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数据中心应用末端母线的优势

责任编辑:cres |来源:企业网D1Net  2021-02-23 13:49:36 本文摘自:IT机柜设计

数据中心末端母线特指0.69KV,800A 以下应用于数据中心内部的末端供配电系统,应用电缆或密集型母排自上级配电柜出线侧馈入供电始端(箱)单元,通过母线导体实现供电,再由配电单元馈电至机柜侧用电设备。
 
数据中心末端母线也可称为小母线,这是因为按照负荷容量分母线分为大母线和小母线(末端母线)。传统密集型母线其电流在1600-6300A 之间,也叫大母线。所谓小母线即是指其电流小,小母线电流在100-800A 之间。故把机房末端母线也称之为小母线。另外还有照明母线,其电流小于100A。
 
机房末端母线的主要参数
 
额定电流:机房母线分为交流和直流,交流额定电流一般分为160A,250A,400A,630A,800A 五个等级,有些厂家根据自身情况会有细分,有厂家达到800A 以上。直流母线电流等级分为400A,800A,1250A 部分项目要求大于1250A。
 
额定电压:机房母线交流额定电压为400V,直流额定电压要求400V,满足直流336V 和240V。
 
额定峰值耐受电流:在规定的使用和性能条件下,开关设备和控制设备在合闸位置能够承载的额定短时耐受电流第一个大半波的电流峰值。额定峰值耐受电流应该等于2.5 倍额定短时耐受电流。不同额定电流等级有不同要求。
 
额定短路电流:指系统在发生短路时所需承受的最大电流。不同电流等级做不同耐受等级要求。不同额定电流等级有不同要求。
 
外壳防护等级: IP 防护等级系统是由IEC 所起草,将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。机房内平时母排运行温度再50-70K,壳体温度30K,高于凝露点15-20 度,不会发生凝露现象。机房内温湿度都会进行控制,水路系统均布置在机房静电地板下方,所以架空母线无需高IP 防护等级的设置,一般IP40 基本可以满足,电气安全和便捷操作的需求。
 
温升:机房母线不同于动力母线,在机房内40%以上的能耗用于制冷,所以对于机房母线应该执行不一样的温升标准。目前国标采用的温升为70k 以下,不能完全满足机房使用要求。而业内大多母线厂家由于成本因素均执行70k 标准。机房母线对于直线段,连接器,外壳,铜排均有不一样的温升要求,需要和动力母线进行明确区分。
 
末端母线与传统配电列头柜比较
 
传统数据中心根据不同负荷容量选用35kV 或者10kV 作为进线,根据不同等级配置单路或者双路变压器及UPS,为IT 设备供电,而制冷和辅助设备一般会有单独的配电回路。UPS 配电后端的设备,我们称之为数据中心末端配电。
 
传统的列头柜,采用电缆进行出线,出线配置1P 或2P 空开,每一个出线回路链接一根电缆到一台机柜,再通过工业连接器或者直接连接到PDU 的端子排上,为服务器进行供电。列头柜在设计中往往会配置一些备用回路,以备日后增容或者维修,可是一旦列头柜方案落地实施后,再进行调整和更改会变得非常麻烦,甚至需要停机进行作业。采用电缆出线,如果双路配电的方案,会有大量的电缆需要部署,后期维护、增加、减少机柜、调整机柜布局、增加机柜容量难度很大。
 
机房末端母线系统方案很好解决了上述问题,特别是对于大容量、高压直流的配电方案和面对机柜使用客户需要经常变化配置的机房应用中具有更大的优势。
 
末端母线配电的工作形式可以分为双路热备份和一主一备的冷备份方式。目前采用的主流方案是双路热备份的配电方案。
 
双路热备份
 
采用两路母线供电,两路母线分别来自不同的UPS 和变压器。平时各占50%负荷,一旦一路失电需要一路带100%的负荷。此种方式可以在发生断电故障时候进行快速切换,是目前比较常用的一种母线配电形式。
 
一主一备(冷备份)
 
采用两路母线供电,两路母线分别来自不同的UPS 和变压器。分为主备回路,平时主回路承载100%负荷容量,备用回路不带电,主回路失电后,备用回路自动切换。此种配电形式比较直观,一路设备相对线路损耗较少。但是主路负荷即是全部负荷,对设备要求比较高,对母线温升需要进行特殊规范,需要比双路热备份要求更低才不会由于母线温升导致对机房环境产生影响。冷备份的方案适合对供电可靠性要求相对较低的场景。
 
由于母线结构更加简单,部署更加快捷,模块设计更容易实施和调整,所以越来越
 
多的微模块方案也采用末端母线配电形式。常见的方案有一下两种:
 
四路母线供电:此种方式采用4 路母线架设在两排微模块机柜后上方,直接为下方PDU 配电。这样每条母线负荷容量较小,结构简单,部署灵活。但是需要配置四个始端箱,单侧两个始端箱放置需要进行设计以便于后期维护。另外上层断路器需要相应的配置4个。
 
双路母线U 型布置:此种方式减少了始端箱数量,母线整体性更强。但是单路母线负荷更高。另外,母线需要跨过冷通道天窗,需要单独设计。跨通道部分也可采用线缆做转接。 同时由于母线槽需要承担整个模块的负荷,因而同等情况下,其额定容量是四路母线方案的两倍。
 
母线部署方案
 
吊杆安装 母线传统部署方式,母线的安装路径需要提前设计,以避开弱电和其他管路,一般母线的部署需要在弱电和桥架之前。
 
微模块安装的母线方案 往往需要整体与环境解耦合,不依赖于环境部署,母线直接在机柜后上部用支架架设。此种方式可以减少纵向架设空间。解耦合方案中还有两种形式,一种是支架吊装方案,一种是托举架空方案。
 
末端母线进线模式
 
母线进线从插接箱进入,有交直流分别。交流母线380V,5 芯线缆,进线三相+PE+N。直流进线正极+负极+PE。交直流均可以使用电缆进行连接,交流从UPS 配电出线柜引电缆通过电缆桥架进入始端箱。直流从HVDC 直接引出电缆到母线始端箱。
 
使用末端母线系统,极大的提高资金的回报率,分期投资,避免浪费,增加了机房的有效出租面积,快速交付,增加租金收益;减少发热,降低机房制冷量,节能效果显著。符合国际T-3,T-4 机房的建设规范。但是目前机房末端母线还处于发展初期,设备厂商大多刚刚进入市场,价格还高于列头方案30%左右,所以直观上客户还是感觉投资过高。但是随着新型末端母线的出现,技术的进步,市场的不断成熟,末端母线将会逐渐成为机房末端配电的主流方案。

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本文摘自:IT机柜设计

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