悅動在錢keepithuming數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線槽設(shè)計(jì)維諦技術(shù)(Vertiv)數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線槽設(shè)計(jì)2.不斷變化的數(shù)據(jù)中心行業(yè)的現(xiàn)狀挑戰(zhàn)22.1驅(qū)動力22.2挑戰(zhàn)23.傳統(tǒng)配電架構(gòu)與新一代數(shù)據(jù)中心末端配電架構(gòu)對比43.1傳統(tǒng)末端配電架構(gòu)43.2新一代末端配電架構(gòu)53.3機(jī)房末端配電方案比較74.智能母線系統(tǒng)安全可靠性的提升84.1耐電弧空氣母線槽84.2過電流保護(hù)84.3持續(xù)監(jiān)控94.4機(jī)械聯(lián)鎖94.5易于維護(hù)105.結(jié)論10本白皮書探討了數(shù)據(jù)中心行業(yè)的發(fā)展趨勢及目前數(shù)據(jù)中心中的末端配電架構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)，評估了智能小母線解決方案在當(dāng)前數(shù)據(jù)中心配電的適用性。通過對傳統(tǒng)和當(dāng)前末端配電架構(gòu)的對比，明確了在滿足當(dāng)前數(shù)據(jù)中心要求的情況下兩種配電架構(gòu)的效率。此外，白皮書重點(diǎn)說明了在數(shù)據(jù)中心場景下的發(fā)生飛弧事件的風(fēng)險(xiǎn)，并討論了如何通過創(chuàng)新的小母線配電架構(gòu)來提高末端配電系統(tǒng)的耐電弧性。2.不斷變化的數(shù)據(jù)中心行業(yè)的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)在過去的十年中，數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域已經(jīng)成為全球增長最快的行業(yè)之一，預(yù)計(jì)市場在2019-2025年以15.1%的復(fù)合年均增長率增長。盡管有很多人對數(shù)據(jù)中心行業(yè)還不了解，但數(shù)據(jù)中心行業(yè)通過存儲、處理、通信和分發(fā)我們每天每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。2.1驅(qū)動力近年來，我們已經(jīng)經(jīng)歷了一個新的數(shù)字化時代的變革，同時也改變了我們處理、消費(fèi)和交流信息的方式。人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G的出現(xiàn)，使我們的日常生活數(shù)字化，數(shù)據(jù)消耗方式增加。據(jù)估計(jì)到2025年，全球數(shù)據(jù)將超過175ZB。因此，數(shù)據(jù)中心需要采用創(chuàng)新的配電架構(gòu)設(shè)計(jì)，來滿足更高容量的配電網(wǎng)絡(luò)、更高的機(jī)架密度和更高的效率等新需求。2.2挑戰(zhàn)許多數(shù)據(jù)中心都在緊跟數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐。據(jù)《福布斯》報(bào)道，有不到30%的數(shù)據(jù)中心企業(yè)認(rèn)為他們的數(shù)據(jù)中心是滿足當(dāng)前的需求的，僅有11%的企業(yè)認(rèn)為他們的數(shù)據(jù)中心的更新速度超過了他們的需求。因此目前許多數(shù)據(jù)中心仍然采用的是之前配電系統(tǒng)。對于任何數(shù)據(jù)中心來說，配電都是一項(xiàng)大的投資，通常至少有10年的使用壽命。而它所供電的IT設(shè)備的使用壽命通常為2-3年，甚至更短。因此，如果以往的配電系統(tǒng)無法適配和集成這些新技術(shù)，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心運(yùn)營效率低。