Как выбрать силовые и контрольные кабели для ЦОД

В центре обработки данных (далее — ЦОД) кабель выбирают отдельно для вводов, основной и резервной систем питания, источника бесперебойного питания (далее — ИБП), распределительных устройств, охлаждения, автоматики и противопожарных систем. Ключевыми исходными данными являются нагрузка, схема резервирования, назначение цепи, способ прокладки, плотность трасс и требования пожарной безопасности.

Одной универсальной марки для дата-центра нет. Силовые линии рассчитывают по току, нагреву, падению напряжения и короткому замыканию, контрольные — по типу сигнала, количеству и сечению жил, сопротивлению цепи и электромагнитной обстановке. Для ответственных систем дополнительно проверяют необходимость сохранения работоспособности при пожаре и физическое разделение резервных трасс.

Почему кабельная инфраструктура ЦОД требует отдельного подхода

Центр обработки данных объединяет на ограниченной площади серверное, электротехническое и климатическое оборудование. Электроэнергия проходит от внешних вводов через распределительные устройства, ИБП и внутренние щиты к вычислительной нагрузке и инженерным системам.

Кабельная инфраструктура при этом становится частью общей архитектуры надежности. Недостаточно подобрать сечение по мощности: нужно учитывать резервирование, реальное заполнение трасс, пожарные требования, условия охлаждения и возможность обслуживания линии после ввода ЦОД в эксплуатацию.

Высокая плотность мощности

В дата-центре большое количество нагруженных линий может проходить по общим кабельным конструкциям. Для каждой силовой цепи необходимо определить:

• расчетный ток;
• напряжение;
• длину;
• способ прокладки;
• температуру;
• допустимое падение напряжения;
• количество соседних нагруженных кабелей;
• ток короткого замыкания;
• время отключения защиты.

Общая установленная мощность ЦОД не определяет сечение конкретного кабеля. Между источником и серверным оборудованием находятся несколько уровней распределения, поэтому расчет выполняют отдельно для каждого участка.

Непрерывность электроснабжения

Критичная нагрузка ЦОД обычно включается в архитектуру с резервированием. В ней могут участвовать несколько вводов, ИБП, аккумуляторные системы, дизель-генераторные установки и независимые ветви распределения.

Если оборудование имеет два ввода A и B, недостаточно просто подвести к нему два кабеля. Проектировщик анализирует всю цепочку от источника до нагрузки и проверяет, нет ли общих точек отказа.

Две резервные линии, проложенные совместно через один уязвимый участок, могут одновременно пострадать от пожара, механического повреждения, протечки или локального перегрева. Поэтому резервирование связано не только с количеством источников, но и с геометрией кабельных маршрутов.

Плотная групповая прокладка

Допустимый ток кабеля зависит от отвода тепла. Когда много нагруженных линий расположено рядом, взаимный нагрев ухудшает охлаждение.

При расчете учитывают:

• количество одновременно нагруженных кабелей;
• расположение на лотке;
• расстояние между линиями;
• число слоев;
• температуру помещения;
• условия вентиляции;
• коэффициенты, предусмотренные применимой расчетной методикой.

Кабель, достаточный при одиночной прокладке, после учета группировки может оказаться недостаточным. Тогда изменяют сечение или конфигурацию трассы.

Какие кабельные линии есть в ЦОД

До выбора марки необходимо разложить инфраструктуру на функциональные системы.

Сетевые кабели Ethernet и оптические линии относятся к отдельной подсистеме. Контрольный кабель нельзя считать заменой специализированному кабелю передачи данных только потому, что совпадает количество проводников.

Основные и резервные вводы

Для вводных линий рассчитывают максимальный ток, падение напряжения, ток короткого замыкания и термическую стойкость кабеля. Проверяют условия прокладки и параметры защитных аппаратов.

