北京市丰台区大红门久敬庄56号

天津市滨海高新区滨海科技园高新二路197号

010-52223661 400-888-3556

022-59801998

中文 English

新闻中心

当前位置:首页 > 新闻中心
新闻中心
公司新闻

数据中心新型末端母线白皮书第二部分

2020-01-02 浏览量;71次


3.2.1传统方案固定式

 传统方案固定式母线槽适用于交流三相四线、三相五线制,频率 50~60Hz,额定电压至 690V,额定工作电流 250~5000A 的供配电系统,作为工矿、企事业和高层建筑中供配电设备的辅助设备,特别适用于车间、老企业的改造。固定式母线槽的插接箱是固定的,不能根据需求灵活移动,插接口的数量有限,整体扩容性差。另外插接箱的体积大,占用空间大,不易更换,维护困难。

 

00.png

图 3.3 传统方案固定式末端母线槽

 

3.2.2传统方案滑轨式

 传统滑轨式母线适用于交流三相五线/直流正级+正极+负级+负级+PE,频率50~60Hz,额定电压至 690V,额定工作电流100A~630A 的供配电系统。具有即插即用,无需断电母线槽即可实现对接插箱的在线插拔;全点安装,接插箱可安装在母线槽任一处;分步实施,母线槽为模块化结构,支持延续、扩展和重构,支持部件的按需分项采购和部署。滑轨式母线槽的铜排结构是异性铜排,加工工艺复杂成本高;母线槽与插接箱组合配电结构,体积大,需要一定的安装空间才能实施,母线连接、插接箱安装工艺复杂;配置插接箱成本高。

 

111.png

图3.4 传统方案滑轨式末端母线槽

 

3.2.3新型末端母线方案(无插接箱式)

 新型母线槽配电系统适用于交流三相五线/直流正级+正极+负级+负级+PE,频率50~60Hz,额定电压至 690V,额定工作电流100A~630A 的供配电系统。新型母线槽配电系统取消了插接箱,大大降低了成本,简化安装工艺,缩短安装流程,实现快速交付。取消了插接箱,对安装空间需求更加小,适用于空间狭小的场合。母线槽铜排采用市场上常用标准的矩形结构,成本低、安装方便,便于维护。

 

33.png

图 3.5 新型末端母线槽

4 数据中心末端母线特点

 4.1 传统的数据中心末端配电架构及挑战

 在传统的数据中心配电系统当中,机房的主进线通过变压器 UPS 配电至列头柜。列头柜将主进线分配成一定数量的分支电路为IT 设备配电。一般每台 IT 机柜使用两条分支电路,实现冗余配置。IT 机柜的布线通常部署在高架地板之下或架空在机柜上端的电缆桥架上。随着数据中心的不断发展,对于末端供电提出了新的需求。可靠性需求:数据中心用电方面已然发生了巨大变化,特别是面临着功率密度升高,现在机柜功率已经上升为 5-8kW,甚至一些互联网公司单机柜在 10-15kW,可预期日后会上升到30KW。IT 设备数量也不断增加,一台机柜部署 40-56U 的服务器。这样高功率负荷使用传统电缆长时间不断电持续供电,存在安全隐患。灵活配置需求:在数据中心生命周期内,机柜内的 IT 设备更新加频繁,常常需要进行临时负荷调整。处于运作中的数据中心需要要在不干扰附近 IT 负载的情况下调整回路。对于传统配电方案在已经完成的 IT 基础设施基础上再添减和调整设备就变的尤其困难。易于维护需求:单位机柜功率密度显著提高,导致回路负荷加大,传统方案中电缆尺寸加大,双路冗余配置使得电缆部署成本增加,大量架空电缆占有维护空间,如果电缆部署在架空地板下面,在冷通道部署方案中会占用送风通道,使得系统制冷效率下降。另外,大量电线也加大了后期维护的难度。部署周期需求:随着互联网的迅猛发展,对于数据中心计算量和存储量要求越来越高,并且需求往往越来越急迫,也给数据中心部署提出更高要求。如百度采用天蝎机柜方案,阿里使用一体化机柜方案,工厂级组装,大量减少了现场工作量,同时也保证了产品质量。腾讯的 T-Block 和 Mini-Block 方案可以在厂房和集装箱内对数据中心进行模块化的快速部署。传统的配电柜+电缆铺设方式已经不能适应快速模块化部署的趋势。空间需求:传统列头柜部署会占用一台机柜的空间,对一些空间有限的使用环境更加推荐机房母线的部署方案。