如果企業(yè)跟上不斷增長的數(shù)據(jù)消耗水平，數(shù)據(jù)中心容量會更容易過載，有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。"不到30%的數(shù)據(jù)中心決策者表示我們的數(shù)據(jù)中心滿足了他們當(dāng)前的需求"維諦技術(shù)(Vertiv)數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線槽設(shè)計(jì)所有數(shù)據(jù)中心都希望實(shí)現(xiàn)100%安全可靠的電力可用性。隨著數(shù)字化服務(wù)的發(fā)展，推動了全球?qū)?shù)據(jù)的需求。對于全球數(shù)據(jù)中心來說，企業(yè)必須尋求更智能的配電解決方案來面對這些新挑戰(zhàn)。2.2.1可拓展性無論數(shù)據(jù)中心的類型是超大規(guī)模、Colo、企業(yè)還是邊緣數(shù)據(jù)中心都希望可以以最快速度對數(shù)據(jù)進(jìn)行即時訪問，因此數(shù)據(jù)中心需要有足夠的彈性，來根據(jù)用戶具體的需求擴(kuò)大或縮減可用的電力容量。因此在設(shè)計(jì)配電架構(gòu)的時候，可拓展性至關(guān)重要。隨著數(shù)據(jù)消耗趨勢的迅猛增長，數(shù)據(jù)中心更需要采用可以快速適應(yīng)市場變化并且保持高運(yùn)營效率的基礎(chǔ)設(shè)施。2.2.2效率數(shù)據(jù)中心需要不間斷且高效的電源供電才能保持市場競爭力。若企業(yè)面臨意外停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，其盈利能力和品牌聲譽(yù)都會造成影響。因此數(shù)據(jù)中心一直在尋找創(chuàng)新的更高效的設(shè)計(jì)來提高IT基礎(chǔ)設(shè)施的電力水平。為了確保高效電力的連續(xù)性，數(shù)據(jù)中心需要全面了解配電系統(tǒng)和所連接的基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)，這個可以通過定制化的監(jiān)控架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。通過預(yù)測并響應(yīng)電源潛在的安全問題，來降低高昂的停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。2.2.3空間優(yōu)化數(shù)據(jù)中心分布著服務(wù)器機(jī)柜、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機(jī)架、空調(diào)機(jī)組和配電系統(tǒng)等核心基礎(chǔ)設(shè)施，因此提升空間的利用率很重要。隨著數(shù)據(jù)需求的增加，所需的IT基礎(chǔ)設(shè)施也增加，所以需要對空間進(jìn)行優(yōu)化來減少空間浪費(fèi)，并且要方便讓企業(yè)在需要時添加新的IT基礎(chǔ)設(shè)施時，便于重新部署。2.2.4投資成本數(shù)據(jù)中心將消耗全球3%-5%數(shù)據(jù)中心將消耗全球3%-5%的電力。電力容量增加，能源成本也會增加，因此數(shù)據(jù)中心行業(yè)3-5%正在尋找資本和運(yùn)營成本都相對較低的電力解決方案。不斷增長的支出，因?yàn)轭A(yù)計(jì)到2025年，數(shù)據(jù)中心將消耗安全性是數(shù)據(jù)中心關(guān)注的關(guān)鍵問題，電氣故障不僅會導(dǎo)致停機(jī)，還會危及生命。隨著電力密度全球電力的3不斷增長的支出，因?yàn)轭A(yù)計(jì)到2025年，數(shù)據(jù)中心將消耗安全性是數(shù)據(jù)中心關(guān)注的關(guān)鍵問題，電氣故障不僅會導(dǎo)致停機(jī)，還會危及生命。隨著電力密度全球電力的3～5%和容量的增加，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的電力基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模也增加，這就使得標(biāo)準(zhǔn)的安裝、操作和維護(hù)過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)增加。