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    母線槽在電機房中的應用

    發布時間:2022-05-04 09:43:45 | 點擊:282   

    跟著電力業務的開展和智能電網的升級,電力數據中心對供電系統的可靠性和智能維護要求越來越高。數據中心機柜端配電規劃要滿足傳統機房的配電功用,還應滿足長期的設備擴容要求;同時,還要盡或許減少設備擴容對現在已運行的設備產生影響。供電系統除滿足高可靠性外,還應該具有強大的監控功用,機房運維人員隨時能夠了解機柜負載情況、各配電分支回路的電氣情況和不同負載機群的電量消耗等。

    當前,數據機房的配電容量一般保持在必定的范圍內,一般依照服務器機柜、刀片機柜、網絡機柜、作業機柜、小型機機柜等,常規數據中心單機柜負荷一般在3kW~8kW之間。根據各類設備功率不同,電氣聯接器接口規范也有所區別,這為供電根底配套實施帶來了極大的應戰。傳統落地式配電單元(列頭柜)已不能滿足越來越多的供電需求。

    近年來,跟著數據中心活絡性和多元化開展,一種愈加活絡的機柜端規劃方案逐步在電力機房中得到運用,即母線槽配電系統?,F在已有很多大型數據中心采購母線槽規劃方案,如Google、Facebook、阿里巴巴和騰訊等數據中心。母線槽在電力工作作為一種導線運用現已有幾十年的歷史,但是關于電力數據中心運用而言,則比較新穎,運用案例不多。與傳統電纜辦法對比,母線槽具有愈加可靠的安全性、接口電阻和溫升控制也愈加優勝。1母線槽結構原理母線槽是由銅、鋁母線柱構成一個封閉金屬設備,用來為渙散系統各個元件分配較大功率。母線槽首要以銅或鋁作為導體、用非烯性絕緣支撐,然后封裝到金屬槽中。機房母線槽的額外電壓380V,適用于溝通50Hz,額外電流250~6300A三相四線制或三相五線制供配電工程中,它具有容量大、裝拆簡略、施工周期短等特征。

    1.1分類及開展按用處分,母線槽一般分始端母線槽、直通母線槽、L型垂直彎通母線、Z型垂直偏置母線、T型垂直三通母線、X型垂直四通母線等,以及有關附件及緊固設備。按絕緣辦法,分為空氣式、布滿式和高強度三種插接母線槽。按其結構及用處,可分為布滿絕緣、空氣附加絕緣、空氣絕緣、耐火絕緣等;按其外殼材料分為鋼外殼、鋁合金外殼和鋼鋁混合外殼母線槽。母線槽的開展現已閱歷三代,榜首代為空氣型母線槽、第二代為布滿型母線槽、第三代為復合絕緣性母線槽,母線槽的技術開展日漸完善和成熟。

    1.2優點分析,母線槽以銅排或鋁為導體,電流容量大且電氣功用、機械功用好。母線槽的外殼為金屬,具有不焚燒、安全可靠性且運用壽數長等特征。與傳統電纜比較,管道或橋架所占方位較少,關于大型建筑物的施工和線纜排布非常有利。

    母線槽的首要特征如下:

    (1) 容量大、壓降很小、短路負載性能強;

    (2) 可靠性高;

    (3) 外形小且漂亮、重量輕;

    (4) 施工聯接便當,檢查簡略。

    1.3缺點分析

    母線槽作為一種新式的結束供電技術,同樣存在以下不足之處:

    (1)防護等級:現在工作干流品牌機房母線槽多選用空氣型母線,防護等級為IP40。設備時需考慮到空調冷凝水防護問題,如主機房地板下設備空調水管,則不建議選用地板下設備方案;

    (2)對機柜頂部空間要求相對較大,對凈高較小的機房,設備條件或許存在限制;(3)智能監控搜集功用:機房母線槽對主干和每個機柜結束的用電參數進行監控搜集,需別的敷設通訊線纜,工序上比較精密列頭柜凌亂。


    2機房專用的母線槽系統首要由六部分構成:線槽主體、端部饋電模塊、線槽聯接模塊、接線盒、監控模塊和通訊模塊。

    2.1母線槽主體外殼供給線槽維護,提高熱安穩性,滿足各種設備辦法,如豎直吊裝或許水平設備,側邊可貼標識。導電銅排是根據載流量需求選擇不同截面,表面鍍錫,增強抗腐蝕性并減小接觸電阻的電解銅。表面的絕緣材料具有出色的可短路電流性能。