 

4.2 末端母线特点

 4.2.1空间利用率高

 使用末端母线配电的数据中心,不再需要额外设计配电列头柜,可以赢得更多的设备机柜位置,提高机房有效使用率和出租空间,创造更大的收益。不占用机房内部设备柜位,替代配电列头柜,可以增加设备柜的放置数量。有效提升空间利用率 10%以上,从而增加了机房的利用率和收益。采用末端母线方式由于省去了列头柜,原列头柜的位置可增加配置 1 个 IT 机柜。一般每20 个左右 IT 机柜配置 1 台强电列头柜,去掉列头柜后可增加 1/20 左右的 IT 机柜数量,按一个机房 1000 个机柜为例,原需要50 个列头柜,采用末端母线后机房 IT 机柜可达 1050 个,每个机柜租赁费预计 6 万元/年计算,每年可增加收入 300 万元。


4.2.2灵活快速部署
    末端母线部署简易快捷,仅需将末端母线安装到所有的预期机柜上方,无论是否是现在部署的机柜还是远期规划的机柜,即可完成部署,可以依据用户的进驻实现即需即安装的安装安排。个别机柜增加输出容量或者回路数量无需对末端母线做出变更,仅需增加或者变更插接箱即可,插接箱可以进行在线插拔,适合 IT 业务不确定的发展的需求,满足规划赶得上今后变化的长远诉求。末端母线将整条铜排导体假设在机柜顶部,整条母线变成了电能传输的资源池,由于母排优越的导电能力,可以在不更改结构形式的前提下,支持更高功率密度的机柜部署及扩展。另外,末端母线无论采用吊装还是机柜后方架设部署的形式都非常简单,模块化的部署可以在一天内部署一个 30 台机柜左右的微模块。如使用传统列头柜加线缆模式,完成一个机房典型施工工期约为 20~30 天涉及到配电柜就位,电缆桥架安装,电缆裁剪铺设,电缆对接等多个繁琐工序。而部署末端母线系统只需2~3天就可以完成一个机房的交付,节约大量的施工时间和人工投入同时也节省了桥架和电缆的需求。可提前近 1 个月交付客户使用。末端母线系统具有产品模块化、标准化率高、快速部署、方便快速投产等特性,故对比原有列头柜加线缆方式节省近四分之三的安装时间,转换为快速交付带来的效益。若采用末端母线系统,还可以先部署始端箱及末端母线干线即可完成末端送电任务,待客户或用电设备入场后,再有的放矢地部署接插箱,按需配置,完成最终用电设备的精准配电工作。因此,使用末端母线方式,可将投资分为两步进行,最大限度地提高资金的利用率和设备用电的精确率。


4.2.3高可靠性
    目前在国外如亚马逊、微软、苹果建设的大型数据中心方案中,机房母线已经普遍应用。市面上常见的末端母线多采用始端箱+滑轨式直身段+插接箱的形式。电能由电缆引入始端箱内,与直身段内的铜排相连接,插接箱通过铜片接触直身段铜排,最终通过工业连接器传输给 PDU,给服务器供电。整个配电过程中,母线起到配电干线的作用,减少了现场操作施工,质量可控。另外母线本身作为总电流的汇聚,有一定负荷弹性,尤其在大负荷的情况下增加了系统的抗冲击能力。插接箱灵活配置,可以在线更换,母线总路支路均配置监控及保护等功能,母线全线温度均可以监测,并实时报警,进一步增强了系统长时间运行的可靠性。