例如，改造升級基礎(chǔ)設(shè)施所花費(fèi)的時間越多，就越容易發(fā)生人為失誤。例如，若出現(xiàn)將工具掉入帶電的PDU中或在維護(hù)前未正確斷開斷路器，就會造成致命后果。3.不斷變化的數(shù)據(jù)中心行業(yè)的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)3.1傳統(tǒng)末端配電架構(gòu)目前許多數(shù)據(jù)中心設(shè)施仍采用的是行業(yè)數(shù)字化之前傳統(tǒng)的配電架構(gòu)。當(dāng)時在設(shè)計(jì)傳統(tǒng)配電系統(tǒng)時，數(shù)據(jù)中心的復(fù)雜程度遠(yuǎn)低于現(xiàn)在，主要由少量的大型IT設(shè)備組成，因此數(shù)據(jù)中心不會頻繁進(jìn)行改造升級，且IT設(shè)備的功率密度也不高，對數(shù)據(jù)中心制冷的要求也較低。數(shù)據(jù)中心的電力通過配電單元(PDU)進(jìn)行分配。PDU的額定功率通常為50kW至500kW，主要由主路輸入斷路器、支路電路配電盤、電力變壓器、輸出電纜、防雷以及監(jiān)控和通信模塊組成。PDU系統(tǒng)可以通過內(nèi)置或獨(dú)立的變壓器來調(diào)整輸入電壓并將適當(dāng)?shù)碾妷悍峙涞街窞镮T負(fù)載供電。當(dāng)采用內(nèi)置變壓器設(shè)計(jì)的PDU占地面積相對更大，每100kW的IT負(fù)載大約占地2.5m2。為了容納從A點(diǎn)到B點(diǎn)所需的長距離電纜，數(shù)據(jù)中心一般會采用架空地板通道或架空電纜橋架的方式接入。架空地板通道主要是為了建立空氣流通通道。氣流通常通過帶有鋁格柵的通風(fēng)地磚來進(jìn)行管理。地板下的空隙為布線和管道工程提供了空間，包括電線、數(shù)據(jù)和電信線路、安全線路和暖通空調(diào)及空調(diào)系統(tǒng)組件。但是，在房間高度有限或設(shè)備較重的情況下，架空地板通道并不一定可行。因此會采用另一種做法就是通過安裝在機(jī)柜頂部或懸掛在天花板上的電纜橋架來作為電纜通道。維諦技術(shù)(Vertiv)數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線槽設(shè)計(jì)5盡管這些傳統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)發(fā)展了多年，但它原來設(shè)計(jì)所基于的原理和需求與目前行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)變已經(jīng)不相適應(yīng)，導(dǎo)致效率降低。效率降低的原因如下：地板下電纜空間的受限，可擴(kuò)展彈性降低地板下擴(kuò)容不方便，增加了整改時間和人力成本大量電纜接入使數(shù)據(jù)中心布局靈活性降低且部署時間長地板下布線，電路可追溯性差，很難對電路進(jìn)行監(jiān)控地板下若電纜較多，會降低空氣流動，增加熱量損失和事故風(fēng)險(xiǎn)傳統(tǒng)配電架構(gòu)占用柜位，空間利用率低大型變壓器的PDU單元會產(chǎn)生更多熱量，降低數(shù)據(jù)中心的效率系統(tǒng)必須斷電才能安全地進(jìn)行維護(hù)或更改，影響數(shù)據(jù)中心運(yùn)營效率初始成本低，但由于需要耗費(fèi)大量時間來布線新電纜，因此擴(kuò)容的成本可能很高電工可能被迫在進(jìn)行帶電工作，易發(fā)生飛弧事故3.2新一代末端配電架構(gòu)小母線系統(tǒng)是傳統(tǒng)列頭柜配電的替代方案。當(dāng)前小母線配電架構(gòu)主要包括進(jìn)線箱、母線和帶有過流保護(hù)裝置、連接配件的終端箱。智能小母線在高密數(shù)據(jù)中心應(yīng)用較多，它可以提供靈活的架空配電，且可擴(kuò)展性強(qiáng)。目前智能小母線可以水平、垂直、機(jī)柜頂部或地板下安裝，但數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域較多都采用機(jī)柜頂部架空配電，為IT機(jī)架供電。