Для резервной ветви расчет выполняют отдельно. В аварийном режиме распределение нагрузки может изменяться, поэтому резервный кабель должен быть рассчитан на фактическую нагрузку, которую он принимает после переключения.

ИБП и распределительные устройства

Участки до и после ИБП являются разными электрическими цепями. Для них могут отличаться токи, короткое замыкание, защита и количество параллельных кабелей.

При большой мощности проект может предусматривать несколько параллельных линий или одножильные кабели. В этом случае дополнительно проверяют равномерность токораспределения, схему расположения проводников и возможность подключения к оборудованию.

Для нагрузок с силовой электроникой анализируют гармонические составляющие тока и, когда это требуется схемой, нагрузку нейтрального проводника.

Охлаждение и инженерное оборудование

Система охлаждения относится к крупным потребителям электроэнергии ЦОД. Кабели питают холодильные машины, насосы, вентиляторы, компрессоры и другое оборудование.

Для электродвигательной нагрузки учитывают не только номинальный ток, но и характер пуска. Прямой пуск, устройство плавного пуска и преобразователь частоты создают разные условия.

Длинная линия к двигателю может пройти по допустимому нагреву, но не обеспечить требуемое напряжение при пуске. Поэтому падение напряжения проверяют с учетом характеристик оборудования.

Автоматика и диспетчеризация

Контрольные кабели соединяют датчики, исполнительные механизмы, шкафы автоматики и системы диспетчеризации.

Для каждой линии определяют:

• назначение сигнала;
• рабочее напряжение;
• количество проводников;
• ток;
• длину;
• допустимое сопротивление цепи;
• необходимость резервных жил;
• электромагнитную обстановку;
• необходимость экрана.

Как собрать исходные данные

Исходные данные формируют по однолинейным схемам, кабельному журналу, планам трасс и требованиям к инженерным системам.

Мощность и расчетные токи

Для каждой силовой линии определяют расчетную нагрузку. Если требуется, учитывают коэффициент мощности, КПД и режим оборудования.

После расчета тока сечение проверяют по нескольким условиям:

1. длительно допустимый ток;
2. падение напряжения;
3. термическая стойкость при коротком замыкании;
4. температура;
5. групповая прокладка;
6. характеристики защиты.

Окончательное сечение принимает проектировщик по наиболее жесткому из применимых условий.

Схема резервирования

Для каждой критичной нагрузки необходимо понимать:

• основной источник;
• резервный источник;
• наличие ИБП;
• наличие ДГУ;
• питание A/B;
• порядок переключения;
• допустимые общие участки;
• требования к физическому разделению.

Если одна ветвь отключена, проект должен показывать, какую нагрузку берет оставшаяся система и какие кабельные линии работают в этом режиме.

Маршруты и условия прокладки

Кроме длины трассы учитывают ее реальную конфигурацию:

• кабельные лотки;
• шахты;
• проходки;
• количество соседних линий;
• температуру;
• заполнение конструкций;
• доступ для обслуживания.

Проверяют и монтажные параметры: наружный диаметр, массу, радиус изгиба, размеры кабельных вводов и возможность подключения жил к клеммам оборудования.

Как выбрать силовой кабель

Силовой кабель для ЦОД подбирают под конкретную цепь. Один и тот же типоразмер нельзя автоматически использовать между вводом, ИБП, распределительным щитом и системой охлаждения.

Материал и сечение жил

В проекте могут рассматриваться медные или алюминиевые токопроводящие жилы, если выбранная конструкция допускается оборудованием и нормативными требованиями.

При сравнении учитывают:

• сопротивление;
• требуемое сечение;
• массу;
• диаметр;
• контактные соединения;
• наконечники и клеммы;
• электрические потери;
• условия монтажа.

Заменять медный кабель алюминиевым того же сечения без перерасчета нельзя.

Сечение предварительно выбирают по рабочему току, затем проверяют падение напряжения и короткое замыкание. На длинных трассах именно падение напряжения может потребовать увеличения площади жил.