    2.2端部饋電模塊端部饋電模塊用于將電力接入母線槽系統。端部饋電模塊內置斷路器、監控模塊以及通訊模塊等,斷路器規范按每列負載需求配備。

    2.3線槽聯接模塊線槽聯接模塊用于端部饋電模塊與母線槽主體,線槽主體與主體之間,線槽主體與彎頭之間的聯接。

    2.4聯接盒接線盒能夠在母線槽主體上設備,接線盒內置控制空開及給機柜供電的插座?,F在工作上,接線盒在母線槽主體上設備,大多數均支撐熱插拔辦法,活絡卡位固定,便當隨時為擴容負載供給電氣聯接。接線盒在母線槽主體上具體設備方位工作上根本由兩種規劃情況,固定設備和活絡設備,Schneider等供貨商選用固定式方位設備,即母線槽主體上每隔600mm預留一個設備孔位供給接線盒設備。PDI、Startline等供貨商可在主體就任何方位設備。對不同尺度規范機柜擺放而言,無疑后者愈加適合機房的規劃。2.5監控模塊監控模塊分為結束及主控單元兩部分。結束單元為機房母線槽經過在端部饋電模塊、接線盒等部件配備智能化電量儀等電氣搜集模塊,可即時搜集功率、電流、電壓等電氣數據。主控單元包括硬件主控單元和軟件管理途徑。機房母線槽規劃本文以某約300平米的電力機房為例,進行母線槽方案和傳統列頭柜方案規劃比較。該區域可安頓9列機柜,每個列頭柜對就近兩列機柜供電,每個機柜尺度為800mm×1100mm。如圖2所示。

    方案1:每列機柜上方懸吊雙母線槽供電,每條母線槽上的接線盒設備兩個空開和兩個工業插座,分別為該列的雙面機柜供電,支撐即插拔辦法,簡易便當業務擴容和功用延伸。

    方案2:假設選用傳統的精密列頭柜配電方案,則需為兩列機柜配備1個精密列頭柜,并向每面機柜供給雙電源供電。如圖3所示。

    3母線槽主體配備

    每個機柜平均功率按終期需求6kW進行計算,按平面安頓,機房中每列最多為8面機柜,每一列機柜功率為P=8×6kW=48kW,長期最大作業電流I=48/(0.8×3×0.22)=90A。母線截面一般應按最大長期作業電流選取,在年均負荷較大且母線槽距離較長時,一般比按最大長期作業電流選擇的母線槽截面要大些[7-8]。本案例為年均負荷大、且距離較長的情況,結束母線槽規范按160A配備,即每一列機柜配備2條160A母線槽,分別從主備供UPS電源接入

    3.1端部配電模塊配備

    端部饋電模塊由每一列機柜對應的主備供母線槽各配備1個接入配電盒,與主干母線槽的插接箱間選用電纜聯接。

    3.2機柜端饋電盒配備主備供結束母線槽上設備機柜端饋電盒,關于服務器機柜和存儲機柜配備32A開關,對作業站機柜和網絡機柜配備16A開關,經過工業聯接器與機柜上的PDU插排進行聯接。

    3.3智能監控和通訊功用配備監控系統搜集功用包括開關情況、電量、功率、功率因數、電壓等。通訊功用為經過結束母線槽供電監控途徑向機房動力環境監控系統敞開接口并供給監測數據。

    3.4母線槽接地傳統的維護地線PE線放置在母線槽內一側,而新式母線槽選用外殼做PE整體接地。在母線槽強制性規范GB7251.1的7.4條電擊防護的7.4.3.1.5條中規則,假設選用的辦法能夠保證電路有持久出色的導電性能,并且載流容量足以接受成套設備中流過的接地缺點電流,那么組裝成套設備的各種金屬部件則被以為能夠有用地保證維護電路的連續性。


    4方案對比

    針對方案1的母線槽技術和方案2的傳統精密列頭柜方案,其差異和優缺點對比分析如下:

