摘要：基于大數據時(shí)代數據中心機房的發(fā)展趨勢及傳統電纜在大型數據中心機房配電的局限性，對比分析了低壓母線(xiàn)槽在大型數據中心機房中的配電優(yōu)勢。筆者認為隨著(zhù)數據中心機房更新擴建常態(tài)化，母線(xiàn)槽將逐漸代替電纜成為機柜配電的主流。
關(guān)鍵詞：母線(xiàn)槽 ;電纜 ;大數據 ;數據中心機房
各類(lèi)媒體預測大數據將成為第四次工業(yè)革命的者，大數據時(shí)代數據量的爆炸式增長(cháng)需要新建及擴建大量數據中心機房，由此也面臨著(zhù)更多能源和空間的消耗。按照大數據時(shí)代客戶(hù)業(yè)務(wù)量的發(fā)展速度，數據中心的交付時(shí)間會(huì )縮短，從原來(lái)的“年”為單位到未來(lái)的以“月”甚至“日”為交付單位，因此這對施工方及機房設備的供應商提出了嚴峻的挑戰 ;同時(shí)數據中心機房的核心任務(wù)就是整個(gè)機房系統的可靠性及穩定性，需要保障機房 7*24小時(shí)不間斷的運行，而配電系統的可靠穩定性是其重要復雜的任務(wù)之一 ;除此之外，綠色經(jīng)濟的數據中心機房是運營(yíng)商及整個(gè)社會(huì )所關(guān)注的問(wèn)題，也是數據中心機房未來(lái)的發(fā)展方向，在大數據時(shí)代綠色節能的數據中心建設更值得關(guān)注 ;同時(shí)模塊化，靈活擴展，標準化規范化也一直以來(lái)是數據中心建設的設計理念。
針對數據中心機房的輸配電系統及設備的研究，筆者曾去我國及其他國家
的一些數據中心機房參觀(guān)，結果發(fā)現對大多數的數據中心機房管理人員來(lái)說(shuō)他們更關(guān)注的是前段及中段配電系統包括變配電室，配電柜系統和 UPS 系統等，而往往忽視了數據中心機房配電系統的后“50”米配電線(xiàn)，目前 90% 以上的數據中心機房采用的是傳統的電纜作為后“50”米的配電線(xiàn)(如圖 1 所示)，這“50”米的電纜給人的直觀(guān)感覺(jué)就是占用大量空間，比較雜亂，不便于管理 ;除此之外傳統電纜配電的還有如下問(wèn)題 ：1)安裝鋪設復雜，工期長(cháng)，存在安全隱患 ;2)地板下布線(xiàn)，會(huì )占用風(fēng)道空間，增加能量損失 ;3)多條電纜并行，線(xiàn)路損耗大，增加運營(yíng)成本 ;4)末端配電擴展困難，系統靈活性降低等。
圖 1 ：傳統電纜在數據中心機房中的應用
中低壓母線(xiàn)槽是供電系統中負責傳輸電能的一種設備，它一般與取電箱配合使用分配電能。50年代由 前蘇聯(lián)引進(jìn)我國，90年代末開(kāi)始在我國快速發(fā)展，2010年左右我國的市場(chǎng)規模已超過(guò)百億。中低壓母線(xiàn)槽按照使用場(chǎng)合一般分為交流母線(xiàn)槽，直流母線(xiàn)槽，耐火母線(xiàn)槽和防水母線(xiàn)槽，目前常見(jiàn)的應用是交流母線(xiàn)槽 ;結構主要有密集絕緣型和空氣絕緣型(目前*主要以前者為主)，外殼目前主要以鋼或鋁合金居多，導體有銅導體和鋁導體。目前我國對中低壓母線(xiàn)槽的執行標準是 GB7251.2-2006，歐洲標準是61439-2:2012，美國標準為 UL857，日本標準是 JIS C8364。通常情況下中低壓母線(xiàn)槽按照電流一般分為低電流母線(xiàn)槽 20A-40A(照明母線(xiàn))，中電流母線(xiàn)槽(100A-800A)和高電流母線(xiàn)槽(800A-6300A);配合使用的取電箱有金屬箱體或者塑料箱體兩種，箱體中一般都裝有相應的斷路器。相比于傳統的電纜而言，母線(xiàn)槽具有載流量大，防護等級高，分配電能方便快捷，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。由于中低壓母線(xiàn)槽在配電方面的優(yōu)勢目前廣泛應用在各個(gè)領(lǐng)域的輸配電，如高層商用及住宅樓宇，大型商場(chǎng)，現代廠(chǎng)房等。
圖 2 ：母線(xiàn)槽在數據中心機房中的應用
近些年隨著(zhù)數據中心業(yè)務(wù)的爆炸式增長(cháng)及母線(xiàn)槽產(chǎn)品在其他傳統領(lǐng)域的成熟應用，母線(xiàn)槽在近幾年也逐漸開(kāi)始應用在數據中心機房機柜的配電中(如上圖2)，對此筆者將從以下幾方面對電纜及母線(xiàn)槽在機房機柜的配電進(jìn)行對比 ：