数据中心末端母线关键技术 

5.1 滑轨式母线关键技术 

滑轨式母线槽,是由一体成型的 U 形铝型材作为母线外壳,结构牢固,重量轻,散热效果好。主导体是由五条 M 形紫铜排组成 A、B、C、N、PE 线,镶嵌在绝缘槽中,一同推入到铝型材外壳的轨道中。标准段之间可通过专用连接器和专用工具进行快速连接。

44.png

图 5.1 常见的滑轨式母线结构图

 

始端箱是整个母线的进线装置,可配置浪涌保护器及选配塑壳断路器。可选配监控模块对总进线的全电量参数以及断路器状态进行监控,配置温度传感器对接点进行温度监测和异常告警。

插接箱是电源输出单元。插接箱从母线槽底部插入母线仓内,通过旋转或提升高度与主导体接触,然后锁紧使其在固定位置可靠连接,插接箱可在母线槽本体非连接处的任意部位带电插接。插接箱因其特殊的连接方式,因此接插件进行镀银处理,保证接插件与主导体的可靠连接。同时插接箱内配置微型断路器、及温度传感器检测接点温度、电量采集器。滑轨式母线的关键技术在于如何确保插接箱的插接件与母线槽本体的可靠电气连接,通常厂家可以利用母线槽本体的金属铜的弹性力紧紧的将插接件锁紧,从而确保良好的导电性和较低的接触电阻。


5.2 新型末端母线关键技术 

新型末端母线属于空气绝缘型母线槽,输出支路通过工业插座输出,工业插座是在母线槽本体上固定位置安装的,输出工业插座可与 PDU 的工业插头直接连接。相对于滑轨20式母线来说,更加安全可靠、成本低、免维护。

始端箱是整个母线的进线装置,可配置浪涌保护器及选配塑壳断路器。可选配监控模块对总进线的全电量参数以及断路器状态进行监控,配置温度传感器对接点进行温度监测和异常告警。

母线本体外壳使用金属材质,需满足结构可靠、重量轻、散热效果好。导体使用 T2 紫铜排,全长镀锡,铜排套绝缘套管,母线本体实现双重绝缘。主导体铜排与工业插座之间的连接导线使用“无损工艺”进行可靠连接,导线与铜排的连接使用焊接或铆接的工艺,不破坏铜排的载流量。标准直线段之间可通过专用连接器快速连接。


               55.png

图 5.2 铜排与工业插座连接图


66.png

图 5.3 铜排与导线连接图

 

5.3 末端母线监控方案 

5.3.1始端箱主路监控方案 

始端箱内配置监控模块,监测总进线的全电量参数、断路器的状态、浪涌保护器的状态、进线端子的温度等参数。

始端箱内有采集模块,采集进线电量参数、开关状态、温度等参数和所有输出支路的全电量参数、开关状态、接点温度等参数。

始端箱内的采集器与触摸屏通讯,将采集的参数通过可视化图表的方式在人机界面上显示,可设置相关参数及告警阀值。

如果本地无人机界面,始端箱内的采集器也可将参数直接上传至动环系统。 

5.3.2插接箱集成支路监控方案

插接箱内配置监控模块,采集电量参数、断路器状态及接插件的温度。

插接箱的监控模块通过 RS485 的方式将采集到的参数上传到始端箱的采集模块。

始端箱内的采集模块将各项参数上传至触摸屏或动环系统。 

77.png

图 5.4 插接箱集成支路监控

 

5.3.3无插接箱支路监控方案(监控置于 PDU)

无插接箱的母线槽,输出支路的监控系统全部下沉至 PDU 端。

PDU 配置断路器及测控仪表、温度传感器。

测控仪表可监测电量参数、开关状态、以及工业插头的温度。测控仪表通过 RS485 的方式将采集的参数上传到始端箱内的采集模块。

始端箱内的采集模块将各项参数上传至触摸屏或动环系统。

监控置于 PDU 端的监控方案,可实现对数据中心的配电监控更加精细化管理,如选用智能型 PDU,可精细化监控到每一台服务器的电量参数。 

88.png

图 5.5 PDU 集成支路监控

 

