河北电力工程监理有限公司 河北石家庄 050021
摘要：随着电力业务的发展和智能电网的升级，电力数据中心对供电系统的可靠性和智能维护要求越来越高。数据中心机柜端配电设计要满足传统机房的配电功能，还应满足远期设备扩容；同时，尽可能减少设备扩容对已投运设备的影响。供电系统除满足高可靠性外，还应该具备强大的监控功能，机房运维人员随时可以了解机柜负载情况、各配电分支回路的电气状态和不同负载机群的电量消耗等。
关键词：机柜端供电；精密配电柜；小母线槽；可靠性
引言
一般情况下，工厂供电先经过6～35kV的高压配电所，直接供给车间的高压设备；或者经过高压线路输送到车间附近变电所，将电压等级6～10kV降为低压设备所需要电压，然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备使用。随着计算机及信息技术的发展，现代工业建筑内布置了大量生产设备，且用电负荷越来越大。对于容量大且后期有增容需求的工厂供电，密集绝缘母线槽作为一种传输电能设备，具有载流量能力大、灵活性高、安全可靠、维修方便、体积小、施工周期短、寿命长等特点，尤其适用于工艺更新期短的工厂。
1母线槽结构原理
母线槽是由铜、铝母线柱构成一个封闭金属装置，用来为分散系统各个元件分配较大功率。母线槽以铜或铝作为导体、用非烯性绝缘支撑，然后封装到金属槽中形成的新型导体。机房母线槽的额定电压380V，适用于交流50Hz，额定电流250~6300A的三相四线制或三相五线制供配电工程中，它具有容量大、装拆容易、施工周期短等特点。
2运行的安全性和使用寿命
母线槽运行的安全性主要是指不发生因绝缘破坏引起短路事故和不存在引起火灾事故的隐患。在规范和产品标准中以20℃时直流电阻率来表示导体的导电性能。根据直流电阻率比较，同截面铜母线比铝和铝合金母线可承受更高过载电流，和更高的温升。其次母线槽性能最薄弱的环节在于电气连接位置（如接头连接部位、插接口部位等），在这些区域温升高、能耗集中、故障多发。因此，提高电气连接性能成为母线设计的关键。主流厂家的生产工艺是母线通过独立连接器用螺栓连接，插接口与母线槽本体连接是直接焊接而成。某些制造工艺先进的合金母线槽品牌通过采用分子渗透技术将铝-铜-银导体形成合金结构、插接口一体成型直接接触、并增大合金母线截面等工艺来降低接触电阻和温升，将合金母线槽电气传输性能提升到新的高度。
3机房母线槽组成
（1）母线槽主体。外壳提供线槽保护，提高热稳定性，满足各种安装方式，如竖直吊装或者水平安装，侧边可贴标识。导电铜排是根据载流量需求选择不同截面，表面镀锡，增强抗腐蚀性并减小接触电阻的电解铜。表面的绝缘材料具备良好的可短路电流能力。（2）端部馈电模块。端部馈电模块用于将电力接入母线槽系统。端部馈电模块内置断路器、监控模块以及通讯模块等，断路器规格按每列负载需求配置。（3）线槽连接模块。线槽连接模块用于端部馈电模块与母线槽主体，线槽主体与主体之间，线槽主体与弯头之间的连接。（4）连接盒。接线盒可以在母线槽主体上安装，接线盒内置控制空开及给机柜供电的插座。目前行业上，接线盒在母线槽主体上安装，大多数均支持热插拔方式，灵活卡位固定，方便随时为扩容负载提供电气连接。接线盒在母线槽主体上具体安装位置行业上基本由两种设计情况，固定安装和灵活安装，Sch⁃neider等供应商采用固定式位置安装，即母线槽主体上每隔600mm预留一个安装孔位提供接线盒安装。PDI、Startline等供应商可在主体上任何位置安装。对不同尺寸规格机柜摆放而言，无疑后者更加适合机房的设计。
4母线槽插座结构装置的设计
