一、數(shù)據中心機房配電安全性面臨得問題

數(shù)據中心最大的訴求，就是保障服務器供電的安全與可連續(xù)性。然而，僅僅最近三年中，?數(shù)據中心發(fā)生了十余件故障乃至災難。詳見《盤點：近年數(shù)據中心十大災難事件》 經過盤點近年來災難事件不難發(fā)現(xiàn)，?電力系統(tǒng)一直是導致數(shù)據中心業(yè)務中斷故障的最常見因素，在2021年中電力問題占43%的比率。

數(shù)據來自：Uptime Institute2021年全球數(shù)據中心調查報告

高質量的產品能夠有效減低數(shù)據中心故障，可以為筑牢數(shù)據中心最后一道防線發(fā)揮重要作用，構建機房安全用電的最后一道防線就是與電器設備接觸最為密切的“插座”。在機房中，專業(yè)機房專業(yè)插座通常被稱為PDU（POWER DISTRIBUTION UNIT），意思是電源分配單元。 CDCC發(fā)起了“數(shù)據中心基礎設施運營調研及數(shù)據中心PDU應用情況專項調研”，共采集數(shù)據中心樣本總數(shù)568個。在數(shù)據中心IT服務中斷（宕機故障）的主要原因占比中，電力原因高居第一位，而在“所在的數(shù)據中心有哪些電氣專業(yè)的設備發(fā)生過故障”中，數(shù)據中心PDU故障占比達34%。 機柜內一般都是放置著諸多昂貴且重要的設備，許多情況下都是杜絕斷電的。機柜內的PDU雖然是個小器件，但卻是各種設備中工作時間最長的器件，只要有設備工作，插座都會處于通電工作狀態(tài)。一旦因為插座的質量不好，而造成斷電甚至是災難性的后果，其損失將不可估量。 下面讓我們來討論電力系統(tǒng)中末端配電設備PDU設備的可靠性以及安全性的影響因素進行分析。

二、PDU導電材質及焊接工藝對可靠性的影響

PDU作為機房配電最后一個環(huán)節(jié)，其供電的可靠性至關重要！

在所有的PDU故障中，產品質量問題依然嚴峻，故障原因眾多，在導致設備故障的主要原因中，產品質量問題占比38.87%，高品質配電成為重點。 PDU安裝在機柜后面，通常在熱通道側，一般運行溫度在25-35度之間。從安全角度考慮，產品應盡量控制溫升；一般熱冗余模式下，兩條pdu給服務器同時供電，平時各占50%，一但一路失電，另外一路供應100%。所以往往pdu的單條負荷不會超過40%，如果一但發(fā)生單路掉電事故，開始由另外一路單獨供電,則PDU的溫升問題就會暴露出來。PDU的內部設計、導電材質及焊接技術是形成高溫升的主要原因。 目前市面上PDU廠家結構和材質均不相同，其中主導電材質存在差異。 銅作為最常見的一種導電材質，被廣泛用于配電行業(yè)中，但是銅也分為很多種，如下做介紹。

配電行業(yè)中的銅

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黃銅：

銅和鋅的合金稱為黃銅。黃銅有較強的耐磨性能。黃銅強度高、硬度大、耐化學腐蝕性強。還有切削加工的機械性能也較突出。大致比例7:3，鋅的電阻率比較大，導電性能差，所以黃銅不適合做導體。

◆紫銅：

是工業(yè)純銅。因其具有玫瑰紅色，表面形成氧化膜后呈紫色，故一般稱為紫銅，也稱紅銅。導電性和銀差不多，僅次于銀。有些銅銀合金，含銅量比較高，也稱為紫銅。

◆磷青銅：

磷青銅是銅與鎳、磷的合金，質地堅硬，可制彈簧。廣泛用于小型導電金屬件含銅量99.5%以上。

◆T2銅：

指的是銅銀合金，其中銅的銅+銀元素含量>99.95。

◆標準電解銅：

是指銅含量超過99.95%的銅，電解指的是其生產工藝。

◆無氧銅：

是指除了銅含量達到這個標準以外，氧的含量至少低于100ppm。

*以上分類從材、工藝、含銅量上進行分類，并不矛盾。比如電纜里用的都是電解無氧紫銅銅絲，需要有柔軟度，保證導電率，國內出現(xiàn)過無良廠家換成其他材質。

作為金屬導體評判其導電性能的一個重要指標就是電阻率。電阻率是用來表示各種物質電阻特性的物理量。用某種材料制成的長為1米、橫截面積為1平方米的導體的電阻，在數(shù)值上等于這種材料的電阻率，單位Ω*m。

電阻率越小說明導電性能越好，部分金屬的電阻率如下：

所有材料中其中銀導電性最好，然后是紫銅，然后是鋁，不難看出黃銅的電阻率是紫銅的近4倍，從參數(shù)上導電率在鋁之下。 對于電流小于120A或者銅導體截面小于25mm2的產品我們一般按照以下的方式匹配電流與電纜的截面積。 2.5平方毫米銅電源線的安全載流量－－28A；

