用列頭柜＋電纜的方式,成本較高，靈活性較低。當前，以數據中心末端配電母線(xiàn)槽為主干形成的新型配電系統，具有經(jīng)濟性好、靈活性強、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已成為解決數據中心內機房供配電發(fā)展的一種新方式。作為一種新型設施，數據中心末端配電母線(xiàn)槽*點(diǎn)技術(shù)參數的選取對于產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量的體現具有重要的現實(shí)意義。

數據中心末端配電母線(xiàn)槽是一種具有特殊用途的母線(xiàn)槽，需要通過(guò)CCC認證才可以銷(xiāo)售，該產(chǎn)品應該符合國家標準GB/T7251.6—2015的規定要求，其*點(diǎn)技術(shù)參數需要依據產(chǎn)品特征、使用環(huán)境，再根據相應的標準條款選取，使其能夠充分體現出產(chǎn)品性能。本文針對數據中心末端配電母線(xiàn)槽的*點(diǎn)技術(shù)參數展開(kāi)探討，分析GB/T7251.6—2015的相應條款對產(chǎn)品的約束，指出技術(shù)參數選擇的依據，并以一款400A的數據中心末端配電母線(xiàn)槽為例說(shuō)明*點(diǎn)技術(shù)參數的選擇方法。

1結構分類(lèi)

母線(xiàn)槽是指導體系統形成的封閉成套設備，一般由絕緣材料、殼體、導體材料組成。從結構上看，數據中心末端配電母線(xiàn)槽可分為滑軌式和直列式。

所謂滑軌式，是指采用環(huán)繞方式布置導體，在中間形成連續的空間通道，在底部開(kāi)槽，這種結構可以支持在任意點(diǎn)位插接取電?；壥侥妇€(xiàn)槽的插接箱在母線(xiàn)槽的下方安裝，可以做到即插即用?；壥侥妇€(xiàn)槽為模塊化結構，支持分步實(shí)施、擴展和重構，支持器件的分項采購和部署。

所謂直列式，是指采用上下并列平行方式來(lái)布置導體，左右兩側可密集或間隔布置插孔，從而接入分支回路。直列式母線(xiàn)槽結構簡(jiǎn)單，成本較低，但由于其插接箱是固定的，無(wú)法根據需求靈活移動(dòng)，而且插接箱在左右水平方向安裝，插接口的數量有限，不方便擴容。另外，直列式母線(xiàn)槽的插接箱占用較大空間，既不易更換，也不方便維護。因此，直列式母線(xiàn)槽適合一次性固定配置的部署。

2額定電流

額定電流是非常重要的技術(shù)參數，它是由制造商宣稱(chēng)的電流值，在一定的條件下通以額定電流時(shí)，母線(xiàn)槽各部件的溫升不能超過(guò)規定的限值。

首先，額定電流與使用條件有密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，上述的一定條件是指母線(xiàn)槽工作的正常使用條件或特殊使用條件，結合GB/T7251.6—2015和GB/T7251.1—2013,正常使用條件主要包括周?chē)諝鉁囟?，濕度條件，它們均包括戶(hù)內和戶(hù)外兩種情況，數據中心末端配電一般安裝在戶(hù)內；污染等級，數據中心內的污染等級一般為1級或2級；海拔高度，一般不超過(guò)2000m;特殊使用條件主要包括溫度、氣壓的急劇變化；空氣、煙霧、塵埃等嚴重污染；強電磁場(chǎng)等等。數據中心使用的末端配電母線(xiàn)槽一般不適用特殊使用條件。