Напряжение и конструкция

Номинальное напряжение выбирают в соответствии с параметрами сети. Одновременно определяют материал изоляции и оболочки, число жил, наличие экрана или других конструктивных элементов.

В ассортименте «Людиновокабеля» для объектов ЦОД представлены разные семейства силовых кабелей. Например, ВВГнг(А)-LS и ППГнг(А)-HF (ВВГнг(А)-LS — силовой кабель с медными токопроводящими жилами, изоляцией и оболочкой из поливинилхлоридного пластиката, не распространяющий горение при групповой прокладке по категории А, с пониженным дымо- и газовыделением; ППГнг(А)-HF — силовой кабель с медными жилами и изоляцией и оболочкой из безгалогенных полимерных композиций, не распространяющий горение при групповой прокладке по категории А) относятся к разным исполнениям и выбираются в соответствии с требованиями проекта.

Проверка групповой прокладки

Для дата-центра этот расчет нельзя оставлять на этап монтажа.

Если проектом предусмотрено большое число линий в одном лотке, после применения коэффициентов допустимый ток кабеля может снизиться.

Простое увеличение сечения не всегда оптимально: возрастает наружный диаметр, занимаемое пространство и нагрузка на конструкции. Иногда рациональнее распределить кабели между несколькими маршрутами.

Как выбрать контрольный кабель

Контрольная линия выбирается прежде всего по функции цепи, а не по названию системы ЦОД.

Количество и сечение жил

Количество жил определяют по электрической схеме с учетом рабочих, общих и резервных проводников.

Сечение зависит от:

• тока;
• длины;
• сопротивления;
• допустимого падения напряжения;
• характеристик подключаемого оборудования;
• механических требований.

Фиксированного сечения, подходящего для всей автоматики ЦОД, нет.

Для реле, клапанов и исполнительных механизмов проверяют напряжение непосредственно на устройстве. Для токовых измерительных цепей учитывают допустимую нагрузку петли.

Защита от электромагнитных помех

Экранированный контрольный кабель применяют, если это следует из чувствительности сигнала, электромагнитной обстановки или документации оборудования.

В ЦОД источниками помех могут быть ИБП, преобразовательная техника, электродвигатели, частотные преобразователи, силовые кабели и коммутационная аппаратура.

Как учитывать пожарную безопасность

Исполнение кабеля выбирают по назначению конкретной линии и требованиям проектной документации. Нельзя назначать всем кабелям объекта FRLS или FRHF только потому, что они прокладываются в дата-центре.

LS, HF, FRLS и FRHF характеризуют разные свойства.

Исполнение LS

LS означает исполнение с пониженным дымо- и газовыделением при горении и тлении материалов кабеля. Для силовых линий завод выпускает ВВГнг(А)-LS, для контрольных — КВВГнг(А)-LS и экранированные варианты.

Исполнение HF

HF используется для кабелей с полимерными композициями, не содержащими галогенов. В отраслевых решениях производителя для ЦОД присутствует ППГнг(А)-HF.

HF и LS нельзя рассматривать как две ступени одной шкалы. Это разные исполнения, и необходимое определяет проект.

Огнестойкие FRLS и FRHF

FR относится к огнестойким конструкциям, используемым там, где требуется сохранение работоспособности электрической цепи при пожаре в установленных условиях.

FRLS объединяет огнестойкость с пониженным дымо- и газовыделением. В номенклатуре производителя представлены ВВГнг(А)-FRLS и КВВГнг(А)-FRLS.

FRHF объединяет огнестойкость и безгалогенное исполнение. Для силовых линий представлен ППГнг(А)-FRHF.

Кабели для ответственных и аварийных цепей

Для противопожарных и других ответственных систем проект заранее определяет требуемую работоспособность.