4平方毫米銅電源線的安全載流量－－35A；

6平方毫米銅電源線的安全載流量－－48A；

10平方毫米銅電源線的安全載流量－－65A；

16平方毫米銅電源線的安全載流量－－91A；

25平方毫米銅電源線的安全載流量－－120A。

*如果是鋁線，線徑要取銅線的1.5-2倍。

上述標準只限于紫銅，目前部分PDU廠家偷換紫銅與黃銅的概念，使用黃銅材料生產，雖然外觀上感覺銅排很厚，而且銅排黃的發(fā)亮，但是實際是難以通過相關溫升試驗（也并非完全不能使用黃銅，但是按照電導率的差異，其黃銅的銅排截面應該是紫銅的4倍）。 此外黃銅是銅鋅合金,由于鋅的沸點較低,僅為907℃,故焊接過程中極容易蒸發(fā),這一點成為黃銅焊接的最大問題。在焊接高溫作用下,焊條電弧焊時鋅的蒸發(fā)量高達40%,鋅的大量蒸發(fā), 導致焊接接頭的力學性能和耐蝕性能下降,還使之對應力腐蝕的敏感性增大，降低產品可靠性。

除此之外，焊接技術也會影響產品的性能，下圖為兩張PDU內部聯(lián)線貼焊的圖片，混合焊錫的位置一但焊錫不均勻，配合黃銅導體的高溫升，會迅速燒毀絕緣材料?？梢钥吹?，上圖中PC材質的功能件焊接處已經燒毀。

而使用紫銅銅條插接進功能件使用自動化焊接錫焊的產品在物理結構上則相對更穩(wěn)定。

突破電氣使用CCD視覺定位焊接技術可實現(xiàn)銅條與功能件引腳的自動焊接作業(yè)，視覺自動捕捉焊點位置進行焊接作業(yè)；同時，產品可以滿足兩種類型功能件組合焊接。實現(xiàn)2個焊接模組同時上料、作業(yè)，大大提高了生產效率；CCD視覺定位，可自動分辨功能件的種類，實現(xiàn)焊接點目標的捕捉定位。理論上視覺定位和每個焊點的焊接在5秒以內，快速高效。此外焊接時采用大功率的焊臺、1.5mm大直徑錫絲，有效提高熔錫效率和上錫效果，保證每個焊點的高品質，高可靠性。

三、產品分析

以上分析了紫銅和黃銅的電阻率和導電性，那在實際產品中溫升如何呢，下面我們對市面上兩個產品做比。 （溫升：根據國家標準GB2099.1的要求，普通合格插座的溫升指標應不高于45℃。否則插座在使用過程中不可避免會產生過熱、外殼變形、短路、甚至電氣火災(溫升是指在插座滿負荷的情況下通電一小時，插座各端子處通電后溫度升高的度數(shù))。由于機房24小時不間斷服務的特殊性，同時機柜中相對封閉的使用環(huán)境，都要求機房插座的溫升更小。） PDU內部線材材質和焊接的可靠性是對溫升有很大影響的兩個因素。

黃銅內聯(lián)線PDU機柜電源分配單元PDU，采用6mm2黃銅材質銅帶。

M&G_PDU ,采用4mm2紫銅材質銅柱。

M&G_PDU ,采用6mm2紫銅材質銅柱（其他：主線軟纜為10mm2的銅線）。

03?測試方法及符合標準

參考標準:YD/T 2063-2009 測試方法：通最大電流32A銅條/銅帶待溫度穩(wěn)定后計算溫升值進行比較。

04?試驗記錄

試驗項目及要求：2H后端子溫升不得大于45K 試驗電流：32A 測試數(shù)據：

05?試驗結論

32A溫升測試中，黃銅內聯(lián)線PDU黃銅材質銅帶溫升均值是57.2K;此數(shù)值大于45K的溫升。

M&G PDU 4mm2紫銅銅柱溫升均值是25.4K。

M&G PDU 6mm2紫銅銅柱溫升均值是21.85K。

M&G PDU 4mm2紫銅銅柱溫升均值比6mm2黃銅內聯(lián)線PDU的低31.8K。

M&G PDU 6mm2紫銅銅柱溫升均值比6mm2黃銅內聯(lián)線PDU的低35.35K。

以上對32A產品參照YD/T2063-2009標準做了溫升試驗，其中突破電氣的兩款紫銅產品，6mm2和4mm2產品均表現(xiàn)出良好的電氣性能。但是其他廠家黃銅產品，溫升大大超出標準要求的45k，被監(jiān)測為不合格產品。 57度溫升，再加上運行溫度30度，90度，會大大影響PDU的使用可靠性，甚至有可能局部高溫燒毀絕緣層，就如文中案例描述的。

04 結論

高品質PDU的使用加大了機房安全用電系數(shù)，減少和預防電氣災難的發(fā)生，真正守好了機房安全用電最后一關。內聯(lián)線材質，焊接方式均為影響PDU品質的因素，從實驗結果中可以看出同規(guī)格的紫銅性能明顯優(yōu)于黃銅，且焊接工藝也會是影響產品品質很重要的因素之一。 突破電氣在生產PDU時使用紫銅作為PDU內聯(lián)線并使用CCD視覺定位自動焊接技術，保證了整條PDU產品的導電性，同時提高焊點可靠性，使得突破電氣產品溫升遠遠低于同規(guī)格黃銅產品。

突破電氣

成立于1995年的中關村。數(shù)字基礎設施關鍵產品生產商，國家級高新技術企業(yè)，國家級專精特新“小巨人”，雙軟認證企業(yè)。主營電能管理產品、熱能管理產品、信息技術與邊緣計算設施產品、智能軟件管理產品以及產品全生命周期服務。為來自數(shù)據中心、智慧城市、5G、數(shù)字交通、智能制造等領域客戶提供優(yōu)質產品與服務。