5.3.4无插接箱支路监控方案(监控置于母线本体)

监控模块安装在母线槽内。

监测输出工业插座的全电量参数、开关状态及工业插座的温度。

输出断路器可安装在母线槽本体上或者 PDU 端。

监控模块通过 RS485 的方式将数据上传至始端箱的采集模块。

始端箱内的采集模块将各项参数上传至触摸屏或动环系统。

99.png

图 5.6 母线本体集成支路监控

 

6 数据中心末端母线应用场景 

6.1 末端母线在传统数据中心的应用

传统数据中心,主要特点是机柜数量少,单机柜功率低,会有大量的物理机。由于机房配电线路问题造成可用性降低,配电线路布置使能耗增加,加上末端配电扩展的困难,系统灵活性大大降低,所以,传统数据中心采用新型末端机房母线,可以降低线路损耗,节省空间,同时安装工时缩短,降低系统维护和检修工作量。


6.2 末端母线在微模块数据中心的应用 

微模块数据中心主要特点是高密度、低 TCO(可容纳高密度计算设备,相同空间内可容纳六倍于传统数据中心的机柜数量)、低 PUE(由于采用了全封闭、冷热通道分离,减少了冷空气的消耗,令电力使用率大大提高),更重要的是,由于高密度,大大减少了建设成本,运营成本也能够大大减少。

100.png

图 6.1 微模块数据中心应用末端母线

 

另外,微模块数据中心可实现快速部署,其不需要企业经过空间租用、土地申请、机房建设、硬件部署等周期,可大大缩短部署周期。与传统数据中心相比,以前需要至少两年才能完成的事情,微模块数据中心可做到 6-12 周交货,1.5 个月供货的快速响应,为企业业务提速。 

此外,数据中心属于专业产品,设计、制造、硬件等多方面都需要专业服务与运营的保障,模块化数据中心融合了硬件厂商的硬件制造经验,融入了自己的 IDC 设计、建设与运营经验,一站式专业服务为客户解决大量筹备与外包问题。 


6.3 末端母线在预集成式数据中心的应用 

101.png

图 6.2 预集成式数据中心应用末端母线

 

面对高昂的能源成本及场地空间的约束,集约化是数据中心的趋势,因此模块化和可扩展性是未来数据中心的重点需求,数据中心用户可根据业务需求实时变化、扩展或收缩,形成高度灵活的系统,实现数据中心能源与空间高效利用,获得可持续发展,预集成式数据中心应运而生。

预集成式数据中心,是模块化数据中心的另一个新型形态——把数据中心的大部分组件在工厂集成,载体通常是钢结构框架,或集装箱。在集装箱中,受限于空间与资源,需要提高系统利用率,快速响应业务需求。末端配电方式采用无插接箱式的新型末端机房母线槽,此方式可大大降低配电设施的空间占用率,降低现场实施的工程量,实现快速部署,加之母线槽的先进设计理念使得供电系统的安装简便快捷、运行可靠高效。

针对这三种不同的数据中心的特点,其末端的配电方案均可使用末端母线方案,母线方案可实现在线/离线监控、快速部署、有效提高数据机房利用率、降低 TCO、便于扩容的需求。

7 结语 

使用末端母线系统,极大的提高资金的回报率,分期投资,避免浪费,增加了机房的有效出租面积,快速交付,增加租金收益;减少发热,降低机房制冷量,节能效果显著。符合国际 T-3,T-4 机房的建设规范。但是目前机房末端母线还处于发展初期,设备厂商大多刚刚进入市场,价格还高于列头方案 30%左右,所以直观上客户还是感觉投资过高。但是随着新型末端母线的出现,技术的进步,市场的不断成熟,末端母线将会逐渐成为机房末端配电的主流方案。