探究5G數(shù)據(jù)中心機房配電需求設計方案
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：隨著各行業(yè)信息化的建設，數(shù)據(jù)中心機房機柜電功率的預設定問題，并且介紹了如何通過配電產(chǎn)品去控制機柜的電流以及配電產(chǎn)品的功能和具體應用要點。
關鍵詞：機柜電功率的預設定；配電；分支回路；熱插拔；零地電壓
0引言
新一代數(shù)據(jù)中心對供電系統(tǒng)的可靠性及可管理性要求越來越高。IT用戶需要對信息設
備的供電系統(tǒng)進行可靠與靈活的配電、精細化的管理、準確的成本消耗等。
UPS配電系統(tǒng)作為新一代數(shù)據(jù)中心機房UPS配電系統(tǒng)結構圖。
從圖1看到，在UPS輸出和負載機柜之間，可以設置傳統(tǒng)的電源列頭柜（指放在一列機柜頭部用于配電的機柜，俗稱列頭柜），為后面的負載機柜進行供電，也可以設置配電柜。配電柜不但完成傳統(tǒng)的電源列頭柜的配電功能，同時還可以具有許多強大的監(jiān)控管理功能，使得數(shù)據(jù)中心的管理者隨時可以了解負載機柜的加載情況、各配電分支回路的狀態(tài)、各種參數(shù)以及不同機群的電量消耗等。
圖1UPS配電系統(tǒng)
1機柜電功率的預設定問題
從數(shù)據(jù)中心機房電源、空調(diào)設計的出發(fā)點。為此，電信規(guī)范專門給出表格（見表1），根據(jù)不同的機房，對機柜的電功率進行預先設定，從而再去確定UPS和空調(diào)系統(tǒng)的容量。
表1機柜電功率預設定
從表1可以看出，不同的機柜電功率對應不同的機柜電流值，要設定的機柜電功率實際上也就是控制單機柜的電流。在沒有采用配電柜的場合，有些用戶在負載機柜上加電流表來控制單機柜的電流，這樣的控制方式很直觀，現(xiàn)場就可以讀出電流值，如圖2所示。
圖2單機柜電流表
但是這樣控制機柜電流的方式有許多解決不了的問題。目前數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)的負載基本上都是雙電源負載，而采用機柜內(nèi)安裝兩個電流表的方式，電流的控制需要將讀數(shù)進行現(xiàn)場相加，這樣做很不方便，且?guī)缀醪惶赡軐崿F(xiàn)，因為負載隨應用是不斷變化的。另外一個問題就是負載機柜的電功率即使超出預先的設定值，系統(tǒng)也沒有辦法進行報警。并且，這樣的控制方式?jīng)]有辦法納入到機房監(jiān)控系統(tǒng)中。
從以上的介紹中，可以看到傳統(tǒng)配電遇到了挑戰(zhàn)，它沒有辦法解決數(shù)據(jù)中心電氣系統(tǒng)設計的思路，給配電系統(tǒng)賦予強大的管理和監(jiān)控功能，這時配電產(chǎn)品應運而生，艾默生服務器電源管理系統(tǒng)SPM（ServerPowerManagement）可以滿足這一需求。圖3是配電產(chǎn)品的兩種典型的系統(tǒng)圖，分為單母線系統(tǒng)和雙母線系統(tǒng)兩種類型。
從圖3可以看出，配電柜的一個分支回路或是兩個分支回路對應一個機柜。配電柜可以監(jiān)測每一個分支回路的額定電流、實際電流以及電流百分比，具體見配電柜的液晶監(jiān)控顯示，如圖4所示。同時配電柜具有支路負載兩段的閾值報警功能，比如說單機柜功率按照4kVA進行預設定，對應的單機柜*大電流為18A，這時可以選擇25A的分支開關，當負載電流達到分支開關的60％時，系統(tǒng)報警；當負載電流達到分支開關的80％時，系統(tǒng)還可以進行報警，而且60％和80％的閾值點可以通過液晶監(jiān)控屏幕進行修改（見圖5）。
圖3兩類母線系統(tǒng)
圖4監(jiān)視的電流讀數(shù)
圖5過載報警
通過以上介紹，知道配電產(chǎn)品可以很好地解決機房機柜電功率預設定的問題，而且通過后臺的機房監(jiān)控系統(tǒng)，可以將任意的兩個支路電流進行疊加，從而避免了機柜上安裝兩個電流表的弊病。
2配電柜的強大功能
- 安全管理功能
全面的電源管理功能，將配電系統(tǒng)完全納入機房監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測內(nèi)容豐富。對配電母線可以監(jiān)測三相輸入電壓、電流、頻率、總功率、有功功率、功率因數(shù)、諧波百分比、負載百分比等。同時還可以監(jiān)測所有回路（包括每一個輸出支路）斷路器電流、開關狀態(tài)、運行負載率等，使用戶對機房配電系統(tǒng)運行狀況一目了然，也便于用戶及早發(fā)現(xiàn)安全隱患，有效回避風險。
（2）運營成本管理功能
配電產(chǎn)品實時偵測每一服務器機架的運營成本，計算及測量每一服務器機柜、每一路開關的用電功率和用電量。通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)可以分月度、季度、年度進行報表統(tǒng)計。
（3）記錄及報警功能
配電產(chǎn)品支持歷史記錄功能，支持豐富的報警功能，包括主路的過壓、欠壓、缺相、掉電、過流、超高閾值、閾值、開關斷開，以及系統(tǒng)的報警等。
（4）輕松納入機房監(jiān)控系統(tǒng)
配電產(chǎn)品提供RS232/485或SNMP多種智能接口通信方式，可以納入到機房監(jiān)控系統(tǒng)中，其所有信息通過一個接口上傳，系統(tǒng)加可靠，節(jié)省監(jiān)控投資。液晶監(jiān)控面板可以保存1000條報警信息，每個報警都有開始和結束的時間，便于故障分析。其報警類型和顯示形式如圖6和表2所示。
圖6報警類型表2報警類型
3配電柜的選擇與使用
隨著IT用戶對配電可管理性的要求越來越高，配電產(chǎn)品應用的場合越來越多。其規(guī)格一般有20kVA、40kVA、60kVA、80kVA、100kVA、120kVA等六種規(guī)格。配電產(chǎn)品根據(jù)不同的場地需求，可選用單母線系統(tǒng)或者雙母線系統(tǒng)。其支路斷路器可以選擇固定式斷路器，也可以選擇熱插拔可調(diào)相斷路器。支路斷路器容量有16A、25A、32A、63A，單極或三極可選。當分支回路選擇熱插拔可調(diào)相斷路器時，系統(tǒng)不斷電即可進行檢修、擴容，同時不用改變后端的電纜接線就可進行三相負載的調(diào)平衡，非常靈活方便。通過圖7看到，只需要將開關拔下，重新調(diào)整開關后端的撥動開關到相應的位置，再重新將開關安裝到導軌上，就可
以很方便地調(diào)整機房的三相負載平衡。
為了解決機房的零地電壓問題，配電產(chǎn)品還可以內(nèi)置隔離變壓器。在目前的機房工程投標中，招標方甚至會提出“零地電壓小于1V或小于2V”的指標。降低零地電壓有很多措施，這些措施都可以不同程度的降低零地電壓，但在工程實踐中，都不敢保證目前有些用戶提出的“保障IT設備的輸入零地電壓差小于2V”的要求。如果要達到上面的要求，*可靠的措施就是在IT負載前端加隔離變壓器，并將隔離后的中性線接地（見圖8、圖9）。如果采用配電柜做電源列頭柜，可以使IT負載輸入端零地電壓降低到小于0.5V的水平，從而*有效地保證了IT負載的良好供電環(huán)境。
圖7熱插拔開關圖8隔離變壓器
圖9隔離變壓器系統(tǒng)圖