其次，額定電流要受溫升的限制，一般通過(guò)溫升試驗來(lái)驗證和確定。溫升試驗時(shí)，母線(xiàn)槽通以額定電流致使導體發(fā)熱，通過(guò)傳導、對流和輻射等多種方式進(jìn)行熱交換，*后與周?chē)h(huán)境建立熱平衡。當母線(xiàn)槽所有部件的溫度每小時(shí)變化不超過(guò)1K時(shí)，可以認為母線(xiàn)槽處于近似的熱穩定狀態(tài)，此時(shí)母線(xiàn)槽溫度與環(huán)境溫度的差值稱(chēng)為溫升，導體溫升不能超過(guò)70K的溫升限值。特別需要注意的是，母線(xiàn)槽水平安裝和垂直安裝時(shí)會(huì )得到較大差別的溫*值。一般來(lái)說(shuō)，只要設計合理，數據中心末端配電母線(xiàn)槽的溫升可以控制在較低的水平，圖1是400A數據中心末端配電母線(xiàn)槽的水平溫升試驗照片，其*高溫升為48K。

3額定沖擊耐受電壓

額定沖擊耐受電壓Uimp是容易被忽略的*點(diǎn)技術(shù)參數，它是由制造商宣稱(chēng)的以表征母線(xiàn)槽耐受瞬時(shí)過(guò)電壓的能力。額定沖擊耐受電壓Uimp的選擇與額定工作電壓和過(guò)電壓類(lèi)別密切相關(guān)。額定工作電壓是母線(xiàn)槽制造商宣稱(chēng)的電壓值，它與額定電流共同確定母線(xiàn)槽的使用參數，對多相電路來(lái)說(shuō)，指的是相間電壓。對于配電電路水平的母線(xiàn)槽來(lái)說(shuō)，過(guò)電壓類(lèi)別為III。GB/T7251.6—2015在5.2.4條款中說(shuō)明，按照GB/T7251.1—2013的表G.1來(lái)選擇Uimp。

數據中心末端配電系統要求對瞬時(shí)過(guò)電壓具有較高的耐受能力，所以有很多制造商將母線(xiàn)槽的Uimp選為10kV,這給試驗驗證帶來(lái)挑戰。沖擊耐受電壓試驗時(shí)，要求對母線(xiàn)槽的每個(gè)極施加5次1.2/50μs的沖擊電壓，試驗過(guò)程中有擊穿放電則認為不合格。較高的沖擊耐受電壓值，要求母線(xiàn)槽具有較大的電氣間隙值，具體要求見(jiàn)GB/T7251.1—2013的表1,這對設計提出更高的要求。圖2是400A數據中心末端配電母線(xiàn)槽的內部結構，其電氣間隙值可以達到16mm,圖3和圖4分別是其正極性和負極性的沖擊耐受電壓試驗波形圖，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計的數據中心末端配電母線(xiàn)槽可以耐受10kV的沖擊電壓。

4額定短時(shí)耐受電流

額定短時(shí)耐受電流是一項重要的技術(shù)指標，它是母線(xiàn)槽制造商宣稱(chēng)的，用電流和時(shí)間定義的母線(xiàn)槽能夠耐受的短時(shí)電流（有效值）。額定短時(shí)耐受電流一般需要通過(guò)短路耐受強度試驗來(lái)驗證，試驗時(shí)母線(xiàn)槽產(chǎn)品應能承受短時(shí)間、大電流所形成的電動(dòng)力和熱應力的作用后，其功能不被破壞，這是一種電動(dòng)穩定性和熱穩定性的綜合考核。短時(shí)耐受試驗過(guò)程中，通有短時(shí)大電流的母線(xiàn)槽導體在其周?chē)纬纱艌?chǎng)，而處于磁場(chǎng)中的各載流導體受到機械力的作用，這種電動(dòng)力會(huì )產(chǎn)生*大的破壞作用。