僅母線槽就可以提供從低壓開關(guān)設(shè)備或配電盤到IT機(jī)架的所有低壓配電，從而無需笨重的PDU。智能小母線解決方案可以根據(jù)客戶機(jī)柜的具體數(shù)量、尺寸和容量等實(shí)際需求，來定制滿足要求的母線槽和分接單元，通過分解接單元將電力分配到每個機(jī)柜。一條母線槽由多個母線直線段拼接組成，直線段間由連接件進(jìn)行連接。分接單元安裝位置靈活，具備帶電熱插拔功能，能在母線長度方向任意位置插拔取電。智能小母線系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心行業(yè)提供了一種優(yōu)化的配電架構(gòu)，可以根據(jù)當(dāng)前和未來的需求分配和管理電力容量。這種配電架構(gòu)提高了數(shù)據(jù)中心的安全性、靈活性、可用性和成本效率主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：高彈性擴(kuò)大或縮減容量，只需變更分接單元，不受地板下空間限制熱插拔即插即用，能在不斷電情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)容、平衡負(fù)載或重新配電設(shè)計(jì)等可追溯性強(qiáng)插接箱位于機(jī)柜上方，因此電路保護(hù)開關(guān)易于維護(hù)可靠性高相對于電纜，母線槽鋁或鋼外殼可保護(hù)導(dǎo)體免受物理應(yīng)力快速部署由于提高了可擴(kuò)展性，所以節(jié)省了所需的安裝時間節(jié)省占地節(jié)省柜位，提高空余空間利用率操作安全防止手指接觸導(dǎo)線的安全保護(hù)裝置提高了操作人員的安全節(jié)約人力成本工廠預(yù)制化，無需現(xiàn)場大量電纜接線，減少人力成本維諦技術(shù)(Vertiv)數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線槽設(shè)計(jì)3.3機(jī)房末端配電方案比較在討論了當(dāng)前數(shù)據(jù)中心管理人員面臨的主要挑戰(zhàn)，并評估了傳統(tǒng)和當(dāng)前小母線解決方案的應(yīng)用之后，將傳統(tǒng)列頭柜方案與當(dāng)前小母線系統(tǒng)的擴(kuò)容彈性、電力可用性、空間利用率、安全性和成本方面進(jìn)行了對比，如下表。可以看出雖然智能小母線系統(tǒng)提供了更安全的解決方案，但如果不使用額外的過電流保護(hù)裝置，就無法完全消除飛弧的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在評估每種架構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的成本效率時，需要根據(jù)數(shù)據(jù)中心規(guī)模和實(shí)際需求進(jìn)行綜合評估。傳統(tǒng)列頭柜智能母線系統(tǒng)擴(kuò)容彈性需要重新布設(shè)空開、線纜，花費(fèi)時間較長即插即用，更快實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容?？筛鶕?jù)需要逐步增加容量電力可用性地板下布線空間有限而影響散熱，降低配電系統(tǒng)效率對系統(tǒng)進(jìn)行任何改動都需要預(yù)定停機(jī)時間銅排阻抗低，系統(tǒng)更節(jié)能插接箱可以實(shí)現(xiàn)熱插拔，即插即用，無需停機(jī)操作空間利用率占用IT設(shè)備柜位零占地設(shè)計(jì)，提高機(jī)房有效使用率和出租空間安全性電纜受到磨損，絕緣性變差維護(hù)期間需要帶電作業(yè)避免停機(jī)，存在安全隱患母排實(shí)心導(dǎo)體耐用，不宜磨損，降低電氣風(fēng)險(xiǎn)母線有安全設(shè)計(jì)，降低接觸帶電電路概率母線槽阻抗低這種更高效率設(shè)計(jì)可能會增加飛弧風(fēng)險(xiǎn)成本初始成本低，但后期擴(kuò)容費(fèi)用昂貴且耗時容量可以逐步增加，從而降低前期投入成本擴(kuò)容所需人力費(fèi)用低，可節(jié)省大量成本4.