    4.1技術對比

    1)散熱性

    機房母線槽不同于國內傳統的布滿型母線槽,選用敞開式規劃,載流銅排直接與空氣接觸,運用空氣傳導散熱,并經過緊密接觸的鋼制外殼,把熱量發出出去。別的,母線槽外部鋁殼除起到維護效果外,表面還經過陽極化處理,可增強散熱性能;銅排表面鍍鎳,下降接觸電阻,下降電壓降,減少損耗。傳統的列頭柜加電纜辦法,電纜的絕緣材料既是絕緣材料,又是隔熱材料,在機柜數量眾多的情況下,電纜會調集較多,較難散熱,因此電力電纜在橋架內敷設時,為保證出色散熱,一般最多允許敷設2層。因此母線槽的散熱功用和電纜

    比較愈加優勝。

    2) 可維護性

    傳統的電纜辦法,因其材料易磨損和易老化,且壽數較短等要素,需求守時進行檢查和維護,到運用年限后還需更換。而母線槽為金屬架構,維護簡略,日常維護一般僅需丈量外殼和穿芯螺栓的溫升、進線箱的接頭溫升等罷了。

    3) 過載性能

    電纜所用的絕緣材料常期作業溫度一般為95~105℃,母線槽的過載性能大大高于電纜。別的,電纜的最大載流范圍為1000mm截面積,額外電流1600A,而母線槽額外電流最大能做到6300A。

    4) 空間安頓母線槽可節省配電柜或列頭柜占用的空間,可防止運用電纜,從而減少布線的困難,以圖1為例,可節省6個列頭柜空間。

    5) 規劃和設備規劃簡略,布局簡略,設備過程簡略,無需專業東西。

    6) 擴容和總具有本錢(TCO)母線槽設備后可根據需求重新配備,可在規劃時預留容量,未來擴容便當,總具有本錢較低。

    7)環保特性母線槽全部材料都選用無毒阻燃材料,99%的材料可回收,環保特性較好,而電纜則有必定的污染性。

    4.2出資對比

    針對方案1和方案2不同機柜結束配電方案,兩者的出資造價對比如下,如附表1所示。

    對比列頭柜,電纜,電纜橋架等整體費用,母線槽規劃方案的整體出資和傳統的列頭柜加電纜辦法根本適當,但是后期維護費用比電纜要低,整體而言總具有本錢TCO較低。

    4.3機房母線槽適用性分析

    綜上所述,對機房母線槽技術選用應考慮不同場景的適用性,分析如下:

    1) 對機柜安頓密度要求高、安頓機柜數量最大化情況下,建議選用機房母線槽,可節省精密列頭柜占用空間。

    2)對同一主機房區內設備分期上架情況,建議選用機房母線槽,既保證上架設備不同功率和接

    口類型預備性,又可減低整體出資本錢。

    3)對UPS室與主機房區距離較遠、且同時多個主機房區情況下可選用“主干封閉母線槽+機房母線槽”方案,防止電纜橋架規范過大和下降電纜敷設施工本錢。對主機機房區接近UPS室,且主機房區單一情況下,直接選用“主干電纜+機房母線槽”方案。

    4)對機房凈高限制、地板下存在空調水管情況下,不建議選用機房母線槽。5定論母線槽技術從上世紀50年代開展至今,現已從一代空氣型到三代復合型開展,技術開展日臻完

    善,在互聯網數據中心領域現已有了出色的運用。母線槽具有活絡性和擴展性,同一母排上可根據不同機柜負載大小不同而活絡分配,即類似網絡帶寬同享辦法相同,功率負荷同享,如需擴容、調整相(三相不平衡時),只需相應調整對應的插接箱。機房母線槽方案是一種能有用減少電纜的運用量的選擇辦法,關于集中供電方式電力機房具有實踐運用意義。本文經過與傳統電纜和列頭柜辦法,對比分析母線槽的技術原理、技術特征、總出資費用以及后期維護本錢等,母線槽具有出色的供電系統可靠性和本錢優勢,值得推廣運用。母線槽具有安穩可靠、配電效能高、散熱好、電壓下降、耐機械沖擊和設備簡潔等特征,是一種電力數據中心出色的結束供電辦法。跟著智能電網、電力大數據、人工智能、物聯網業務開展,電力數據中心正在加快建設中,信任電力母線槽技術會得到廣發的運用和推廣。

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