数据中心机房电缆连接器防护等级的研究

内蒙古电力（集团）有限责任公司信息通信分公司 汪 啸 赛颖夫 任 仁 奥 伟

数据中心机房电缆连接器防护等级的研究

内蒙古电力（集团）有限责任公司信息通信分公司 汪 啸 赛颖夫 任 仁 奥 伟

供电是数据中心的重要组成部分。随着数据中心的信息设备日渐增多，数据中心供电系统存在的支持能力不强、扩展性不足、成本过高等问题日益突出。为应对上述问题，依据实际情况进行研究分析，在结合相关标准的基础上提出了适用于数据中心供电系统的连接器选型、配置办法。

数据中心；供电系统；防护等级；标准

1.引言

1.1 背景介绍

当前，大量的信息不断产生并需要被快速处理。政府、企业等组织机构一般拥有或准备建设一个能够处理大量数据的数据中心以及可容纳其IT设备正常运行的机房。在信息技术广泛应用之前，大型数据中心一般应用于关系到国计民生的行业，随着互联网革命的兴起，数据中心的建设力度和建设速度得到了空间的提高。在移动互联网时代，数据中心的建设和运维工作需要在稳定性、经济成本可控性和时间成本可控性之间进行平衡。

数据中心的建设工作不仅是基础设施建设项目，也关系到运维工作的核心目标，数据中心的安全运行、运维成本和系统柔性在很大程度上依赖于数据中心的规划、设计、建设等前期环节。在数据中心的生命周期内，其建设单位、运维单位和业主单位需要不断地投入大量的人力、财力、物力资源，因此数据中心建设和运行是一项长期的、不间断的且需要大量投入资源的工作。在这种情况下，一个规划科学、建设合理、运营良好的数据中心能够充分提高IT系统的抗风险能力，切实保障该单位业务活动的正常开展。

1.2 数据中心电气设备防护装置

数据中心供电系统可分为交流输入部分、UPS部分、配电柜部分以及相关管理子系统。数据中心供电系统不仅为IT设备提供电源供应，还为空调、照明、机房管理等系统提供电力，其电气设备有10kV、380V、220V等规格。根据国家相关标准的要求，上述电气设备需配置满足要求的防护装置，以保护人员、设备安全。

电气设备的防护装置根据其应用特点在绝缘特性、阻燃特性、机械机构等方面各有特点，该装置的合理配置可有效保护操作人员、相关设备的安全，在一定程度上能够在误操作、极端环境（如极端温度、极端湿度、极端压力、强腐蚀性环境、高电压、强磁场、沙尘等）等情况下保护使用者和相关设备的安全。

科学配置的电气设备防护装置可以有效降低IT设备因电压波动、短路跳闸造成的掉电宕机风险，从而减少了由电气设备引起的数据丢失、服务停止等IT灾难发生的可能性，继而提高了数据中心的可用性。

2.应用环境分析

2.1 应用环境介绍

根据《电子计算机机房设计规范》（GB50174）中对机房选址布局、土木结构、机房运行环境、安全管理、供电电源可靠性等方面对机房分级，可分为A级（容错容灾型）、B级（冗余互备型）、C级（基本功能型）三类。在数据中心规模上，可根据数据中心承载的标准架数量（单位标准机架为2.5KW）分为中小型数据中心（＜3000）、大型数据中心(3000～10000)和超大型数据中心(＞10000)三类。

数据中心机房由温度控制与通风系统、配电系统、消防系统、安防系统、网络综合布线系统、IT设备系统等子系统组成。其结构主要分为线缆通道、气流通道、人员通道和设备布置区，其空气循环方向为下送风上回风以实现降温。

数据中心供电系统为双路冗余，开始于UPS DC/AC逆变器引出的三相380V 50Hz交流电，经过电缆至机柜列头配电柜，再改配为单相220V 50Hz交流电至机柜PDU。为适应配电系统模块化的设计需要，一般在配电柜至机柜PDU间采用标准化的工业连接器进行连接，可提高系统柔性，减少了因机柜变更造成的停电改造风险。一般配电电缆与网络综合布线系统共用机柜下方的空调送风空间，新型数据中心的布置一般为冷气管道和电缆管道共用空间，通信线缆采用顶部布线的模式。