При этом недостаточно выбрать кабель с обозначением FR. Проверяется кабельная линия в целом:

• кабель;
• крепления;
• соединения;
• проходки;
• маршрут;
• питание;
• условия прокладки.

Если отдельный элемент системы не обеспечивает требуемую работоспособность, одного огнестойкого кабеля недостаточно.

Поэтому применение FRLS или FRHF должно быть связано с конкретной функцией и проектным требованием, а не с общей характеристикой объекта как центра обработки данных.

Как разделять и резервировать кабельные маршруты

Для ветвей A и B анализируют риск одновременного повреждения.

Проверяют:

• общие лотки;
• общие шахты;
• общие проходки;
• зоны возможной протечки;
• пожарные отсеки;
• механически уязвимые участки;
• доступность для ремонта.

Физически раздельными линии можно считать только после анализа всего маршрута, а не одного участка около оборудования.

Для контрольных и сигнальных цепей дополнительно учитывают электромагнитную совместимость. При необходимости силовые и чувствительные линии разводят по разным конструкциям или используют предусмотренные проектом способы разделения и экранирования.

Какие марки представлены в решениях «Людиновокабеля»

На отраслевой странице для ЦОД представлены силовые и контрольные конструкции в исполнениях LS, HF, FRLS и FRHF.

Наличие марки в отраслевом перечне не означает ее автоматическую применимость к любой линии. Назначение определяют по технической документации конкретного изделия и проекту.

Полный перечень можно проверить в разделе «Решения для центров обработки данных».

Как подготовить спецификацию для запроса

Запрос «кабель для ЦОД мощностью 2 МВт» не содержит данных, необходимых для комплектации.

Для силовой линии производителю передают:

1. назначение;
2. марку или требования к конструкции;
3. материал жил;
4. число и сечение жил;
5. номинальное напряжение;
6. расчетный ток;
7. пожарное исполнение;
8. необходимость экрана или брони;
9. общую длину;
10. строительные длины;
11. нормативный документ и дополнительные требования.

Для контрольных кабелей также указывают тип цепи, количество рабочих и резервных жил и необходимость экранирования.

Пример строки спецификации:

ВВГнг(А)-LS 5 × 70 мм², 1 кВ — 640 м, строительные длины по кабельному журналу.

Пример контрольной линии:

КВВГЭнг(А)-FRLS 10 × 1,5 мм², 0,66 кВ — 280 м.

Эти записи показывают формат заявки, но не являются рекомендацией конкретной марки или сечения для реального ЦОД.

Если точная марка еще не определена, вместе с запросом можно передать кабельный журнал, расчетные нагрузки, условия прокладки и требования пожарной безопасности. Производитель сопоставит параметры с выпускаемой номенклатурой, а окончательную применимость подтверждает проектировщик.

Ошибки при комплектации ЦОД

• Одна марка для всего объекта. Питание, охлаждение, автоматика и аварийные системы имеют разные требования.
• Выбор сечения только по мощности. Нужно учитывать ток, длину, КЗ, температуру и групповую прокладку.
• Игнорирование плотности трасс. Допустимый ток при группировке может оказаться ниже табличного значения для одиночной линии.
• Формальное резервирование. Второй кабель не обеспечивает отказоустойчивость, если обе ветви имеют общую критичную точку.
• Совместная прокладка A и B без анализа риска. Одно локальное событие может вывести из строя обе линии.
• FRLS или FRHF для всех кабелей. Огнестойкость назначают по требованиям конкретной системы.
• Считать HF более высоким классом LS. Эти обозначения характеризуют разные свойства материалов.
• Подменять кабель передачи данных контрольным. Для цифровых сетей могут требоваться нормированные параметры линии.
• Ставить экран без анализа ЭМС. Экран эффективен только вместе с корректной трассой и схемой подключения.
• Не учитывать монтаж. Подходящий по расчету кабель должен также соответствовать кабельным конструкциям, вводам и клеммам оборудования.