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电机房的母线系统应用方案
发布时间: 2020-11-20
来源: 浙江莱曼电器有限公司

随着电力业务的发展与智能电网的升级,电力数据中心对供电系统的可靠性和智能维护要求也越来越高。数据中心机柜端配电设计要满足传统机房的配电功能,还应满足于远期设备扩容;同时,尽可能减少设备扩容对已投运设备的影响。供电系统除满足高可靠性外,还应该具备强大的监控功能,机房运维人员随时可以了解机柜负载情况、各配电分支回路的电气状态和不同负载机群的电量消耗等

当前,机房的配电容量一般保持在一定的范围内,通常按照服务器机柜、刀片机柜、网络机柜、工作机柜、小型机机柜等,常规数据中心单机柜负荷一般在3 kW~8 kW之间。根据各类设备功率不同,电气连接器接口标准也有所区别,这为供电基础配套实施带来了极大的挑战。传统落地式配电单元 (列头柜) 已不能满足越来越多的供电需求。

近年来,随着数据中心灵活性和多元化发展,一种更加灵活的机柜端设计方案逐步在电力机房中得到应用,即母线系统配电系统。目前已有大量大型数据中心采购母线系统设计方案,如 GoogleFacebook、阿里巴巴和腾讯等数据中心[3]。母线系统在电力行业作为一种导线应用已经有几十年的历史,但是对于电力数据中心应用而言,则比较新颖,应用案例不多。与传统电缆方式对比,母线系统具备更加可靠的安全性、接口电阻和温升控制也更加优越。 1 母线系统结构原理母线系统是由铜、铝母线柱构成一个封闭金属装置,用来为分散系统各个元件分配较大功率。母线系统以铜或铝作为导体、用非烯性绝缘支撑,然后封装到金属槽中形成的新型导体[4]。机房母线系统的额定电压 380 V,适用于交流 50 Hz,额定电流 250~ 6 300 A三相四线制或三相五线制供配电工程中,它具有容量大、装拆容易、施工周期短等特点。 1. 1 分类及发展按用途分,母线系统一般分始端母线系统、直通母线系统L型垂直弯通母线、Z型垂直偏置母线、T型垂直三通母线、X型垂直四通母线等,以及有关附件及紧固装置[4]。按绝缘方式,分为空气式、密集式和高强度三种插接母线系统。按其结构及用途,可分为密集绝缘、空气附加绝缘、空气绝缘、耐火绝缘等;按其外壳材料分为钢外壳、铝合金外壳和钢铝混合外壳母线系统5]。母线系统的发展已经经历三代,第一代为空气型母线系统、第二代为密集型母线系统、第三代为复合绝缘性母线系统母线系统的发展技术日臻完善和成熟。 1. 2 优点分析母线系统以铜排或铝为导体,电流容量很大且电气性能、机械性能好。母线系统的外壳为金属,具有不燃烧、安全可靠性且使用寿命长等特点。与传统电缆比较,管道或桥架所占位置较少,对于大型建筑物的施工和线缆排布非常有利[4]。

母线系统的主要特点如下:(1) 容量大、压降很小、短路负载能力强;

(2) 可靠性高;

(3) 外形小且美观、重量轻;

(4) 施工连接方便,检查简单。

1. 3 缺点分析

母线系统作为一种新型的末端供电技术,同样存在以下不足之处:

1) 防护等级:目前行业主流品牌机房母线系统多采用空气型母线,防护等级为IP40。安装时需考虑空调冷凝水防护问题,如主机房地板下安装空调水管,则不建议采用地板下安装方案;

2) 对机柜顶部空间要求相对较大,对净高较小的机房,安装条件可能存在限制;(3) 智能监控采集功能:机房母线系统对主干和每个机柜末端的用电参数进行监控采集,需另外敷设通讯线缆,工序上相比精密列头柜复杂。

2 机房母线系统组成电力机房专用母线系统系统由六部分构成:线槽主体、端部馈电模块、线槽连接模块、接线盒、监控模块和通讯模块。

2. 1 母线系统主体外壳提供线槽保护,提高热稳定性,满足各种安装方式,如竖直吊装或者水平安装,侧边可贴标识。导电铜排是根据载流量需求选择不同截面,表面镀锡,增强抗腐蚀性并减小接触电阻的电解铜。表面的绝缘材料具备良好的可短路电流能力。

3. 2 端部馈电模块端部馈电模块用于将电力接入母线系统系统。端部馈电模块内置断路器、监控模块以及通讯模块等,断路器规格按每列负载需求配置。

2. 3 线槽连接模块线槽连接模块用于端部馈电模块与母线系统主体,线槽主体与主体之间,线槽主体与弯头之间的连接。

4 连接盒接线盒可以在母线系统主体上安装,接线盒内置控制空开及给机柜供电的插座。目前行业上,接线盒在母线系统主体上安装,大多数均支持热插拔方式,灵活卡位固定,方便随时为扩容负载提供电气连接。接线盒在母线系统主体上具体安装位置行业上基本由两种设计情况,固定安装和灵活安装,Schneider 等供应商采用固定式位置安装,即母线系统主体上每隔 600 mm 预留一个安装孔位提供接线盒安装。PDIStartline等供应商可在主体上任何位置安装[6]。对不同尺寸规格机柜摆放而言,无疑后者更加适合机房的设计。 2. 5 监控模块监控模块分为末端及主控单元两部分。末端单元为机房母线系统通过在端部馈电模块、接线盒等部件配置智能化电量仪等电气采集模块,可即时采集功率、电流、电压等电气数据。主控单元包括硬件主控单元和软件管理平台。机房母线系统设计本文以某约 300 平米的电力机房为例,进行母线系统方案和传统列头柜方案设计比较。该区域可布置 9列机柜,每个列头柜对就近两列机柜供电,每个机柜尺寸为800 mm×1 100 mm。如图2所示。


方案 1:每列机柜上方悬吊双母线系统供电,每条母线系统上的接线盒安装两个空开和两个工业插座,分别为该列的两面机柜供电,支持即插拔方式,简易方便业务扩容和功能延伸。方案2:如果采用传统的精密列头柜配电方案,则需为两列机柜配置 1个精密列头柜,并向每面机柜提供双电源供电。如图3所示。



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