适用于数据中心通信设备电源用的平行带状分支软电缆组件产品设计.pdf

PAGE029电缆及光缆Cables&Optical Cables本文介绍了一种适用于数据中心通信设备电源用的平行带状分支软电缆组件产品包括平行带状分支软电缆及其接线装置的结构设计，并分析说明了该结构的产品对数据中心布放环境的适用性。This paper introduces a kind of parallel ribbon branch flexible cable assembly for power supply of data centers communication equipment,including the structural design of the product and its wiring device.The paper analyzes the applicability of the products structure to the data centers layout environment.数据中心 平行带状分支软电缆 蹼状连接 接线装置data centers;parallel ribbon branch flexible cable;webbed connection;wiring deviceDoi:10.3969/j.issn.1673-5137.2023.04.001摘 要 Abstract关键词 Key Words适用于数据中心通信设备电源用的平行带状分支软电缆组件产品设计 郭志宏 代康（江苏俊知技术有限公司 江苏 宜兴 214206）1.引言当前世界主要国家和企业正在迈向数字化转型之路，数字技术不断向各个行业领域全面持续渗透，这一趋势推动全球数据中心数量的快速增加，Gatner预计，在未来五年里，全球最大的1000家企业中，70%以上不得不对现有的数据中心进行重大改造，改建、重建，以满足供给需求。截止2022年年底，我国在用的数据中心机架规模达670万架，预计未来五年的年均复合增速将超过30%。同时，制约数据中心发展的一个关键因素为电力费用成本的占比，一般占到数据中心整体运营成本约40%，而大型或超大型数据中心的电力费用会升高至约60%。以河北省某1.5万平米的大型数据中心为例，成本核算后每年仅电费就超过2300万元。根据2021年的统计数据，全国数据中心共耗电2166亿千瓦时，占全社会用电的2.6%。预计到2025年耗电量将达到3952亿千瓦时，数据中心的降耗增效需求已刻不容缓。近期工信部、国家发改委等多个部门密集发声，将进一步优化数据中心布局，推动数据中心集群项目建设，尤其在在绿色低碳发展上，颁布多项政策对数据中心PUE（电能利用效率）、绿色低碳等级进行规范和约束，全面促进数据中心绿色低碳发展。而通信电源线正是数据中心供能用的大动脉和毛细血管，其产品结构直接影响到数据中心整体的节能降耗问题，因而备受关注。2.当前数据中心通信电源用线缆产品现状随着我国通信网络高速发展，数据中心和通信机房内的通信设备数量在不断扩增，而由于通信设备数量的增加，原有的通信设备用电源线需要不断的增加或替换主干、分支电源线的规格和更改线路布放位置，以满足设备电能的供应。在数据中心和通信机房内有限、狭小的空间内，众多电缆在运行过程中会释放的大量热量。如果不能有效降低电缆的温度，不仅会使得电缆载流量降低、增加电能损耗，同时由于电缆长期处于高温环境下还会导致电缆的绝缘层和护套层的加速老化，从而引起线路短路，易引起设备停电故障，甚至引发火灾等重大隐患。为了解决现有数据中心或通信机房内给大量通信设备供电时，电缆布放混乱、布线通道电缆分线、引线不便，以及可能形成的火灾隐患和不必要的电能损耗问题。本文提供了PAGE030电缆及光缆Cables&Optical Cables一种适用于数据中心、通信机房的通信设备电能传输的平行带状分支软电缆及其接线装置，用于解决上述问题。当前主流的数据中心、通信基站机房内为了减少强电对弱电的电磁干扰，布线结构一般采用强电在地板下敷设、弱电在天花板搁架上走线的方式，并采用网格式桥架作为线缆支架。同时机房内空调制冷，也采用地板下送风、上回风系统，用于提高散热效果。但由于传统的电源线普遍采用在一根线缆中同时集中多根相线、零线、接地保护线的结构，线缆的内部散热效率低下。在长期供电运行时，电缆内部产生的热量难以释放，热量累积导致电缆内部温度过高，容易导致电缆绝缘及护套等塑料材料老化，从而造成故障及隐患，影响通信设备运行安全。图1：当前数据中心电源线布放方式3.产品介绍3.1 产品整体结构设计国内通信机房低压配电系统绝大部分采用TN-S系统(即俗称的：三相五线制)，将工作零线和接地保护线分别独立，因此在三相供电系统中通信设备电源的芯数通常采用5芯电缆结构。本文设计的数据中心通信设备电源用平行带状分支软组件，采用五个平行带状结构的软电缆，分别构成供电的相线（L1、L2、L3）、工作零线（N）、接地保护线（PE）。每个平行带状结构的软电缆组线由多根平行排列的电缆单线构成，电缆单线的外护套层彼此蹼状连接。并通过多个并联接线装置将单个的平行带状结构的软电缆内的单线并联，通过多个引接线装置引出用于通信设备供电。整体组件产品结构及布放方式如图2所示。图2：数据中心通信设备电源用平行带状分支软电缆及其接线装置示意图3.2 平行带状软电缆结构五个平行带状结构软电缆组，分别构成通电需要的相线、工作零线和接地保护线。