淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要:機架配電母線—柔性母線正在數(shù)據(jù)中心主機房內(nèi)逐步推廣。分析了適用于數(shù)據(jù)中心主機房的機架配電母線方案,并結(jié)合數(shù)據(jù)中心主機房空調(diào)方案、通信走線、消防、照明等空間需求,對主機房機架頂部垂直空間進(jìn)行合理規(guī)劃和研究,提出了3種典型場景的高度需求。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)中心;主機房;機架柔性母線;布局規(guī)劃
1 引言
近年互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在快速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心建設(shè)在我國全面開展。在建設(shè)實施中,適用于數(shù)據(jù)中心的新技術(shù)如高壓直流、柔性母線等正在逐步推廣和應(yīng)用。這些技術(shù)的應(yīng)用,對數(shù)據(jù)中心的空間環(huán)境提出了新的要求。
母線是數(shù)據(jù)中心末端機架配電的新型設(shè)備,用以替代精密列頭柜及其輸出電纜,可靈活調(diào)配機架用電功率,并顯著節(jié)省列頭柜占地、降低建設(shè)成本。目前已在部分?jǐn)?shù)據(jù)中心應(yīng)用和試點。
柔性母線的應(yīng)用,將使得主機房機柜頂上垂直空間的規(guī)劃布局較傳統(tǒng)供電方式產(chǎn)生較大變化。本文將以移動數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)化方案為基礎(chǔ),研究柔性母線應(yīng)用時,主機房內(nèi)機架頂部垂直空間的布局,包括走線架、母線槽、空調(diào)管線等空間布局,提出合理的布局方案,以作為今后柔性母線大規(guī)模應(yīng)用時的參考。
2 柔性母線供電特點
數(shù)據(jù)中心主機房中,交流UPS供電場景時,通常在電力機房內(nèi)設(shè)置 UPS 雙總線(2N或3N方式),在主機房內(nèi)為每列機架配置 2個列頭柜,為該列每個機架內(nèi)的2個PDU設(shè)備配電;柔性母線的供電方案是:利用“始端 箱+母線槽+插接箱”,代替“列頭柜+電纜”,為 IT 設(shè)備機柜供電,柔性母線系統(tǒng)(含2個始端箱、 2根母線槽及相應(yīng)數(shù)量的插接箱),分別對該列通信機架內(nèi)的 2個PDU設(shè)備配電。傳統(tǒng)列頭柜機架配電和柔性母線配電模式兩種不同配電模式的對比如圖 1 所示。
圖 1 傳統(tǒng)列頭柜機架配電和柔性母線配電模式對比
機架列頭柜配電模式時,UPS輸出配電屏至列頭柜、列頭柜至機架均常用電纜連接沿走線架敷設(shè);而柔性母線配電時,UPS輸出配電屏至始端箱采用電纜連接,沿通信機房電源用主走線架(常用800mm寬)敷設(shè);始端箱至插接箱采用母線槽供電,插接箱至通信設(shè)備PDU采用電纜連接,其形態(tài)如圖 2 所示。
圖 2 柔性母線配電模式
本文調(diào)研了市場上主流產(chǎn)品,并對多個廠家進(jìn)行了產(chǎn)品調(diào)查。根據(jù)插接箱安裝方式不同,現(xiàn)將機架母線產(chǎn)品分為兩類:母線槽側(cè)接插接箱和母線槽下接插接箱。其主要產(chǎn)品形態(tài)如圖 3 所示。
(a)母線槽側(cè)接插接箱
(b)母線槽下接插接箱
圖 3 母線產(chǎn)品形態(tài)
3 機架頂部垂直空間布局要素
數(shù)據(jù)中心主機房層高的組成,一般由建筑結(jié)構(gòu)面層、機房制冷空調(diào)回風(fēng)空間、氣滅空間、電力走線架、通信走線架、機架及下送風(fēng)地板空間組成,各部分主要影響因素荷載及建筑結(jié)構(gòu)形式、機架功率密度和消防要求、機架高度及走線架高度及機架功率密度和氣流組織方式,如圖 4 所示。
圖 4 數(shù)據(jù)中心主機房空間剖面
本文研究空間為走線架空間(含電力電纜走線架、通信線纜走線架及光纖槽道,通常為兩層)、機房制冷空調(diào)回風(fēng)空間、消防管道等管線的布局空間。
(1)通信線纜
通信線纜走線架及管線槽道,通常布放 IT 設(shè)備所需的數(shù)據(jù)線纜、室內(nèi)光纜等,列通信走線架尺寸一般為600 mm寬,其上方操作空間預(yù)留約300mm高。通常還需設(shè)置光纖槽道,高度100 mm。
(2)機柜供電線纜
電力電纜走線架通常布放IT設(shè)備所需的電力電纜,列電力電纜走線架尺寸一般為600mm寬,其上方操作空間預(yù)留約 300mm 高。如采用柔性母線配電時,根據(jù)調(diào)研,母線+插接箱(250 A)高度一般在300~370mm
(3)空調(diào)系統(tǒng)管線
