淺談中低壓母線槽在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的應(yīng)用

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：基于大數(shù)據(jù)時代數(shù)據(jù)中心機(jī)房的發(fā)展趨勢及傳統(tǒng)電纜在大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房配電的局限性，對比分析了低壓母線槽在大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的配電優(yōu)勢。筆者認(rèn)為隨著數(shù)據(jù)中心機(jī)房更新擴(kuò)建常態(tài)化，母線槽將逐漸代替電纜成為機(jī)柜配電的主流。

關(guān)鍵詞：母線槽 ；電纜 ；大數(shù)據(jù) ；數(shù)據(jù)中心機(jī)房

各類媒體預(yù)測大數(shù)據(jù)將成為第四次工業(yè)革命的者，大數(shù)據(jù)時代數(shù)據(jù)量的爆炸式增長需要新建及擴(kuò)建大量數(shù)據(jù)中心機(jī)房，由此也面臨著更多能源和空間的消耗。按照大數(shù)據(jù)時代客戶業(yè)務(wù)量的發(fā)展速度，數(shù)據(jù)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(jī)房設(shè)備的供應(yīng)商提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) ；同時數(shù)據(jù)中心機(jī)房的核心任務(wù)就是整個機(jī)房系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，需要保障機(jī)房 7*24小時不間斷的運(yùn)行，而配電系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性是其重要復(fù)雜的任務(wù)之一 ；除此之外，綠色經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房是運(yùn)營商及整個社會所關(guān)注的問題，也是數(shù)據(jù)中心機(jī)房未來的發(fā)展方向，在大數(shù)據(jù)時代綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心建設(shè)更值得關(guān)注 ；同時模塊化，靈活擴(kuò)展，標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化也一直以來是數(shù)據(jù)中心建設(shè)的設(shè)計(jì)理念。

針對數(shù)據(jù)中心機(jī)房的輸配電系統(tǒng)及設(shè)備的研究，筆者曾去我國及其他國家

的一些數(shù)據(jù)中心機(jī)房參觀，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房管理人員來說他們更關(guān)注的是前段及中段配電系統(tǒng)包括變配電室，配電柜系統(tǒng)和 UPS 系統(tǒng)等，而往往忽視了數(shù)據(jù)中心機(jī)房配電系統(tǒng)的后“50”米配電線，目前 90% 以上的數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用的是傳統(tǒng)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(tǒng)電纜配電的還有如下問題 ：1）安裝鋪設(shè)復(fù)雜，工期長，存在安全隱患 ；2）地板下布線，會占用風(fēng)道空間，增加能量損失 ；3）多條電纜并行，線路損耗大，增加運(yùn)營成本 ；4）末端配電擴(kuò)展困難，系統(tǒng)靈活性降低等。

圖 1 ：傳統(tǒng)電纜在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的應(yīng)用

中低壓母線槽是中負(fù)責(zé)傳輸電能的一種設(shè)備，它一般與取電箱配合使用分配電能。50年代由 前蘇聯(lián)引進(jìn)我國，90年代末開始在我國快速發(fā)展，2010年左右我國的市場規(guī)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，目前常見的應(yīng)用是交流母線槽 ；結(jié)構(gòu)主要有密集絕緣型和空氣絕緣型（目前*主要以前者為主），外殼目前主要以鋼或鋁合金居多，導(dǎo)體有銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體。目前我國對中低壓母線槽的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是 GB7251.2-2006，歐洲標(biāo)準(zhǔn)是61439-2:2012，美國標(biāo)準(zhǔn)為 UL857，日本標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的斷路器。相比于傳統(tǒng)的電纜而言，母線槽具有載流量大，防護(hù)等級高，分配電能方便快捷，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。由于中低壓母線槽在配電方面的優(yōu)勢目前廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域的輸配電，如高層商用及住宅樓宇，大型商場，現(xiàn)代廠房等。

圖 2 ：母線槽在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的應(yīng)用

近些年隨著數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的爆炸式增長及母線槽產(chǎn)品在其他傳統(tǒng)領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，母線槽在近幾年也逐漸開始應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心機(jī)房機(jī)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(jī)房機(jī)柜的配電進(jìn)行對比 ：

1. 節(jié)省布線空間 ：目前市場上常見的密集型母線槽采用內(nèi)部導(dǎo)體各相整體包覆高性能絕緣材料 ( 一般絕緣等級達(dá) 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(jié)構(gòu) ( 母線 槽截面見圖 3) 。與傳統(tǒng)電纜相比較，這種緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及金屬快速的散熱能力可以使導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量以傳導(dǎo)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(tǒng)的電纜同等截面積的母線槽導(dǎo)體可以運(yùn)載更大的電流。

圖 3 ：密集型母線槽截面

除此之外，如圖 1 所示，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房配電是電纜放射式方案，各機(jī)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(jié)省列頭柜空間，因此采用母線槽配電相當(dāng)是在同樣的機(jī)房空間可以放置更多的機(jī)柜。

2. 布線簡單，節(jié)省布線時間 ：數(shù)據(jù)中心機(jī)房中包含高度集中的機(jī)柜，這種高度集中的機(jī)柜需要高度密集的布線系統(tǒng)，密集的布線系統(tǒng)需要投入大量的布線施工人員，同時大多數(shù)情況下數(shù)據(jù)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(xiàn)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(jī)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(jī)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(rèn)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(jié)省 50% 左右的安裝時間。