智能母線系統(tǒng)安全可靠性的提升4.1耐電弧空氣母線槽隨著電力容量和機(jī)架密度的增加，故障電流也會增加。因此數(shù)據(jù)中心對于更高效的追求同時也會增加發(fā)生飛弧事件的風(fēng)險(xiǎn)。新一代小母線系統(tǒng)采用低阻抗設(shè)計(jì)，減少了沿母線槽傳輸?shù)碾娏髯枇?，這個設(shè)計(jì)有利于減少熱損失和壓降，但會增加預(yù)期故障電流水平，引發(fā)飛弧事故。Vertiv?PowerBariMPB智能中功率母線采用多個安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括防呆設(shè)計(jì)、電氣機(jī)械連鎖設(shè)計(jì)、高耐受電流能力等，來提高母線槽的耐電弧性。4.2過電流保護(hù)過流保護(hù)裝置用于檢測電氣系統(tǒng)中的故障情況，并在故障電流超過母線槽的電流容量時自動將電氣設(shè)備與電源斷開。其中用于保護(hù)電路免受過流影響的兩種器件是保險(xiǎn)絲和斷路器。保險(xiǎn)絲通過切斷母線槽中的故障電流來恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。每個保險(xiǎn)絲都包含一個金屬絲元件，用來承載有限的電流。當(dāng)高故障電流流過保險(xiǎn)絲時會產(chǎn)生熱量，這時保險(xiǎn)絲元件熔化，產(chǎn)生間隙，從而保護(hù)智能母線系統(tǒng)免受可能產(chǎn)生的飛弧的影響。一旦保險(xiǎn)絲熔斷，不能再用作保護(hù)裝置，必須更換。斷路器具有相同的用途，但與保險(xiǎn)絲操作方式不同，當(dāng)高故障電流流過斷路器時，斷路器會自動將電氣設(shè)備與電源斷開。它可以重置進(jìn)行多次使用。Vertiv?PowerBariMPB智能中功率母線配備多種塑殼斷路器、開關(guān)保險(xiǎn)絲和隔離開關(guān)，來確保最大程度地防止?jié)撛诘墓收想娏?，并可以根?jù)客戶的特定規(guī)格等級進(jìn)行非標(biāo)定制。維諦技術(shù)(Vertiv)數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線槽設(shè)計(jì)4.3持續(xù)監(jiān)控目前數(shù)據(jù)中心中配電密度、容量和效率都在不斷提高，因此持續(xù)監(jiān)控在新一代數(shù)據(jù)中心配電中極其重要。監(jiān)控系統(tǒng)幫助數(shù)據(jù)中心維護(hù)人員全面了解電力系統(tǒng)，方便在供電連續(xù)性受到影響之前找到潛在的操作異常。Vertiv?PowerBariMPB智能中功率母線在主進(jìn)線單元和分接單元都配備了精密監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)采用手拉手式連接，一個主監(jiān)控箱最多可以采集4條母線及各輸出回路電參數(shù)。除了對電氣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控外，母線關(guān)鍵部位實(shí)時溫度檢測也十分重要，目前國內(nèi)有多種母線系統(tǒng)測溫方式，來提高整體系統(tǒng)的安全可靠性。4.4機(jī)械聯(lián)鎖Vertiv?PowerBariMPB智能中功率母線具有安全機(jī)械聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，“先箱安裝或者拆卸時，提供了多一層的操作安全保障，提高維護(hù)人員的操作安全性。機(jī)械聯(lián)鎖裝置使用高抗拉強(qiáng)度的金屬將分接箱緊緊的固定到母線槽上，確保不會錯誤安裝。安裝到母線槽上之后，就可以轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)手柄。這時分接箱的插接頭伸出，并在手柄旋轉(zhuǎn)完成后強(qiáng)制鎖定。在電氣連接之前，插接箱和母線槽之間的這種機(jī)械聯(lián)鎖設(shè)計(jì)可以降低在安裝時發(fā)生電弧閃光的風(fēng)險(xiǎn)。Vertiv?PowerBariMPB智能中功率母線的分接箱采用三步安裝流程，保留了E&I獨(dú)有的“先接地，后斷開”的安