空調(diào)管線空間,根據(jù)主機房空調(diào)末端不同有不同的需求。目前常用的空調(diào)末端形式有:冷凍水型機房空調(diào)(上送風(fēng)或下送風(fēng))、列間空調(diào)、水冷冷門、熱管冷門4種方式。
冷凍水型機房空調(diào)(下送風(fēng)方式)、列間空調(diào)、水冷冷門等方式應(yīng)用時,在機架列頂部無管線安裝需求,但是為提高氣流組織效率,采用冷凍水型機房空調(diào)、列間空調(diào)的 主機房內(nèi)通常封閉冷通道,其典型場景的空間布局如圖 5、圖6及圖7所示。封閉的冷通道上,一般不安裝需要經(jīng)常維護(hù)的電力、通信等走線架、管線等。
圖 5 冷凍水型機房空調(diào)(下送風(fēng)方式時)時主機房空間布局剖面
圖 6 列間空調(diào)方案時主機房空間布局剖面
圖 7 水冷冷門方案時主機房空間布局剖面
熱管背板空調(diào)末端方式時,空調(diào)的冷媒走線架及走線架上冷媒氣管占用空間約350 mm(寬)× 150mm(高),冷媒走線架需布置在機柜上方300~400 mm空間以上區(qū)域,同時冷媒走線架盡量靠近熱管背板上方布置,其典型場景的空間布局如圖 8 所示
圖 8 熱管背板方案時主機房空間布局剖面
部分老機房采用空調(diào)風(fēng)管上送風(fēng)、下回風(fēng)氣流組織形式,單獨設(shè)置空調(diào)區(qū)放置空調(diào),風(fēng)管布置在機架間通道上方,典型情況下風(fēng)管尺寸約800mm×320 mm,風(fēng)管在頂部氣滅管道區(qū)域以下200mm處布置,其典型場景的空間布局如圖 9 所示。
圖 9 冷凍水型機房空調(diào)(上送風(fēng)方式)時主機房空間布局剖面
(4)消防系統(tǒng)管線
機房內(nèi)需要設(shè)置自動消防系統(tǒng),消防系統(tǒng)主要采用有管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng),機房頂部需布置氣滅噴頭和氣滅管路,結(jié)構(gòu)主梁下方需要占用 200mm高空間用于布置管路。
(5)空調(diào)系統(tǒng)配電線纜及動環(huán)監(jiān)控線纜
隨著列間空調(diào)和機柜級空調(diào)系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)用,機柜列內(nèi)需要配置空調(diào)系統(tǒng)配電線纜及其 線槽。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心維護(hù)的重要基礎(chǔ),該系統(tǒng)也需要機柜列內(nèi)設(shè)置線纜。綜合考慮這兩類線纜系統(tǒng)需求,根據(jù)大量工程實踐統(tǒng)計,其線槽合計尺寸可以按150mm(寬)×100 mm(高)考慮。
(6)線槽燈具
為便于維護(hù)每個機柜列通道內(nèi),都需要設(shè)置線槽燈。線槽燈帶需要的空間按100mm(寬)× 100mm(高)考慮。
根據(jù)上述分析,常規(guī)情況下機架頂部各類管線的凈高度(未含管線間距要求)見表 1。在設(shè)計中,還需要考慮其維護(hù)間距隔離間距等要求(如走線架與機架間距200mm、母線槽與走線架間距50~100mm、氣滅管線與其他管線間距等),垂直高度需求更大。因此合理規(guī)劃機架頂部垂直空間,優(yōu)化管線布局,能有效降低生產(chǎn)凈高要求。
如果考慮合理維護(hù)間距,表 1 中高度應(yīng)調(diào)整到 1900mm及以上。
表 1 主機房內(nèi)各類常用管線高度典型值
4 柔性母線空間布局方案
在常規(guī)情況下,主機房內(nèi)通信線纜走線架與電力電纜走線架上下對齊吊掛設(shè)置。當(dāng)采用柔性母線方案時,主機房內(nèi)原電力電纜走線架空間則將調(diào)整為母線及其接插箱的空間。因母線及其接插箱空間可以與通信線纜走線架分離設(shè)置,此時機架頂部垂直空間需要良好規(guī)劃,以適應(yīng)不同方案的需求。
本文通過調(diào)研在用的柔性母線機房情況,并結(jié)合中國移動數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)化成果,研究分析了 5 種空調(diào)末端形式、兩類母線產(chǎn)品應(yīng)用的組合場景,得出如下 3 種常用的主機房空間布局方案。
4.1 布局方案一
(1)布置形式
特點:封閉冷通道場景,在熱通道安裝母線槽。
本方案是將母線槽設(shè)置在熱通道,列通信線纜走線架設(shè)置在列機柜頂。其供電方案是,熱通道內(nèi)設(shè)置兩條母線裝置 I、II。母線I為臨近機架列A提供主供電電源,為臨近機架列B提供備用電源,母線 II 為機架列 B 提供主供電電源,為機架列 A 提供備用電源。這樣提高投資效益,有效利用空間。本方案擬將水平布置如圖10所示。
圖 10 走線架和母線槽布局方案一(平面示意)
目前標(biāo)準(zhǔn)機柜尺寸為600 mm(寬)×1200mm(深)×2200 mm(高)。機柜深度 1200mm處,可以設(shè)置通信線纜走線架(一般寬度為600mm)。熱通道寬度一般為800~1200 mm。
