数据中心及家用直流插头插座标准的探讨

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简介:数据中心及家用直流插头插座标准的探讨Discussion on the Standard of Household DC Plugs and Socket-outlets in Data Center and Home Application摘要:本文介绍了直流插头插座的运用现状及前景;结合IEC/TS 6273 ...
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数据中心及家用直流插头插座标准的探讨
Discussion on the Standard of Household DC Plugs and Socket-outlets in Data Center and Home Application

摘要:本文介绍了直流插头插座的运用现状及前景;结合IEC/TS 62735以及国内现存相关标准,分析了数据中心及家用直流插头插座标准的研制进展情况;同时,指出了我国直流插头插座标准制定中所面临的问题,并提出了相应的解决方案。
关键词:直流插头插座;数据中心;标准
Abstract:This paper introduces the current situation of application and prospect of DC plug and socket. Combined with IEC/TS 62735 and relative domestic standards, the development situation of DC plugs and socket-outlets standards in data center and home application is analyzed. Meanwhile, the problems during the standard setting are pointed out and the corresponding solution is well proposed.
Key words:DC plugs and socket-outlets; data center; standard
  随着电子、通信技术的飞速发展,数据中心、服务器等设备不断增加,降低这些设备的能源消耗已非常迫切。采用直流供电是一种节约能源、提高效率的有效方式。直流插头插座就是数据中心的网络基础设施之一,为数据中心提供了高效率的直流电气连接方式,可以协助构建“绿色数据中心”。并且,随着智能电网和智能家居技术的发展,今后在智能楼宇等建筑中同样需要使用直流插头插座。因此,对数据中心及家用直流插头插座标准进行深入地探讨具有十分重要的科研意义与实际价值。
  1 直流插头插座的运用现状及前景
  目前,直流插头插座在数据中心(如图1)、机房中应用居多。在数据中心领域,采用直流供电系统是降低服务器等IT设备耗电量的有效手段。交流供电系统在工作时,需要通过各个设备配备的交流适配器等交流-直流转换器转换成直流电。该过程的转换效率大多只有80%左右,其它的能量以热量的形式损失掉了。而且,有的设备还会反复进行交流到直流、直流到交流的转换,能量损失会更大。因此,如果能够使用高效的交流-直流转换器将交流电统一转换成直流电,然后再向各个设备供电,便可减少以往由低效交流适配器进行转换时的能量损耗,达到省电效果;并且,还可以省去在插座上的多个交流适配器,具有非常可观的经济效益。而在整个直流供电系统中,直流插头插座作为主要接口十分重要。
  随着直流供电的发展,直流插头插座还将在智能家居(如图2)、智能电网等领域发挥重要的应用。因此,如果能够开发出标准型式的直流插头插座,不仅可以大幅度的降低能量的损失,还可以实现节约资源、保护环境的效果。
  如今,市场上已有的直流插头插座可以分为以下两种类型:
  1)大体积、工业场所使用的直流插头插座
  现有工业用插头插座虽然安全性高,但因其体积大,无法在数据中心和家庭中推广使用。并且,工业用插头插座相对民用产品使用不方便,例如:插拔时需要很大操作力等。
  2)低电压、小电流等级的直流插头插座
  目前,低电压、小电流等级的直流插头插座技术已相对成熟,已有成型产品,并且得到了广泛地使用。例如电脑的USB端口,可提供电压为5V、最大电流为2000mA左右的直流电,能够直接给手机、数码相机等电子产品充电。然而,由于受到产品体积、场所空间以及电流等级等多方面原因的限制,目前还没有直接能够应用于数据中心和家庭中的直流插头插座成熟产品和标准。
  由于没有标准化的直流插头插座标准,现在的数据中心和电信中心机房用户把GB 17465《家用和类似用途器具耦合器》标准中的器具耦合器用于数据中心场合;另外,一些企业也自行开发了一些产品,但基本都是参考GB 17465的型式。因为要装到电源分配单元PDU(如图3)中,其外形尺寸已有限定(如图4)。但是,这些产品都忽略了GB 17465是用于交流条件下的情况,在直流条件下使用时会存在一定的危险。所以,起草直流插头插座标准有必要规定相关直流的测试,并对产品进行全面的考核,以确保产品安全。