五个软电缆组分别用不同颜色的外护套进行区分。每个软电缆组，由多根平行排列的电缆单线构成构成，电缆单线数量可以根据实际使用需求而定，单线数量越多本产品的使用优势就越明显，一般选用315根，电缆单线外的护套层彼此采用蹼状结构进行连接，蹼状结构需不影响护套层对电缆单线保护的完整性。每个软电缆组的每根电缆单线的护套层上，需至少印制有不同的顺序编号。用于区分各单线。构成软电缆组的每根电缆单线中导体为实心或绞合导体，导体外包覆绝缘层，绝缘层材料为聚氯乙烯或交联聚烯烃。在绝缘层外为绕包或纵包的隔离层，隔离层采用具有阻燃或耐火性能的云母带或玻璃沙防火带。隔离层外包覆护套层，护套层材料可采用交联聚烯烃或非交联聚烯烃，需具备低烟、阻燃特性。图3：平行带状分支软电缆的外观及横截面示意图PAGE031电缆及光缆Cables&Optical Cables3.3 并联接线装置结构并联接线装置为长方形结构，分为两部分，分别为上盒体和下盒体，上盒体和下盒体一端采用合页结构连接，可以方便的打开和闭合。并联接线装置的材料可采用阻燃、绝缘材料，如可采用聚氯乙烯材料。并联接线装置长度比平行带状结构软电缆组宽度略长，盒体闭合后的高度略大于电缆直径，在上盒体和下盒体左右两侧开有多个对称的半圆形槽孔，槽孔外径大于电缆单线直径，槽孔上包有密封橡胶圈，槽孔数量于构成平行带状结构软电缆组的单线数量相同。并联接线装置，在其上、下盒体内，分别粘嵌有长方形连接铜带，铜带长度与平行带状结构软电缆宽度相同。在连接铜带长度方向上分别焊接多个半弧形铜片，铜片宽度、厚度与铜带宽度、厚度相同，铜片长度大于平行带状结构软电缆组的单线半周长。半弧形铜片的数量与平行带状结构软电缆组的单线数量相同，弧度方向相反，焊接位置对应半圆形槽孔底部中心位置。图4：并联接线装置结构示意图3.4 引接线装置结构引接线装置整体结构与并联接线装置类同，也为体积略小的长方形盒状结构。差异之处在于，引接线装置盒的两侧面端仅开有一个槽孔，内部连接用半弧形铜片仅一组，用于单线的引出。此外在引接线装置的底盒铜带上焊接一根引线，引线通过底盒侧壁槽孔引出到引接线装置外。图5：引接线装置装置结构示意图3.5 安装方式设计本组件产品的安装布线方式为：将五个平行带状结构软电缆组沿长度方向平行或上下层间隔一定空隙，并固定在应用场所的地板下，将多个并联接线装置间隔23m，固定在每个平行带状结构软电缆组上，当需要引线到通信设备上时，通过引接线装置，分别接五个平行带状结构软电缆组上对应的三根相线、工作零线和接地保护线，构成一组给设备供电。当需要向不同通道方向的通信设备供电时，可根据需要将五个平行带状结构软电缆组分别从蹼状连接处分离出相同根数，沿多个通道方向布放。相应根据该通道内平行带状结构软电缆组的单线根数选择对应槽孔数量的并联接线装置。4.产品关键技术点分析该平行带状结构软电缆组由多根电缆单线组成，且电缆单线间采用蹼状结构连接设计，目的是方便统一布线，同时又可以根据通信设备的布放的通道位置和数量，对电缆进行分支，一次性布线施工就可以解决通信设备供电问题。上述结构的并联接线装置有利于将平行带状结构软电缆组内部的各电缆单线有效的并联连接，从而降低线路电阻值。常规的通信设备供电用电缆为了提高电缆载流量、降低线路阻抗，需要在不同的位置采用不同规格的电缆，分别做为主干电缆、分支电缆、设备接线电缆等，为了给大量通信设备供电，主干电缆的内导体外径需要很大，这样会导致电缆整体外径过大，电缆不易弯曲，难以布放到空间有限的数据中心或通信机房内，且当需要根据设备布放的不同位置通道进行分支时，需要更换不同规格外径的分支电缆，电缆选择和接线施工复杂，且容易导致安全隐患。本产品采用多个并联接线装置可以每间隔23m距离的设计，固定在每个平行带状结构软电缆组上。因此只需选择一种规格的五个平行带状结构软电缆组就可以实现比常规主干电缆和分支电缆多种规格电缆叠加使用更为便利的效果。且布放容易、接线操作方便，无安全隐患。可避免主干电缆、分支电缆等多种规格的选择、只需根据需要相应的增加部分平行带状分支软电缆，并用并联接线装置重新并联接入后就可以实现线路的增容、扩容，无需更换电缆，提高了电缆产品的利用率，整体线路的电荷负载更为合理，减少了不必要的资源浪费。5.总结综上分析，本产品采用的平行带状结构，并将用于相线、工作零线和接地保护线的五个平行带状结构软电缆组分开布放，有利于电缆散热，降低了电缆短路隐患，提前消除了导致火灾的隐患。采用的并联接线装置有利于降低导线电PAGE032电缆及光缆Cables&Optical Cables1 20222026年中国数据中心(IDC)行业发展态势与前景展望研究报告.中国产业研究院，2022年3月.2 王春晖.“东数西算”工程的战略布局.中国电信业，2021(8):4751.3 GB/T 38833-2020信息通信用240V/336V直流供电系统技术要求和试验方法.4 GB 51194-2016通信电源设备安装工程设计规范.参考文献作者简介郭志宏，硕士毕业于电信科学技术研究院通信与信息系统专业，高级工程师。现为江苏俊知技术有限公司技术中心总监，长期从事光电缆生产、研发。阻，减少线路传输损耗，提高线缆载流量，降低能耗；采用的引接线装置有利于给不同设备同时供电。且可以避免主干电缆、分支电缆等多种规格的选择，以及方便今后数据中心设备增加后的电源线的增容和扩量。本产品结构简单、生产成本低，便于电缆布放、分支、引出等各种需要，可实现灵活布放，操作方便，应用范围广。