淺析數據中心末端配電母線槽技術的應用及產品監(jiān)控選型

【摘要】末端配電母線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、額定短時耐受電流三個*點技術參數展開探討，分析了母線槽依據的國家標準，指出了*點技術參數的選擇依據，并舉例說明選擇方法。

【關鍵詞】數據中心；末端配電；母線槽；*點技術參數

0引言

隨著人工智能、大數據和云計算等新興技術的迅速發(fā)展，越來越多的領域開始進行數字化轉型，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(tǒng)的數據中心配電系統(tǒng)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槽為主干形成的新型配電系統(tǒng)，具有經濟性好、靈活性強、可靠性高等優(yōu)點，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槽*點技術參數的選取對于產品性能和產品質量的體現具有重要的現實意義。

數據中心末端配電母線槽是一種具有特殊用途的母線槽，需要通過CCC認證才可以銷售，該產品應該符合國家標準GB/T7251.6—2015的規(guī)定要求，其*點技術參數需要依據產品特征、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品性能。本文針對數據中心末端配電母線槽的*點技術參數展開探討，分析GB/T7251.6—2015的相應條款對產品的約束，指出技術參數選擇的依據，并以一款400A的數據中心末端配電母線槽為例說明*點技術參數的選擇方法。

1結構分類

母線槽是指導體系統(tǒng)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(xù)的空間通道，在底部開槽，這種結構可以支持在任意點位插接取電。滑軌式母線槽的插接箱在母線槽的下方安裝，可以做到即插即用。滑軌式母線槽為模塊化結構，支持分步實施、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。直列式母線槽結構簡單，成本較低，但由于其插接箱是固定的，無法根據需求靈活移動，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參數，它是由制造商宣稱的電流值，在一定的條件下通以額定電流時，母線槽各部件的溫升不能超過規(guī)定的限值。

首先，額定電流與使用條件有密切的關系。一般來說，上述的一定條件是指母線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圍空氣溫度，濕度條件，它們均包括戶內和戶外兩種情況，數據中心末端配電一般安裝在戶內；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；強電磁場等等。數據中心使用的末端配電母線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，一般通過溫升試驗來驗證和確定。溫升試驗時，母線槽通以額定電流致使導體發(fā)熱，通過傳導、對流和輻射等多種方式進行熱交換，*后與周圍環(huán)境建立熱平衡。當母線槽所有部件的溫度每小時變化不超過1K時，可以認為母線槽處于近似的熱穩(wěn)定狀態(tài)，此時母線槽溫度與環(huán)境溫度的差值稱為溫升，導體溫升不能超過70K的溫升限值。特別需要注意的是，母線槽水平安裝和垂直安裝時會得到較大差別的溫*值。一般來說，只要設計合理，數據中心末端配電母線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*點技術參數，它是由制造商宣稱的以表征母線槽耐受瞬時過電壓的能力。額定沖擊耐受電壓Uimp的選擇與額定工作電壓和過電壓類別密切相關。額定工作電壓是母線槽制造商宣稱的電壓值，它與額定電流共同確定母線槽的使用參數，對多相電路來說，指的是相間電壓。對于配電電路水平的母線槽來說，過電壓類別為III。GB/T7251.6—2015在5.2.4條款中說明，按照GB/T7251.1—2013的表G.1來選擇Uimp。

數據中心末端配電系統(tǒng)要求對瞬時過電壓具有較高的耐受能力，所以有很多制造商將母線槽的Uimp選為10kV,這給試驗驗證帶來挑戰(zhàn)。沖擊耐受電壓試驗時，要求對母線槽的每個極施加5次1.2/50μs的沖擊電壓，試驗過程中有擊穿放電則認為不合格。較高的沖擊耐受電壓值，要求母線槽具有較大的電氣間隙值，具體要求見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，經過優(yōu)化設計的數據中心末端配電母線槽可以耐受10kV的沖擊電壓。

4額定短時耐受電流

額定短時耐受電流是一項重要的技術指標，它是母線槽制造商宣稱的，用電流和時間定義的母線槽能夠耐受的短時電流（有效值）。額定短時耐受電流一般需要通過短路耐受強度試驗來驗證，試驗時母線槽產品應能承受短時間、大電流所形成的電動力和熱應力的作用后，其功能不被破壞，這是一種電動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的綜合考核。短時耐受試驗過程中，通有短時大電流的母線槽導體在其周圍形成磁場，而處于磁場中的各載流導體受到機械力的作用，這種電動力會產生*大的破壞作用。

短時耐受電流還具有瞬時加熱的特征：電流數值大，但是持續(xù)時間短。在這非常短的時間內，由短路電流所產生的熱量無法散出，幾乎全部用來升高導體自身的溫度。因此，產品溫度在很少的時間內快速上升。短路試驗是實際短路情況的模擬，當輸、配電線路發(fā)生短路時，電流猛增至額定電流的幾十倍甚至上百倍，對電力系統(tǒng)中的輸配電設備產生強烈熱沖擊，當溫度超過一定限度時，連接部位可能會發(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程，絕緣性能迅速下降，因此對絕緣產生很大的破壞作用。圖5是額定電流為400A的數據中心末端配電母線槽Icw=25kA,t=1s的短時耐受電流試驗的電流波形。GB/T7251.6—2015[3]規(guī)定在短路試驗后，母線槽產品的電氣間隙和爬電距離仍應符合規(guī)定，絕緣性能也要滿足要求，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槽通過了短時耐受試驗。

5安科瑞智能母線監(jiān)控解決方案

5.1概述

數據中心IT服務器配電傳統(tǒng)采用*密配電柜，占用空間較大，配電線纜多，新增設備不便，為了節(jié)省面積，智能小母線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，被越來越多的應用。

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

5.2應用場所

適用于運營商、金融、政府、互聯網、企業(yè)等數據中心

5.3系統(tǒng)結構

5.4系統(tǒng)功能

1. 實時監(jiān)測

在主頁點擊數據采集按鈕后，進入系統(tǒng)圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。

1. 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，即可實現對箱子中儀表數據的采集。

1. 諧波數據

通過點擊“箭頭”來左右切換2-63次諧波數據。

1. *大需量

顯示電壓、電流、功率的*大需量的數值及發(fā)生時間。

1. 電能查詢

電能情況可以查詢上12月份的每個月用電量、上一年總用電量、本年已用電量、根據選擇不同時間查詢電能值。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6結束語

數據中心是國家確定的“新基建”七大領域之一，將在國民經濟和社會發(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，將使數據中心配電系統(tǒng)具有更好的經濟性，更強的靈活性，更高的可靠性，通過提供數據中心末端配電母線槽的*點技術參數的選擇方法，將使數據中心配電系統(tǒng)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槽正朝著智能化的方向快速發(fā)展。依據GB/T7251.8—2020進行智能化設計和試驗，其智能單元可以實時監(jiān)測電壓、電流、頻率、功率、功率因數、開關量狀態(tài)等相關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(jiān)控系統(tǒng)組網。另外，通過創(chuàng)新結構設計，有效降低母線槽的溫*值，可以達到降低線路損耗的效果，還可以在回路中加入浪涌和過載保護，可以防止過電壓和過電流，從而提供安全的配電環(huán)境。這些安全性、節(jié)能性、智能化的技術參數將是下一步的重要研究對象。

參考文獻

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【4】AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案-樣本.

【5】企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版.

【6】數據中心解決方案樣本2022.04版.

作者簡介

陳芳芳，女 現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心相關產品的研發(fā)及應用。