  2 直流插头插座标准的研制进展
  2.1 IEC标准的进展情况
  国际电工委员会IEC/TC 23电器附件技术委员会下设的WG8工作组正在开展相应直流插头插座标准的制定工作,起草IEC/TS 62735《数据中心和电信中心机房安装的ICT设备用直流插头插座》标准。该项目从2010年启动,但进展比较缓慢。
  IEC/TS 62735标准的结构与家用插头插座标准IEC 60884-1的结构相同,分为30章,4个附录。并且,为了避免拉弧现象造成的危害,该标准中增加了浪涌试验。IEC/TS 62735给出的标准活页图是5A 400V的插头插座,即插头插座的额定电压为直流400V、额定电流是5A,并且给出了相应的测试用量规。
  IEC/TS 62735中给出的直流插头插座的基本型式是扁形插销型式。究其原因,主要是为了便于与欧洲国家墙壁插座已采用的圆形插销型式进行区分。
  2.2国内直流插头插座的标准情况
  目前,国内还没有数据中心及家用直流插头插座的相关标准,所采用的插头插座标准一般为交流。现有的插头插座等接插件标准主要有:
  —— GB 2099《家用和类似用途插头插座》,适用于交流电。
  —— GB 17465《家用和类似用途器具耦合器》,适用于交流电。
  —— IEC 60884-2-4《家用和类似用途插头插座 第2-4部分:安全特地电压(SELV)的插头插座的特殊要求》。但SELV电压等级较低(48V),不能满足数据中心及家用直流插头插座电压等级的要求。对此IEC标准,对应我国标准正在起草。
  —— GB/T 11918《工业用插头插座和耦合器》,该标准适用于主要作工业用途的、户内和户外使用的额定工作电压不超过1 000 V d.c.或a.c.和500 Hz a.c.,额定电流不超过800 A的插头和插座、电缆耦合器和器具耦合器。由于工业用的插头插座的型式尺寸过大,难以在数据中心的PDU等中推广使用。当然,在起草我国直流插头插座标准时,该标准中的相关技术要求值得参考。
  针对目前我国直流插头插座标准缺乏的情况,全国电器附件标准化技术委员会正在采用国际IEC/TS 62735文件起草我国的《数据中心和电信中心机房安装的ICT设备用直流插头插座》标准。
  3 我国直流插头插座标准制定中面临的问题及解决方案
  目前,直流插头插座标准制定中遇到的主要难题有:
  1)拉弧问题的解决
  拉弧现象是指在插头从插座中拔出或插入时,由于电压的存在,形成电弧的一种现象。拉弧现象的产生,容易导致触头材料的烧蚀,直接制约其可靠性和寿命。此外,触点开断时产生的拉弧现象可能会引起窜电, 极易引起误动作或损坏电气控制设备,甚至有可能引燃周围的物体,严重时会导致重大事故的发生。
  交流电供电时,即使有电弧产生,也会因交流电压周期性过零而消失。然而,直流电不像交流电每个周波有两次过零,也不存在反电势,因此更加容易拉弧。并且,一旦产生拉弧现象,电弧不易熄灭。所以在直流插头插座的标准制定中,解决拉弧问题尤为重要。针对拉弧现象,可以采用增加辅助开关的方式,避免在插头插座之间产生拉弧:在电路中增加了开关(或断路器),使用户不能带电插拔插头插座,就可以有效地避免拉弧问题。
  2)插销型式的确定
  插头插座主要有扁形、圆形、方形等插销型式。针对我国的插头插座的使用情况,直流插头插座采用圆形插销型式具有以下优点:一方面可以与我国交流插头插座的扁形插销型式相区别,便于辨认;另一方面,采用圆形插销型式,插销和插套的接触面积较大,可以保证较好的接触压力、减小接触电阻。此外,圆形插销较扁形更粗,更易承受拉弧的影响。
  3)电流等级的确定
  直流插头插座采用的电流等级,跟设备的安全性具有密切联系。目前,IEC/TS 62735标准草稿中给出插头插座图形采用的是5A的电流等级,但在实际使用中已经存在有10A及以上的插头插座。因此,为了今后使用的方便,避免多种插头插座型式的混乱,我国直流插头插座标准可以直接设置为16A的电流等级,但与此同时需以必要安全保护措施辅之。
  4结语
  综上所述,直流插头插座在数据中心、智能家居等领域将会得到广泛的运用。目前,我国直流插头插座产品的应用仍处于起步状态,面临问题较多,存在大量工作需要开展。统一直流插头插座,制定与之对应的具有通用性的标准尤其显得重要。为提高直流插头插座产品质量和技术水平,促进数据中心、智能家居等相关产业的发展,提供接口方面的支持,研究制定适用于我国直流插头插座的标准具有十分重要的意义。
参考文献
[1] IEC/TS 62735,数据中心和电信中心机房安装的ICT设备用直流插头插座[S].
[2] GB 2099,家用和类似用途插头插座[s].
[3] GB 17465,家用和类似用途器具耦合器[s].
[4] GB/T 11918,工业用插头插座和耦合器[s].

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