數(shù)據(jù)中心機(jī)房電纜連接器防護(hù)等級(jí)的研究

內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司信息通信分公司 汪 嘯 賽穎夫 任 仁 奧 偉

數(shù)據(jù)中心機(jī)房電纜連接器防護(hù)等級(jí)的研究

內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司信息通信分公司 汪 嘯 賽穎夫 任 仁 奧 偉

供電是數(shù)據(jù)中心的重要組成部分。隨著數(shù)據(jù)中心的信息設(shè)備日漸增多，數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)存在的支持能力不強(qiáng)、擴(kuò)展性不足、成本過高等問題日益突出。為應(yīng)對(duì)上述問題，依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究分析，在結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提出了適用于數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的連接器選型、配置辦法。

數(shù)據(jù)中心；供電系統(tǒng)；防護(hù)等級(jí)；標(biāo)準(zhǔn)

1.引言

1.1 背景介紹

當(dāng)前，大量的信息不斷產(chǎn)生并需要被快速處理。政府、企業(yè)等組織機(jī)構(gòu)一般擁有或準(zhǔn)備建設(shè)一個(gè)能夠處理大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中心以及可容納其IT設(shè)備正常運(yùn)行的機(jī)房。在信息技術(shù)廣泛應(yīng)用之前，大型數(shù)據(jù)中心一般應(yīng)用于關(guān)系到國計(jì)民生的行業(yè)，隨著互聯(lián)網(wǎng)革命的興起，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)力度和建設(shè)速度得到了空間的提高。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運(yùn)維工作需要在穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)成本可控性和時(shí)間成本可控性之間進(jìn)行平衡。

數(shù)據(jù)中心的建設(shè)工作不僅是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，也關(guān)系到運(yùn)維工作的核心目標(biāo)，數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行、運(yùn)維成本和系統(tǒng)柔性在很大程度上依賴于數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)等前期環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)中心的生命周期內(nèi)，其建設(shè)單位、運(yùn)維單位和業(yè)主單位需要不斷地投入大量的人力、財(cái)力、物力資源，因此數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)行是一項(xiàng)長期的、不間斷的且需要大量投入資源的工作。在這種情況下，一個(gè)規(guī)劃科學(xué)、建設(shè)合理、運(yùn)營良好的數(shù)據(jù)中心能夠充分提高IT系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，切實(shí)保障該單位業(yè)務(wù)活動(dòng)的正常開展。

1.2 數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)備防護(hù)裝置

數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)可分為交流輸入部分、UPS部分、配電柜部分以及相關(guān)管理子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)不僅為IT設(shè)備提供電源供應(yīng)，還為空調(diào)、照明、機(jī)房管理等系統(tǒng)提供電力，其電氣設(shè)備有10kV、380V、220V等規(guī)格。根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，上述電氣設(shè)備需配置滿足要求的防護(hù)裝置，以保護(hù)人員、設(shè)備安全。

電氣設(shè)備的防護(hù)裝置根據(jù)其應(yīng)用特點(diǎn)在絕緣特性、阻燃特性、機(jī)械機(jī)構(gòu)等方面各有特點(diǎn)，該裝置的合理配置可有效保護(hù)操作人員、相關(guān)設(shè)備的安全，在一定程度上能夠在誤操作、極端環(huán)境（如極端溫度、極端濕度、極端壓力、強(qiáng)腐蝕性環(huán)境、高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)、沙塵等）等情況下保護(hù)使用者和相關(guān)設(shè)備的安全。

科學(xué)配置的電氣設(shè)備防護(hù)裝置可以有效降低IT設(shè)備因電壓波動(dòng)、短路跳閘造成的掉電宕機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，從而減少了由電氣設(shè)備引起的數(shù)據(jù)丟失、服務(wù)停止等IT災(zāi)難發(fā)生的可能性，繼而提高了數(shù)據(jù)中心的可用性。

2.應(yīng)用環(huán)境分析

2.1 應(yīng)用環(huán)境介紹

根據(jù)《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174）中對(duì)機(jī)房選址布局、土木結(jié)構(gòu)、機(jī)房運(yùn)行環(huán)境、安全管理、供電電源可靠性等方面對(duì)機(jī)房分級(jí)，可分為A級(jí)（容錯(cuò)容災(zāi)型）、B級(jí)（冗余互備型）、C級(jí)（基本功能型）三類。在數(shù)據(jù)中心規(guī)模上，可根據(jù)數(shù)據(jù)中心承載的標(biāo)準(zhǔn)架數(shù)量（單位標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架為2.5KW）分為中小型數(shù)據(jù)中心（＜3000）、大型數(shù)據(jù)中心(3000～10000)和超大型數(shù)據(jù)中心(＞10000)三類。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房由溫度控制與通風(fēng)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)綜合布線系統(tǒng)、IT設(shè)備系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。其結(jié)構(gòu)主要分為線纜通道、氣流通道、人員通道和設(shè)備布置區(qū)，其空氣循環(huán)方向?yàn)橄滤惋L(fēng)上回風(fēng)以實(shí)現(xiàn)降溫。

