安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】末端配電母線槽是一種新型的數(shù)據(jù)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(shù)展開探討，分析了母線槽依據(jù)的國家標準，指出了*點技術參數(shù)的選擇依據(jù)，并舉例說明選擇方法。
【關鍵詞】數(shù)據(jù)中心；末端配電；母線槽；*點技術參數(shù)
0引言
隨著人工智能、大數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)中心提上了建設日程。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jīng)濟性好、靈活性強、可靠性高等優(yōu)點，已成為解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)機房供配電發(fā)展的一種新方式。作為一種新型設施，數(shù)據(jù)中心末端配電母線槽*點技術參數(shù)的選取對于產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量的體現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實意義。
數(shù)據(jù)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(chǎn)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(shù)需要依據(jù)產(chǎn)品特征、使用環(huán)境，再根據(jù)相應的標準條款選取，使其能夠充分體現(xiàn)出產(chǎn)品性能。本文針對數(shù)據(jù)中心末端配電母線槽的*點技術參數(shù)展開探討，分析GB/T7251.6—2015的相應條款對產(chǎn)品的約束，指出技術參數(shù)選擇的依據(jù)，并以一款400A的數(shù)據(jù)中心末端配電母線槽為例說明*點技術參數(shù)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(shù)據(jù)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?；壥侥妇€槽的插接箱在母線槽的下方安裝，可以做到即插即用?；壥侥妇€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(jù)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(shù)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(shù)，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(nèi)和戶外兩種情況，數(shù)據(jù)中心末端配電一般安裝在戶內(nèi)；污染等級，數(shù)據(jù)中心內(nèi)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)，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(shù)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心末端配電母線槽的內(nèi)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(jīng)過優(yōu)化設計的數(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)值大，但是持續(xù)時間短。在這非常短的時間內(nèi)，由短路電流所產(chǎn)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(chǎn)品溫度在很少的時間內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)生很大的破壞作用。圖5是額定電流為400A的數(shù)據(jù)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心的青睞，被越來越多的應用。
安科瑞智能母線監(jiān)控產(chǎn)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(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng)，可以實現(xiàn)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(shù)據(jù)上傳通訊。
5.2應用場所
適用于運營商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心
5.3系統(tǒng)結構
5.4系統(tǒng)功能
在主頁點擊數(shù)據(jù)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。
顯示電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)數(shù)據(jù)，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(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。
通過點擊“箭頭”來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。
顯示電壓、電流、功率的*大需量的數(shù)值及發(fā)生時間。
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(jù)選擇不同時間查詢電能值。
5.5系統(tǒng)硬件配置
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名稱 |
圖片 |
型號 |
功能 |
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智能母線管理系統(tǒng) |
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Acrel-AMB1000 |
實現(xiàn)對母線系統(tǒng)的智能化管理，包括電參量顯示，報警功能的實現(xiàn)，事件記錄，數(shù)據(jù)采集處理和轉發(fā)等。 |
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插接箱監(jiān)控模塊 |
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AMB110-A（D）-P1 |
實時監(jiān)測插接箱電壓電流用電量等電參量以及插腳處溫度、箱內(nèi)環(huán)境濕度等。 |
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插接箱監(jiān)控模塊 |
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AMB110-A（D）/W-P1 |
實時監(jiān)測插接箱電壓電流用電量等電參量以及插腳處溫度、箱內(nèi)環(huán)境濕度等。 |
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顯示單元 |
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AMB10L-72 |
用于擴展液晶顯示插接箱和始端箱的監(jiān)測數(shù)據(jù)。 |
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電流互感器 |
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AKH-0.66-W |
用于采集負載電流，三合一互感器，水晶頭接口，免工具安裝。 |
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連接器 紅外測溫采集器 |
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AMB310 |
采集匯總各紅外測溫模塊的溫度數(shù)據(jù)并上傳至觸摸屏及后臺系統(tǒng)。 |
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連接器 紅外測溫模塊 |
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AMB300 |
紅外非接觸測溫，實時監(jiān)測母線槽接頭溫度和濕度。 |
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觸摸顯示屏 |
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ATP010kt |
實時采集并顯示母線槽電參量、開關狀態(tài)等數(shù)據(jù)并上傳后臺。可設置報警的閾值以及記錄報警事件。 |
6結束語
數(shù)據(jù)中心是國家確定的“新基建”七大領域之一，將在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中起到重要作用。作為數(shù)據(jù)中心的能量供給器，具有模塊化、集成化特點，將使數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟性，更強的靈活性，更高的可靠性，通過提供數(shù)據(jù)中心末端配電母線槽的*點技術參數(shù)的選擇方法，將使數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心具有更優(yōu)良的匹配性。
現(xiàn)在，數(shù)據(jù)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(jù)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(shù)、開關量狀態(tài)等相關電氣參數(shù)和溫度數(shù)據(jù)，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(wǎng)。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(shù)將是下一步的重要研究對象。
參考文獻
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【3】談軍，戴勇，李偉，等.智能母線在數(shù)據(jù)中心末端配電中的應用研究[C].電力通信技術研究及應用，2019:252-255.
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【5】企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.
【6】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版.
作者簡介：
龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com手機：18702101301 QQ:2881392115