（1）插座部件的设计。插座部件是插座结构装置的关键部件，主要由插件绝缘底座、相线插件和PE线插件组成。（2）插件绝缘底座。插件绝缘底座采用DMC玻璃纤维模塑料，由模具一次压制成型。绝缘底座设计了四个相线插件安装孔及PE线插件安装孔，这五个安2装孔的中心点按A、B、C、N、PE相的次序错位式设计成倒W形，解决了插件安装空间小的问题，增大插入点之间的间距。
5母线槽主体配置
每个机柜平均功率按终期需求6kW进行计算，按平面布置，机房中每列最多为8面机柜，每一列机柜功率为P=8×6kW=48kW，长期最大工作电流I=48（/0.8×3×0.22）=90A。母线截面一般应按最大长期工作电流选取，在年均负荷较大且母线槽距离较长时，一般比按最大长期工作电流选择的母线槽截面要大些。本案例为年均负荷大、且距离较长的情况，末端母线槽规格按160A配置，即每一列机柜配置2条160A母线槽，分别从主备供UPS电源接入。
6插接式母线槽
插接式母线槽系统是以金属板（钢板或铝板）为保护外壳，导电排（铜排、铝排或铜铝复合材料）为电流载体，绝缘材料、相关固定件及附件组成的母线系统该系统作为供电主干线始端连接于配电柜，每隔一段设有连接器连接、采用各种型号母线槽及相关附件及端部设插接分线盒插接封闭母线，通过地下室、楼层电气竖井安装一趟或多趟，形成供电干线系统。插接式母线槽采用插接式接头，分支回路时可增加插接接头，只需插入插接箱即可，安装方便快速、施工效率高。与传统电缆相比，该系统电流容量很大、机械强度高、防护能力强，适合大功率供电、大跨距安装。同时，插接式母线槽绝缘材料阻燃，工作温度在130℃以上，远高于传统电缆绝缘材料105℃的工作温度。
7母线槽接地
传统的保护地线PE线放置在母线槽内一侧，而新型母线槽采用外壳做PE整体接地。在母线槽强制性标准GB7251.1的7.4条电击防护的7.4.3.1.5条中规定，如果采用的措施能够保证电路有持久良好的导电能力，而且载流容量足以承受成套设备中流过的接地故障电流，那么组装成套设备的各种金属部件则被认为能够有效地保证保护电路的连续性
8抗震支架
抗震支架是由吊杆、斜撑、横梁、连接件等构件组成，通过膨胀螺栓与建筑结构进行固定，形成三维固定体系。抗震支架的抗震作用主要是由抗震斜撑实现的，斜撑构件可以抵抗和缓解水平地震力（即横波）的作用，使得原来无约束的水平方向管线等构件在发生地震时能够安全可靠，与建筑结构不产生相对位移，以防止悬挂构件变形、坍塌。在抗震承插式母线槽体系中，利用抗震支架的抗震作用，进行安装固定电气系统装置，能将电气系统装置承受的地震作用力全部传递到建筑物上，避免电气系统装置之间产生相对位移导致连接节点损坏，避免设备滑脱或脱落，造成严重的次生灾害。
结束语
母线槽技术从上世纪50年代发展至今，已经从一代空气型到三代复合型发展，技术发展日臻完善，在互联网数据中心领域已经有了良好的应用。母线槽具备灵活性和扩展性，同一母排上可根据不同机柜负载大小不同而灵活分配，即类似网络带宽共享方式一样，功率负荷共享，如需扩容、调整相（三相不平衡时），只需相应调整对应的插接箱。机房母线槽方案是一种能有效减少电缆的使用量的选择方式，对于集中供电模式电力机房具有实际应用意义。本文通过与传统电缆和列头柜方式，对比分析母线槽的技术原理、技术特点、总投资费用以及后期维护成本等，母线槽具备良好的供电系统可靠性和成本优势，值得推广应用。母线槽具有稳定可靠、配电效能高、散热好、电压降低、耐机械冲击和安装简便等特点，是一种电力数据中心良好的末端供电方式。随着智能电网、电力大数据、人工智能、物联网业务发展，电力数据中心正在加速建设中，相信电力母线槽技术会得到广发的应用和推广。
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