數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)為雙路冗余，開始于UPS DC/AC逆變器引出的三相380V 50Hz交流電，經(jīng)過電纜至機(jī)柜列頭配電柜，再改配為單相220V 50Hz交流電至機(jī)柜PDU。為適應(yīng)配電系統(tǒng)模塊化的設(shè)計(jì)需要，一般在配電柜至機(jī)柜PDU間采用標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)連接器進(jìn)行連接，可提高系統(tǒng)柔性，減少了因機(jī)柜變更造成的停電改造風(fēng)險(xiǎn)。一般配電電纜與網(wǎng)絡(luò)綜合布線系統(tǒng)共用機(jī)柜下方的空調(diào)送風(fēng)空間，新型數(shù)據(jù)中心的布置一般為冷氣管道和電纜管道共用空間，通信線纜采用頂部布線的模式。

在運(yùn)維實(shí)踐中，漏水、金屬碎屑、粉塵等侵入物危害會(huì)直接威脅配電系統(tǒng)，故障點(diǎn)多數(shù)位于電纜連接處。不具有防塵、防水功能的連接器易收到侵入物影響造成短路跳閘。所以，有必要提升配電系統(tǒng)的防護(hù)等級(jí)，防止此類危害。

2.2 侵入物分析與應(yīng)對(duì)

侵入物的來源主要有以下方面：1.建筑物縫隙滲漏（墜入）；2.溫控系統(tǒng)外循環(huán)帶入；3.機(jī)房出入人員帶入；4.機(jī)房?jī)?nèi)部設(shè)備掉落。來自于1和2的侵入物為雨雪滲水和冷凝水，在重力作用下最終會(huì)匯集在阻燃防靜電地板上，繼而引發(fā)該處濕度傳感器報(bào)警；來自于3和4的侵入物主要為灰塵、水泥塊、鋼制螺絲、金屬屑、塑料碎屑等，其中一部分侵入物可能導(dǎo)致設(shè)備短路或引起火災(zāi)。這些侵入物最終也會(huì)匯集到阻燃防靜電地板，只能通過大功率吸塵器進(jìn)行清除。

參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)固體侵入物的規(guī)定，根據(jù)直徑大小將A單位數(shù)據(jù)中心機(jī)房侵入物情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中直徑在50mm以上的主要是在機(jī)房改造工程中產(chǎn)生的硅酸鹽類建筑垃圾，直徑在10～50之間的主要是在設(shè)備安裝過程中遺落的螺絲等金屬件，直徑在5～10mm之間的主要是在支撐構(gòu)件加工工程中產(chǎn)生的金屬碎屑，直徑在1～5mm之間的要是在設(shè)備安裝過程中碎裂的塑料泡沫顆粒，直徑在1mm以下的主要是在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行過程中由空氣循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入的灰塵。

上述入侵物可能造成短路或接觸不良問題。

在下送風(fēng)管道中放置的配電連接裝置有必要對(duì)侵入物進(jìn)行防護(hù)。在設(shè)備選型階段，可考慮采用滿足一定防護(hù)要求的接頭、線纜可有效降低后期加裝保戶裝置的開支。

目前，采用IEC529標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品較為普及，已經(jīng)成為通用的防水、防塵標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的防塵等級(jí)為0～6，防水等級(jí)為0～8，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)比IP防護(hù)等級(jí)選用合適標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

3.結(jié)論

通過對(duì)照防塵標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合侵入物的實(shí)際情況，確定防塵特性應(yīng)該在4級(jí)以上。具有4級(jí)以上防塵特性的連接裝置可有效避免在數(shù)據(jù)中心建設(shè)、運(yùn)維過程中產(chǎn)生的侵入物影響到連接裝置的正常使用。通過對(duì)照防水標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合電纜處于下送風(fēng)管道，易產(chǎn)生冷凝水附著或滴濺。根據(jù)防水特性標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選取滿足4級(jí)以上的防水要求的產(chǎn)品。結(jié)合防塵、防水選取標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選取IP44級(jí)別以上的產(chǎn)品。目前主流產(chǎn)品的防護(hù)級(jí)別為IP44或IP66，應(yīng)結(jié)合使用環(huán)境、成本等因素進(jìn)行綜合考慮。同時(shí)，為確保供電設(shè)備的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，可選用滿足IEC60309標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

部分業(yè)主要求其機(jī)房（設(shè)備）具有電磁屏蔽或抗電磁干擾功能。為此，應(yīng)考慮選在具有金屬鎧裝的線纜，同時(shí)還需滿足相關(guān)絕緣和接地特性。

考慮到機(jī)房供電電纜一般為16A和32A兩種規(guī)格，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的實(shí)際情況配置相應(yīng)的電纜，電纜應(yīng)能夠與連接器配合良好，連接區(qū)域應(yīng)做防水、防塵處理在日常的維護(hù)工作中，可采用真空吸塵器等設(shè)備對(duì)電纜連接頭進(jìn)行除塵、除異物操作，減少粉塵來源。同時(shí)，可在電纜連接器集中放置濕度傳感器，以監(jiān)測(cè)凝水狀況；放置溫度傳感器監(jiān)測(cè)電纜和連接器的溫度，確保電纜處于合理溫度區(qū)間，可以實(shí)現(xiàn)電纜高溫的早期預(yù)警。

在智能化PDU快速發(fā)展的時(shí)期，可以將此類PDU及相關(guān)檢測(cè)傳感器傳回的數(shù)據(jù)集成于數(shù)據(jù)中心（IDC）統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)內(nèi)，現(xiàn)實(shí)數(shù)字化監(jiān)控、可視化管理、智能化預(yù)警和決策輔助。

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汪嘯（1986—），碩士，工程師，研究方向?yàn)樾畔⑾到y(tǒng)架構(gòu)分析、IDC機(jī)房運(yùn)維。