3. 節(jié)能，節(jié)省運(yùn)營成本：根據(jù) Gartner對數(shù)據(jù)中心管理者的調(diào)查顯示，電能消耗已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心管理者關(guān)心的任務(wù)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(jié)能及運(yùn)營角度上來講，母線槽是一種更經(jīng)濟(jì)環(huán)保的配電方案。將電纜輸配電給功率為 1000個 7KW 的機(jī)柜（假定電纜的功率損耗為1%）運(yùn)行一年的為例，如果更換為母線槽，那么一年可以節(jié)省電費(fèi) 18.4 萬人民幣（△ C=7*24*365*1000*0.005*0.6）。

4 方便更新及擴(kuò)建：在這個數(shù)據(jù)爆炸式增長的年代，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的擴(kuò)建及更新將成為常態(tài)，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(jī)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(gòu)成，在擴(kuò)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(jiān)測，快速找到斷點(diǎn)，便于管理 ：目前各大母線槽供應(yīng)商及系統(tǒng)集成商在對數(shù)據(jù)機(jī)房機(jī)柜電力損耗的監(jiān)測各式各樣，但是一種更容易接受的方式是在母線槽取電箱中安裝斷路器監(jiān)測設(shè)備及信號采集系統(tǒng)，從而方便的監(jiān)控每一個機(jī)柜的工作狀態(tài)，一旦有異常，可以方便的找出異常點(diǎn)。、

6.使用壽命長，可回收再次利用：目前市場上應(yīng)用的密集型母線槽絕緣層的設(shè)計(jì)使用壽命為 50 年，當(dāng)達(dá)到使用壽命后只需回收絕緣材料，銅或者鋁導(dǎo)體無需加工可以再次回收利用 ；同時基于項(xiàng)目需要可以在母線使用壽命內(nèi)方便的組裝拆卸到其他項(xiàng)目中。

針對傳統(tǒng)電纜在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的局限性以及母線槽的輸配電優(yōu)勢，目前國內(nèi)外已有一些數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用母線槽方案代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜給機(jī)柜輸配電，當(dāng)今歐美一些公司的大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房在積極接受及采用母線槽來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜 ：Google，EMC2 ，IBM 等 一 些 知 名 企業(yè)，在亞洲日本是近幾年母線槽在數(shù)據(jù)中心市場應(yīng)用及推廣的市場，我國母線槽在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的應(yīng)用這幾年也發(fā)展得非常快，國內(nèi)的某些銀行，電信公司及公共服務(wù)機(jī)房等也逐步接受及應(yīng)用母線槽代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜。目前進(jìn)入數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的母線槽生產(chǎn)商主要以歐美的一些企業(yè)為主，如美國的 Starline，法國的Schneider，德國Siemens 等。同時國內(nèi)的一些母線槽生產(chǎn)商也積極的在進(jìn)入該領(lǐng)域的配電方案。

安科瑞智能小母線監(jiān)控解決方案

1概述

AMB智能小母線監(jiān)控解決方案是針對數(shù)據(jù)中心小母線的智能監(jiān)控要求而設(shè)計(jì)的一套完整的產(chǎn)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(jiān)控系統(tǒng)等，集成了常規(guī)電力參數(shù)的測量、電能監(jiān)測和考核管理，同時具有在線報(bào)警功能，可以實(shí)時監(jiān)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(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至本地監(jiān)控系統(tǒng)或者是后臺動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

2智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)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(guān)狀態(tài)以及機(jī)柜溫度檢測

圖5 諧波、開關(guān)狀態(tài)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(shè)定告警值，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘報(bào)警；

圖6告警功能

3產(chǎn)品選型

結(jié)論

在大數(shù)據(jù)時代中，數(shù)據(jù)的爆炸式增長及 IT 技術(shù)的快速更新對數(shù)據(jù)中心機(jī)房的更新速度提出了比以往更高在大數(shù)據(jù)時代中，數(shù)據(jù)的爆炸式增長及 IT 技術(shù)的快速更新對數(shù)據(jù)中心機(jī)房的更新速度提出了比以往更高的要求 ；同時在日趨緊張的能源背景下，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建設(shè)及運(yùn)營需要本著綠色環(huán)保的理念 ；此外緊湊的城市空間需要數(shù)據(jù)中心機(jī)房在有限的空間中運(yùn)營更多的機(jī)柜?，F(xiàn)實(shí)中這些要求無疑對數(shù)據(jù)中心機(jī)房的運(yùn)營商，機(jī)房建設(shè)者，機(jī)房軟硬件供應(yīng)商提出了更高的要求。作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房中代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜給機(jī)柜配電的母線槽來說，由于其本身的設(shè)計(jì)使其在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的應(yīng)用具有兩省兩快三便于的性能（省空間，省能耗 ；快布線，快更新 ；便監(jiān)測，便管理，便使用），該性能正符合了大數(shù)據(jù)時代背景下數(shù)據(jù)中心機(jī)房的發(fā)展需求。同時目前一些母線槽制造商也積極地在研發(fā)及推廣更適用于數(shù)據(jù)中心機(jī)房的母線槽及相關(guān)

配套設(shè)備，隨著數(shù)據(jù)中心機(jī)房的發(fā)展及母線槽設(shè)計(jì)的不斷完善，未來母線槽在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的應(yīng)用將會成為一種主流，同時專門面向數(shù)據(jù)中心機(jī)房的研發(fā)的母線槽布線及選型軟件也將使母線槽在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用更加便捷。

參考文獻(xiàn)：

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