4安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)
4.1平臺組成
安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。
AcrelEMS數(shù)據(jù)中心的能源管理提供全方位的監(jiān)測和控制，主要分為電力監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控、能耗統(tǒng)計分析（能源管理）、蓄電池監(jiān)控、配電監(jiān)控、智能母線監(jiān)控、智能照明、消防相關的子系統(tǒng)。
4.2平臺拓撲圖
4.3配電管理系統(tǒng)解決方案
系統(tǒng)可以展示配電柜內(nèi)進線和饋線回路電氣參數(shù)，包括電流電壓功率電能以及開關狀態(tài)，并可以對數(shù)據(jù)進行報警設置和分級，數(shù)據(jù)取自配電柜測量模塊。
5產(chǎn)品選型
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名稱 |
圖片 |
型號 |
功能 |
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配電柜 |
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ANDPF |
電源分配列柜。為IT機柜提供網(wǎng)絡布線傳輸服務和配電管理。 分為交流和直流列頭柜兩類。 |
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主路進線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-ZA |
用于交流列頭柜內(nèi)進線回路的電參量、開關狀態(tài)、溫濕度等數(shù)據(jù)采集。 |
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主路進線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-ZD |
用于直流列頭柜內(nèi)進線回路的電參量、開關狀態(tài)、溫濕度等數(shù)據(jù)采集。 |
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支路出線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-FAK48 |
用于交流列頭柜內(nèi)出線回路的電參量、開關狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)采集。 |
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支路出線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-FAK30 |
用于交流列頭柜內(nèi)出線回路的電參量、開關狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)采集。 |
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支路出線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-FDK48 |
用于直流列頭柜內(nèi)出線回路的電參量、開關狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)采集。 |
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支路出線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-FDK30 |
用于直流列頭柜內(nèi)出線回路的電參量、開關狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)采集。 |
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支路出線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-KD48 |
干接點，監(jiān)測A+B共48分路的開關量狀態(tài)、1路RS485通訊。 |
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支路出線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-KD30 |
干接點，監(jiān)測A+B共30分路的開關量狀態(tài)、1路RS485通訊。 |
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支路出線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-FT48 |
1路RS485通訊、48路溫度測量。 |
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支路出線監(jiān)測模塊 |
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AMC100-FT30 |
1路RS485通訊、30路溫度測量。 |
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主路絕緣監(jiān)測模塊 |
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AMC100-ZJY |
監(jiān)測A+B2路主母線絕緣。 |
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支路絕緣監(jiān)測模塊 |
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AMC100-FJY |
監(jiān)測48支路絕緣。 |
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電流互感器 |
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AKH-0.66-W |
用于列頭柜進出線回路電流采集。 |
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觸摸顯示屏 |
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ATP007kt |
實時顯示配電柜進出線的電壓、電流、功率、電能、電能質量、開關狀態(tài)等。 |
6小結
UPS配電系統(tǒng)作為新一代數(shù)據(jù)中心電氣設計及應用的重要發(fā)展方向。
7參考文獻
[1]朱利偉.數(shù)據(jù)中心機房配電解決方案
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版