1. 節省布線(xiàn)空間 ：目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的密集型母線(xiàn)槽采用內部導體各相整體包覆高性能絕緣材料 ( 一般絕緣等級達 B 級，使用壽命 50 年左右 ) 后，再利用金屬外殼將其包裹成“三明治”主體結構 ( 母線(xiàn) 槽截面見(jiàn)圖 3) 。與傳統電纜相比較，這種緊湊的結構設計及金屬快速的散熱能力可以使導體產(chǎn)生的熱量以傳導的方式迅速將傳至外殼，然后向外對流散熱，因此相比較于傳統的電纜同等截面積的母線(xiàn)槽導體可以運載更大的電流。
圖 3 ：密集型母線(xiàn)槽截面
除此之外，如圖 1 所示，傳統的數據中心機房配電是電纜放射式方案，各機柜由列頭柜供電，如果采用母線(xiàn)槽配電方案則無(wú)需列頭柜，母線(xiàn)槽可以直接由配電柜引出從而節省列頭柜空間，因此采用母線(xiàn)槽配電相當是在同樣的機房空間可以放置更多的機柜。
2. 布線(xiàn)簡(jiǎn)單，節省布線(xiàn)時(shí)間 ：數據中心機房中包含高度集中的機柜，這種高度集中的機柜需要高度密集的布線(xiàn)系統，密集的布線(xiàn)系統需要投入大量專(zhuān)業(yè)的布線(xiàn)施工人員，同時(shí)大多數情況下數據中心的電纜布線(xiàn)位于架空地板下通道，局促的空間無(wú)疑也加大了布線(xiàn)的難度 ;同時(shí)常見(jiàn)的電纜布線(xiàn)現場(chǎng)較繁雜難以管理，存在安全隱患。相比較電纜而言，母線(xiàn)槽屬于集中式配電，即使在機柜位置沒(méi)有確定的情況下，也可以先直接安裝母線(xiàn)槽，母線(xiàn)槽安裝相對來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，每列機柜安裝一到兩條即可，只需要簡(jiǎn)單的吊架及扳手，對安裝工人也沒(méi)有太高的技能要求，在安裝過(guò)程中也不涉及確認檢查每段電纜橋架接地情況，通過(guò)與施工方及工人了解一般情況下采用母線(xiàn)槽方案可以比電纜方案節省 50% 左右的安裝時(shí)間。
3. 節能，節省運營(yíng)成本：根據 Gartner對數據中心管理者的調查顯示，電能消耗已經(jīng)成為數據中心管理者關(guān)心的任務(wù)之一。相比較電纜單線(xiàn)型配電方式，母線(xiàn)槽配電方式是總線(xiàn)型配電，基于李子雷在
“總線(xiàn)型低壓配電母線(xiàn)功率損耗分析”，在理想狀況下母線(xiàn)槽配電方案的功率損耗僅為電纜的一半。因此從節能及運營(yíng)角度上來(lái)講，母線(xiàn)槽是一種更經(jīng)濟環(huán)保的配電方案。將電纜輸配電給功率為 1000個(gè) 7KW 的機柜(假定電纜的功率損耗為1%)運行一年的為例，如果更換為母線(xiàn)槽，那么一年可以節省電費 18.4 萬(wàn)人民幣(△ C=7*24*365*1000*0.005*0.6)。
4 方便更新及擴建：在這個(gè)數據爆炸式增長(cháng)的年代，數據中心機房的擴建及更新將成為常態(tài)，與電纜不同的是母線(xiàn)槽可以在各種距離上分布有取電箱的插接口，在無(wú)需斷電的情況下只需將取電箱接在插接口即可直接給新增的機柜供電 ;由于使用的母線(xiàn)槽是由若干段由接頭連接 起來(lái)的母線(xiàn)段構成，在擴建的過(guò)程中只需將使用中的母線(xiàn)段終端封去掉接上接頭即可與新增的母線(xiàn)段快捷安全地連接起來(lái)使用。
5. 安全，方便監測，快速找到斷點(diǎn)，便于管理 ：目前各大母線(xiàn)槽供應商及系統集成商在對數據機房機柜電力損耗的監測各式各樣，但是一種更容易接受的方式是在母線(xiàn)槽取電箱中安裝斷路器監測設備及信號采集系統，從而方便的監控每一個(gè)機柜的工作狀態(tài)，一旦有異常，可以方便的找出異常點(diǎn)。、
6.使用壽命長(cháng)，可回收再次利用：目前市場(chǎng)上應用的密集型母線(xiàn)槽絕緣層的設計使用壽命為 50 年，當達到使用壽命后只需回收絕緣材料，銅或者鋁導體無(wú)需加工可以再次回收利用 ;同時(shí)基于項目需要可以在母線(xiàn)使用壽命內方便的組裝拆卸到其他項目中。
