數據中心機房電纜連接器防護等級的研究

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

數據中心機房電纜連接器防護等級的研究

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

供電是數據中心的重要組成部分。隨著數據中心的信息設備日漸增多，數據中心供電系統存在的支持能力不強、擴展性不足、成本過高等問題日益突出。為應對上述問題，依據實際情況進行研究分析，在結合相關標準的基礎上提出了適用于數據中心供電系統的連接器選型、配置辦法。

數據中心；供電系統；防護等級；標準

1.引言

1.1 背景介紹

當前，大量的信息不斷產生并需要被快速處理。政府、企業等組織機構一般擁有或準備建設一個能夠處理大量數據的數據中心以及可容納其IT設備正常運行的機房。在信息技術廣泛應用之前，大型數據中心一般應用于關系到國計民生的行業，隨著互聯網革命的興起，數據中心的建設力度和建設速度得到了空間的提高。在移動互聯網時代，數據中心的建設和運維工作需要在穩定性、經濟成本可控性和時間成本可控性之間進行平衡。

數據中心的建設工作不僅是基礎設施建設項目，也關系到運維工作的核心目標，數據中心的安全運行、運維成本和系統柔性在很大程度上依賴于數據中心的規劃、設計、建設等前期環節。在數據中心的生命周期內，其建設單位、運維單位和業主單位需要不斷地投入大量的人力、財力、物力資源，因此數據中心建設和運行是一項長期的、不間斷的且需要大量投入資源的工作。在這種情況下，一個規劃科學、建設合理、運營良好的數據中心能夠充分提高IT系統的抗風險能力，切實保障該單位業務活動的正常開展。

1.2 數據中心電氣設備防護裝置

數據中心供電系統可分為交流輸入部分、UPS部分、配電柜部分以及相關管理子系統。數據中心供電系統不僅為IT設備提供電源供應，還為空調、照明、機房管理等系統提供電力，其電氣設備有10kV、380V、220V等規格。根據國家相關標準的要求，上述電氣設備需配置滿足要求的防護裝置，以保護人員、設備安全。

電氣設備的防護裝置根據其應用特點在絕緣特性、阻燃特性、機械機構等方面各有特點，該裝置的合理配置可有效保護操作人員、相關設備的安全，在一定程度上能夠在誤操作、極端環境（如極端溫度、極端濕度、極端壓力、強腐蝕性環境、高電壓、強磁場、沙塵等）等情況下保護使用者和相關設備的安全。

科學配置的電氣設備防護裝置可以有效降低IT設備因電壓波動、短路跳閘造成的掉電宕機風險，從而減少了由電氣設備引起的數據丟失、服務停止等IT災難發生的可能性，繼而提高了數據中心的可用性。

2.應用環境分析

2.1 應用環境介紹

根據《電子計算機機房設計規范》（GB50174）中對機房選址布局、土木結構、機房運行環境、安全管理、供電電源可靠性等方面對機房分級，可分為A級（容錯容災型）、B級（冗余互備型）、C級（基本功能型）三類。在數據中心規模上，可根據數據中心承載的標準架數量（單位標準機架為2.5KW）分為中小型數據中心（＜3000）、大型數據中心(3000～10000)和超大型數據中心(＞10000)三類。

數據中心機房由溫度控制與通風系統、配電系統、消防系統、安防系統、網絡綜合布線系統、IT設備系統等子系統組成。其結構主要分為線纜通道、氣流通道、人員通道和設備布置區，其空氣循環方向為下送風上回風以實現降溫。

數據中心供電系統為雙路冗余，開始于UPS DC/AC逆變器引出的三相380V 50Hz交流電，經過電纜至機柜列頭配電柜，再改配為單相220V 50Hz交流電至機柜PDU。為適應配電系統模塊化的設計需要，一般在配電柜至機柜PDU間采用標準化的工業連接器進行連接，可提高系統柔性，減少了因機柜變更造成的停電改造風險。一般配電電纜與網絡綜合布線系統共用機柜下方的空調送風空間，新型數據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。

在運維實踐中，漏水、金屬碎屑、粉塵等侵入物危害會直接威脅配電系統，故障點多數位于電纜連接處。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的防護等級，防止此類危害。

2.2 侵入物分析與應對

侵入物的來源主要有以下方面：1.建筑物縫隙滲漏（墜入）；2.溫控系統外循環帶入；3.機房出入人員帶入；4.機房內部設備掉落。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匯集在阻燃防靜電地板上，繼而引發該處濕度傳感器報警；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致設備短路或引起火災。這些侵入物最終也會匯集到阻燃防靜電地板，只能通過大功率吸塵器進行清除。

參考相關標準對固體侵入物的規定，根據直徑大小將A單位數據中心機房侵入物情況進行統計，其中直徑在50mm以上的主要是在機房改造工程中產生的硅酸鹽類建筑垃圾，直徑在10～50之間的主要是在設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件加工工程中產生的金屬碎屑，直徑在1～5mm之間的要是在設備安裝過程中碎裂的塑料泡沫顆粒，直徑在1mm以下的主要是在數據中心運行過程中由空氣循環系統進入的灰塵。

上述入侵物可能造成短路或接觸不良問題。

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

目前，采用IEC529標準的產品較為普及，已經成為通用的防水、防塵標準。該標準規定的防塵等級為0～6，防水等級為0～8，可根據現場的實際情況對比IP防護等級選用合適標準的產品。

3.結論

通過對照防塵標準，結合侵入物的實際情況，確定防塵特性應該在4級以上。具有4級以上防塵特性的連接裝置可有效避免在數據中心建設、運維過程中產生的侵入物影響到連接裝置的正常使用。通過對照防水標準，結合電纜處于下送風管道，易產生冷凝水附著或滴濺。根據防水特性標準，應選取滿足4級以上的防水要求的產品。結合防塵、防水選取標準，應選取IP44級別以上的產品。目前主流產品的防護級別為IP44或IP66，應結合使用環境、成本等因素進行綜合考慮。同時，為確保供電設備的模塊化、標準化，可選用滿足IEC60309標準的產品。

部分業主要求其機房（設備）具有電磁屏蔽或抗電磁干擾功能。為此，應考慮選在具有金屬鎧裝的線纜，同時還需滿足相關絕緣和接地特性。

考慮到機房供電電纜一般為16A和32A兩種規格，應根據負載的實際情況配置相應的電纜，電纜應能夠與連接器配合良好，連接區域應做防水、防塵處理在日常的維護工作中，可采用真空吸塵器等設備對電纜連接頭進行除塵、除異物操作，減少粉塵來源。同時，可在電纜連接器集中放置濕度傳感器，以監測凝水狀況；放置溫度傳感器監測電纜和連接器的溫度，確保電纜處于合理溫度區間，可以實現電纜高溫的早期預警。

在智能化PDU快速發展的時期，可以將此類PDU及相關檢測傳感器傳回的數據集成于數據中心（IDC）統一監控平臺內，現實數字化監控、可視化管理、智能化預警和決策輔助。

[1]康楠.數據中心系統工程及應用[M].北京:人民郵電出版社,2013.

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[7]中華人民共和國工業和信息化部.綜合布線系統工程驗收規范(GB50312-2007)[S].北京:中國計劃出版社,2007.

汪嘯（1986—），碩士，工程師，研究方向為信息系統架構分析、IDC機房運維。