在运维实践中，漏水、金属碎屑、粉尘等侵入物危害会直接威胁配电系统，故障点多数位于电缆连接处。不具有防尘、防水功能的连接器易收到侵入物影响造成短路跳闸。所以，有必要提升配电系统的防护等级，防止此类危害。

2.2 侵入物分析与应对

侵入物的来源主要有以下方面：1.建筑物缝隙渗漏（坠入）；2.温控系统外循环带入；3.机房出入人员带入；4.机房内部设备掉落。来自于1和2的侵入物为雨雪渗水和冷凝水，在重力作用下最终会汇集在阻燃防静电地板上，继而引发该处湿度传感器报警；来自于3和4的侵入物主要为灰尘、水泥块、钢制螺丝、金属屑、塑料碎屑等，其中一部分侵入物可能导致设备短路或引起火灾。这些侵入物最终也会汇集到阻燃防静电地板，只能通过大功率吸尘器进行清除。

参考相关标准对固体侵入物的规定，根据直径大小将A单位数据中心机房侵入物情况进行统计，其中直径在50mm以上的主要是在机房改造工程中产生的硅酸盐类建筑垃圾，直径在10～50之间的主要是在设备安装过程中遗落的螺丝等金属件，直径在5～10mm之间的主要是在支撑构件加工工程中产生的金属碎屑，直径在1～5mm之间的要是在设备安装过程中碎裂的塑料泡沫颗粒，直径在1mm以下的主要是在数据中心运行过程中由空气循环系统进入的灰尘。

上述入侵物可能造成短路或接触不良问题。

在下送风管道中放置的配电连接装置有必要对侵入物进行防护。在设备选型阶段，可考虑采用满足一定防护要求的接头、线缆可有效降低后期加装保户装置的开支。

目前，采用IEC529标准的产品较为普及，已经成为通用的防水、防尘标准。该标准规定的防尘等级为0～6，防水等级为0～8，可根据现场的实际情况对比IP防护等级选用合适标准的产品。

3.结论

通过对照防尘标准，结合侵入物的实际情况，确定防尘特性应该在4级以上。具有4级以上防尘特性的连接装置可有效避免在数据中心建设、运维过程中产生的侵入物影响到连接装置的正常使用。通过对照防水标准，结合电缆处于下送风管道，易产生冷凝水附着或滴溅。根据防水特性标准，应选取满足4级以上的防水要求的产品。结合防尘、防水选取标准，应选取IP44级别以上的产品。目前主流产品的防护级别为IP44或IP66，应结合使用环境、成本等因素进行综合考虑。同时，为确保供电设备的模块化、标准化，可选用满足IEC60309标准的产品。

部分业主要求其机房（设备）具有电磁屏蔽或抗电磁干扰功能。为此，应考虑选在具有金属铠装的线缆，同时还需满足相关绝缘和接地特性。

考虑到机房供电电缆一般为16A和32A两种规格，应根据负载的实际情况配置相应的电缆，电缆应能够与连接器配合良好，连接区域应做防水、防尘处理在日常的维护工作中，可采用真空吸尘器等设备对电缆连接头进行除尘、除异物操作，减少粉尘来源。同时，可在电缆连接器集中放置湿度传感器，以监测凝水状况；放置温度传感器监测电缆和连接器的温度，确保电缆处于合理温度区间，可以实现电缆高温的早期预警。

在智能化PDU快速发展的时期，可以将此类PDU及相关检测传感器传回的数据集成于数据中心（IDC）统一监控平台内，现实数字化监控、可视化管理、智能化预警和决策辅助。

[1]康楠.数据中心系统工程及应用[M].北京:人民邮电出版社,2013.

[2]张广明.数据中心基础设施设计与建设[M].北京:电子工业出版社,2012

[3]中华人民共和国工业和信息化部.电子信息系统机房设计规范（GB 50174-2008）[S].北京:中国计划出版社,2008.

[4]林小村.数据中心建设与运行管理[M].北京:科学出版社,2011.

[5]中华人民共和国工业和信息化部.电子信息系统机房施工及验收规范(GB50462-2008)[S].北京:中国计划出版社,2008.

[6]中华人民共和国工业和信息化部.综合布线工程设计规范（GB50311-2007）[S].北京:中国计划出版社,2007.

[7]中华人民共和国工业和信息化部.综合布线系统工程验收规范(GB50312-2007)[S].北京:中国计划出版社,2007.

汪啸（1986—），硕士，工程师，研究方向为信息系统架构分析、IDC机房运维。