(2)機柜上部垂直空間規(guī)劃及高度分析本方案以列間空調(diào)方式、封閉冷通道的機架布局為例。機架頂部到梁下需要考慮的管線及高度需求見表 2。
表 2 主機房內(nèi)各類常用管線高度典型值(列間空調(diào)場景)
本方案將通信走線架和光纖槽道、空調(diào)配電及動環(huán)監(jiān)控線槽并列設(shè)置在機架頂部,母線及接插箱(主次兩條)設(shè)置在熱通道。這樣合理利用 了機架頂部空間??紤]各種管線的高度、管線間距及維護(hù)空間要求,優(yōu)化后的方案是:機架頂至結(jié)構(gòu)梁下需要的高度為1170 mm。垂直空間的具體布局規(guī)劃如圖 11 所示
圖 11 走線架和母線槽布局方案一(剖面示意)
圖 11 中以母線槽側(cè)接插接箱式產(chǎn)品為主,當(dāng)為母線槽下接插接箱式產(chǎn)品時,母線槽及插接箱的高度加大,此時機架頂距梁底高度至少需要 1 270 mm。
4.2 布局方案二
(1)布置形式
特點:無封閉通道場景,在每個列通道內(nèi)均 安裝一組母線槽裝置。應(yīng)用熱管空調(diào)、水冷冷門等機柜級空調(diào)末端方式時,主機房機柜列不需封閉通道。此時安裝方案是在每個通道內(nèi)設(shè)置一組母線槽裝置,母線 I 為臨近機架列 A 提供主供電電源,為臨近機架列 B 提供備用電源。本方案擬將水平布置圖 12 所示
圖 12 走線架和母線槽布局方案二(平面示意)
(2)機柜上部垂直空間規(guī)劃及高度分析
本方案以熱管調(diào)方式的機架布局為例。機架頂部到梁下需要考慮的管線及高度需求見表 3。
表 3 主機房內(nèi)各類常用管線高度典型值(熱管空調(diào)場景)
本方案將通信走線架和光纖槽道、空調(diào)配電及動環(huán)監(jiān)控線槽并列設(shè)置在機架頂部,每列的母 線及接插箱與冷媒管線共用高度,這樣合理利用了機架頂部空間??紤]各種管線的高度、管線間距及維護(hù)空間高度需求,優(yōu)化后的方案是:機架頂至結(jié)構(gòu)梁下需要的高度為1270 mm。垂直空間的具體布局規(guī)劃如圖13所示。
圖 13 走線架和母線槽布局方案二(剖面示意)
圖中13以母線槽側(cè)接插接箱式產(chǎn)品為主,當(dāng)為母線槽下接插接箱式產(chǎn)品時,母線槽及插接箱的高度加大,此時機架頂距梁底高度至少需要1370 mm。
4.3 布局方案三
(1)布置形式
特點:無封閉通道、空調(diào)上送風(fēng)場景,在每個列通道內(nèi)均安裝一組母線槽裝置。
在傳統(tǒng)的老舊機房中,還存在部分上送風(fēng)的形式,上送風(fēng)風(fēng)管占用了機架頂部空間,與其他管線共用空間難度大。因此單獨列出這個方案。
此時,佳的安裝方案是在每個通道內(nèi)設(shè)置一組母線槽裝置,母線I為臨近機架列A提供主供電電源,為臨近機架列B提供備用電源。本方案母線的水平布局示意圖同方案二圖12所示相同
(2)機柜上部垂直空間規(guī)劃及高度分析
本方案以熱管調(diào)方式的機架布局為例,機架頂部到梁下需要考慮的管線及高度需求見表4。
表 4 主機房內(nèi)各類常用管線高度典型值(上送風(fēng)空調(diào)場景)
本方案將通信走線架和光纖槽道、空調(diào)配電及動環(huán)監(jiān)控線槽并列設(shè)置在機架頂部,母線及接插箱(主次兩條)設(shè)置在熱通道??紤]各種管線的高度、管線間距及維護(hù)空間高度需求,優(yōu)化后方案是:機架頂至結(jié)構(gòu)梁下需要的高度為1690mm。垂直空間的具體布局規(guī)劃如圖14所示
圖 14 走線架和母線槽布局方案三(剖面示意)
圖14中以母線槽側(cè)接插接箱式產(chǎn)品為主,當(dāng)為母線槽下接插接箱式產(chǎn)品時,母線槽及插接箱的高度加大,此時機架頂距梁底高度至少需要1790mm
上述3種方案,根據(jù)典型應(yīng)用場景的分析,得出相應(yīng)的機柜頂至結(jié)構(gòu)梁下的高度需求,此高度保障了維護(hù)的高度需求。為方便維護(hù),在實際工程應(yīng)適當(dāng)提高本文中總結(jié)的高度需求,滿足管線安裝、拆除、線纜維護(hù)等需求
5安科瑞列頭柜及監(jiān)測產(chǎn)品介紹
隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展,數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出,高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案,是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率,降低設(shè)備能耗的有效方式。
AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機房末端設(shè)計的,能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng),為交直流電源配電柜提供的電參量信息,并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)機房的實時監(jiān)控和有效管理,為實現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。5.1精密配電管理解決方案
5.1.1交流系統(tǒng)
1)功能要求:
遙測:輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度;輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度;
遙信:輸入分路的過壓/欠壓,缺相,過流,輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計,實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報警功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-E4
電流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
5.1.2直流系統(tǒng)
1) 功能要求
遙測:輸入分路的電壓、電流、功率、電度;
遙信:輸入分路的過壓/欠壓,輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計,實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-DE
霍爾傳感器 AHKC-F- XXA/5V
開關(guān)電源 SBD-30 (48V)
5.2產(chǎn)品規(guī)格
說明:■為標(biāo)配功能。
5.3配套附件
6安科瑞母線槽監(jiān)測產(chǎn)品介紹
6.1概述
數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來,隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求,智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機房的末端配電中,具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點,即插式插接箱給各個機柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊,將數(shù)據(jù)上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。
6.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
1)交流系統(tǒng)功能:
遙測:三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度,系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率;
遙信:過電流2段閥值越限、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,開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘;
2)直流系統(tǒng)功能:
遙測:電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率;
遙信:過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警,開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘;
6.3產(chǎn)品介紹
說明:■為標(biāo)配功能。
7 結(jié)束語
本文通過對柔性母線的實地案例多次調(diào)研,結(jié)合數(shù)據(jù)中心主機房空調(diào)末端方案、柔性母線方案及通信走線、消防、照明等管線對空間的需求,對IT主機房內(nèi)柔性母線水平布局和機架頂部垂直空間進(jìn)行合理規(guī)劃和研究。本文提出 3 種典型場景下的應(yīng)用方案,確定了機柜頂至梁下的凈空間要求,為今后機房內(nèi)配電母線空間布局提供參考。相信隨著柔性母線應(yīng)用的普及,本文的研究將推動數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)的深化和優(yōu)化,為機房管線合理布局提供基礎(chǔ),為數(shù)據(jù)中心主機房的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計安裝提供參考。
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