短時(shí)耐受電流還具有瞬時(shí)加熱的特征：電流數值大，但是持續時(shí)間短。在這非常短的時(shí)間內，由短路電流所產(chǎn)生的熱量無(wú)法散出，幾乎全部用來(lái)升高導體自身的溫度。因此，產(chǎn)品溫度在很少的時(shí)間內快速上升。短路試驗是實(shí)際短路情況的模擬，當輸、配電線(xiàn)路發(fā)生短路時(shí)，電流猛增至額定電流的幾十倍甚至上百倍，對電力系統中的輸配電設備產(chǎn)生強烈熱沖擊，當溫度超過(guò)一定限度時(shí)，連接部位可能會(huì )發(fā)生熔焊、變形，機械強度降低，絕緣材料也處于加速老化的過(guò)程，絕緣性能迅速下降，因此對絕緣產(chǎn)生很大的破壞作用。圖5是額定電流為400A的數據中心末端配電母線(xiàn)槽Icw=25kA,t=1s的短時(shí)耐受電流試驗的電流波形。GB/T7251.6—2015[3]規定在短路試驗后，母線(xiàn)槽產(chǎn)品的電氣間隙和爬電距離仍應符合規定，絕緣性能也要滿(mǎn)足要求，結構的變形不應影響正常使用，特別是可移式部件應能夠正常插入或移植，防護等級不能有明顯的削弱。在優(yōu)化設計、合理選擇、多次試驗驗證后，該型400A的數據中心末端配電母線(xiàn)槽通過(guò)了短時(shí)耐受試驗。

5安科瑞智能母線(xiàn)監控解決方案

5.1概述

數據中心IT服務(wù)器配電傳統采用*密配電柜，占用空間較大，配電線(xiàn)纜多，新增設備不便，為了節省面積，智能小母線(xiàn)方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔，受到很多數據中心的青睞，被越來(lái)越多的應用。

安科瑞智能母線(xiàn)監控產(chǎn)品分為交流和直流母線(xiàn)監控兩類(lèi)，包括始端箱監測模塊、插接箱監測模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線(xiàn)槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線(xiàn)槽的運行溫度，確保母線(xiàn)槽配電安全。通過(guò)標準網(wǎng)線(xiàn)手拉手簡(jiǎn)單組網(wǎng)，可以實(shí)現任意插接箱檢修或更換時(shí)不影響其他在線(xiàn)運行的插接箱的數據上傳通訊。

5.2應用場(chǎng)所

適用于運營(yíng)商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數據中心

5.3系統結構

5.4系統功能

.       實(shí)時(shí)監測

在主頁(yè)點(diǎn)擊數據采集按鈕后，進(jìn)入系統圖界面：此界面顯示了每個(gè)箱子的電壓。

.       基本參數界面

顯示電壓、電流、功率、電能等電參數數據，在設備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應的儀表地址，即可實(shí)現對箱子中儀表數據的采集。

.       諧波數據

通過(guò)點(diǎn)擊“箭頭”來(lái)左右切換2-63次諧波數據。

.       *大需量

顯示電壓、電流、功率的*大需量的數值及發(fā)生時(shí)間。

.       電能查詢(xún)

電能情況可以查詢(xún)上12月份的每個(gè)月用電量、上一年總用電量、本年已用電量、根據選擇不同時(shí)間查詢(xún)電能值。

5.5系統硬件配置

6結束語(yǔ)

數據中心是國家確定的“新基建”七大領(lǐng)域之一，將在國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展中起到重要作用。作為數據中心的能量供給器，具有模塊化、集成化特點(diǎn)，將使數據中心配電系統具有更好的經(jīng)濟性，更強的靈活性，更高的可靠性，通過(guò)提供數據中心末端配電母線(xiàn)槽的*點(diǎn)技術(shù)參數的選擇方法，將使數據中心配電系統與數據中心具有更優(yōu)良的匹配性。

現在，數據中心末端配電母線(xiàn)槽正朝著(zhù)智能化的方向快速發(fā)展。依據GB/T7251.8—2020進(jìn)行智能化設計和試驗，其智能單元可以實(shí)時(shí)監測電壓、電流、頻率、功率、功率因數、開(kāi)關(guān)量狀態(tài)等相關(guān)電氣參數和溫度數據，其預留的RS-485通信接口，還能夠用于狀態(tài)監控系統組網(wǎng)。另外，通過(guò)創(chuàng )新結構設計，有效降低母線(xiàn)槽的溫*值，可以達到降低線(xiàn)路損耗的效果，還可以在回路中加入浪涌和過(guò)載保護，可以防止過(guò)電壓和過(guò)電流，從而提供安全的配電環(huán)境。這些安全性、節能性、智能化的技術(shù)參數將是下一步的重要研究對象。