北美地区的家庭住户通常采用120V的单相交流电。普通住宅一般有四条电线接入:两条相线,一条中性线,一条地线。两根相线可以提供240 V的交流电压,为大功率电器提供电力,如电炉和烘干机。然而,两条电线与中性线之间的电压都是120V,可以为家用电器提供电力。

然而,北美地区的发电厂通常在230 kV至500 kV的超高压下传输三相电力。人们仔细观察高压电力线,就会发现有三条单独的导线,每条导线承载着电流,还有一条中性线。三相电源的配电成本较低,因为三相电源的电线直径比与单相电源的电线直径要细。此外,三相电在服务连接方面灵活性更高,可以为客户提供常规的120V的电源,也可以提供208 V电源。通常工厂和大厦都接入了三相电力,因为它提供了许多优于单相供电的优势。

数据中心都使用三相电源,但一些人并不了解三相电源带来的好处。以下介绍一下单相电源和三相电源之间的区别,并了解为什么三相电源不仅可以节约成本,而且可以帮助建设和运营更高效的数据中心。

采用单相电源存在的问题

运行在60 Hz的常规的120 V单相电源不能提供高功率的电力。因为在这个频率下,交流电的正弦波每秒跨越零点120次。众所周知,功率是以瓦特(W)为单位,瓦特是电压(V)的乘积乘以电流的安培数(A),也就是W = V×A.

当任何一个电压或电流都穿过零点时,其传送的电力将降至零。实际上,瞬时下降到零并不会明显影响电路中的设备运行。但如果设备是电机,例如,其旋转电枢的机械惯性"穿过"零点(这些零点交叉点相叠加,因此单相电源运行的电机的工作寿命比采用三相电源设计的电机要短)。

同样,如果负载设备是没有运动部件的电子设备,则电源滤波器中的平滑电容器可以"缓冲"这些零点。另一方面,三相电源由三个互相相差120度的正弦波组成。这种形式的电源由具有三个独立绕组的交流发电机产生,每个独立绕组彼此相差120度。每个电流(相)承载在单独的一条电线上。由于相位关系,施加到IT负载的电压和电流都不会下降到零。这意味着给定电压下的三相电源可以提供更多的功率,实际上是单相电源功率的1.73倍左右。

近年来,数据中心机架中配置的设备已经增加。有的机架可能承载多达10台耗电5 kW的服务器,功率密度显著提高。如今,由于技术的进步和设备小型化,一个机架将有可能容纳四五十台服务器,并且单个机架的耗电量超过15千瓦。

而单相电源提供的120 VAC为功率为15kW机架供电时,其电流将高达125A,这对于电缆有着更高的要求,需要采用直径将近0.2英寸的AWG 4电缆,而这种情况很难处理,并且费用昂贵。显然,单相电源很难承载这种负载是的。然而,在三相系统中,每根电线只需要采用承载约42A电流的0.09英寸直径的AWG 11电缆即可。

三相电源具有更多的优势

企业为数据中心选择的电力系统可以带来更高的效率和更好的经济效益。单相电源适用于住宅用户。不过,数据中心需要考虑三相电源带来的好处。这些好处包括:

可以根据需要通过三相电源进行分配电源,可以运行电压为120 V和208V的设备,并匹配PDU运行。

三相电源可以为采用120V的设备提供电源,并通过更换的PDU即可升级到208 V,用户可以快速实施,没有明显的停机时间。

当用户将三相电源直接传输到服务器机柜时,其电缆成本会显著下降。

减少电工安装交流电缆所需的工作量和安装时间。

如果企业的未来的数据中心正在寻求采用三相电源,也需要对PDU如何适应所需要的解决方案进行一下了解。

 

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