針對傳統電纜在數據中心機房中的局限性以及母線(xiàn)槽的輸配電優(yōu)勢，目前國內外已有一些數據中心機房采用母線(xiàn)槽方案代替傳統的電纜給機柜輸配電，當今歐美一些公司的大型數據中心機房在積極接受及采用母線(xiàn)槽來(lái)代替傳統的電纜 ：Google，EMC2 ，IBM 等 一 些 知 名 企業(yè)，在亞洲日本是近幾年母線(xiàn)槽在數據中心市場(chǎng)應用及推廣的市場(chǎng)，我國母線(xiàn)槽在數據中心機房的應用這幾年也發(fā)展得非?？?，國內的某些銀行，電信公司及政府公共服務(wù)機房等也逐步接受及應用母線(xiàn)槽代替傳統電纜。目前進(jìn)入數據中心領(lǐng)域的母線(xiàn)槽生產(chǎn)商主要以歐美的一些企業(yè)為主，如美國的 Starline，法國的Schneider，德國Siemens 等。同時(shí)國內的一些母線(xiàn)槽生產(chǎn)商也積極的在進(jìn)入該領(lǐng)域的配電方案。
安科瑞智能小母線(xiàn)監控解決方案
1概述
AMB智能小母線(xiàn)監控解決方案是針對數據中心小母線(xiàn)的智能監控要求而設計的一套完整的產(chǎn)品解決方案，該解決方案包括始端箱檢測模塊、插接箱檢測模塊、本地監控系統等，集成了常規電力參數的測量、電能監測和考核管理，同時(shí)具有在線(xiàn)報警功能，可以實(shí)時(shí)監測母線(xiàn)接口溫度，采用RS485有線(xiàn)或lora無(wú)線(xiàn)通訊方式，方便可靠的將監測數據上傳至本地監控系統或者是后臺動(dòng)環(huán)監控系統，確保系統安全可靠運行。
2智能小母線(xiàn)監控系統功能
2.1電參量采集檢測
三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、有功電能、無(wú)功電能等。
圖4 電參量檢測
2.2電壓/電流諧波測量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及機柜溫度檢測
圖5 諧波、開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及溫度檢測
2.3告警功能
電流閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、過(guò)頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線(xiàn)電流、溫/濕度告警，可任意設定告警值，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)跳閘報警;
圖6告警功能
3產(chǎn)品選型
結論
在大數據時(shí)代中，數據的爆炸式增長(cháng)及 IT 技術(shù)的快速更新對數據中心機房的更新速度提出了比以往更高在大數據時(shí)代中，數據的爆炸式增長(cháng)及 IT 技術(shù)的快速更新對數據中心機房的更新速度提出了比以往更高的要求 ;同時(shí)在日趨緊張的能源背景下，數據中心機房的建設及運營(yíng)需要本著(zhù)綠色環(huán)保的理念 ;此外緊湊的城市空間需要數據中心機房在有限的空間中運營(yíng)更多的機柜?，F實(shí)中這些要求無(wú)疑對數據中心機房的運營(yíng)商，機房建設者，機房軟硬件供應商提出了更高的要求。作為數據中心機房中代替傳統電纜給機柜配電的母線(xiàn)槽來(lái)說(shuō)，由于其本身的設計使其在數據中心機房的應用具有兩省兩快三便于的性能(省空間，省能耗 ;快布線(xiàn)，快更新 ;便監測，便管理，便使用)，該性能正符合了大數據時(shí)代背景下數據中心機房的發(fā)展需求。同時(shí)目前一些母線(xiàn)槽制造商也積極地在研發(fā)及推廣更適用于數據中心機房的母線(xiàn)槽及相關(guān)
配套設備，隨著(zhù)數據中心機房的發(fā)展及母線(xiàn)槽設計的不斷完善，未來(lái)母線(xiàn)槽在數據中心機房的應用將會(huì )成為一種主流，同時(shí)專(zhuān)門(mén)面向數據中心機房的研發(fā)的母線(xiàn)槽布線(xiàn)及選型軟件也將使母線(xiàn)槽在數據中心的應用更加便捷。
參考文獻：
【1】[1]Ulrich Sendler. 工業(yè) 4.0: 即將來(lái)襲的第四次工業(yè)革命[M]. 機械工業(yè)版社.2014
【2】楊萌蕾.中低壓母線(xiàn)槽在數據中心機房的應用研究【J】
【3】安科瑞數據中心IDC配電監控解決方案.2020.03版
