数据中心机房接地方案的设计

　　数据中心机房接地系统的可靠性不仅关系到人身安全,而且对设备的稳定运行也有很大的影响。近年来,随着单个数据中心机房建设面积的不断增大,机房接地系统设计以及施工当中出的一些问题也越来越多,如PE线电流过大,N线电压过高等。本文主要想针对上述问题出现的原因及解决办法进行论述,目的是采取切实有效地办法,构建一个完善可靠的接地系统,为数据中心的稳定运行提供保障。

　　工作接地:根据系统运行需要进行的接地,如电力系统的中性点接地(又分为高压系统接地和低压系统接地)、电话系统中将直流电源正极接地、UPS输出端隔离变压器的接地、UPS系统配套电池系统的接地(如果需要的线

　　接地:防止电气装置的外露导电部分以及装置外的导电部分,由于绝缘损坏有可能使设备带电而设置的接地;2

　　防护接地:为防护装置向大地泄放流而设置的接地,如电缆金属外皮的接地、浪涌器的接地等;3

　　防静电接地:将静电导入大地,防止其危害的接地。如机房内架空地板的接地、机房内产生静电管道的接地等。

　　功能和兼有的接地电磁兼容性接地是指为装置、设备或系统在其工作的电磁中能够不降低性能地正常工作,且对该中的其他事物不构成电磁危害或能力而作的接地,如屏蔽接地等。

　　市电高压系统的中性点接地方式高压系统的接地方式分为中性点有效接地和不接地、谐振接地以及高电阻接地。各种接地方式的优缺点在很多专业书籍中都有描述,在此不再讨论。下面就数据中心机房高压系统接地方式的选择和具体实施方法,按照两种供电系统界区分别加以论述。

　　第一种情况是高压电源由区域变电所引来,这种情况中的上级变电所不但为本数据中心提供电源,还为其他用户提供电源。其高压系统的接地方式应根据上级变电所的具体情况由上级变电所确定,数据中心中的高压系统接地方式与上级变电所一致,以确保继电的可靠性。

　　第二种情况是高压电源只为本数据中心提供电源,这种情况就需要设计单位根据数据中心的具体情况,计算系统的接地电容电流,按照规范选取合适的系统接地方式。

　　高压柴油发电机系统的接地方式随着数据中心机房规模的不断扩大,10kV高压柴油发电机并机使用的情况已经非常普遍,柴油发电机的中性点接地也自然列入了数据中心高压接地系统。虽然一般情况下,高压柴油发电机投入运行时,市电电源已切断,但是高压配电系统的继电模式还是应该按照市电电源及单相接地电容电流数值确定,确保数据中心高压柴油发电机尽量供电不中断,也要确保继电的可靠性,这一点在GB50174报批稿的8.4.9节中已经体现:

　　8.4.93～10kV备用柴油发电机系统中性点接地方式应根据常用电源接地方式及线的单相接地电容电流数值确定。当常用电源采用非有效接地系统时,柴油发电机系统中性点接地宜采用不接地系统。当常用电源采用有效接地系统时,柴油发电机系统中性点接地可采用不接地系统,也可采用低电阻接地系统。当柴油发电机系统中性点接地采用不接地系统时,应设置接地故障报警。当多台柴油发电机组并列运行,且采用低电阻接地系统时,可采用其中一台机组接地方式。

　　低压系统中性点的接地方式根据GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》及GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》的,数据中心机房的低压系统应采用中性点直接接地的TN-S系统。

　　数据中心机房低压配电系统需要进行中性点接地的设备有:10/0.4kV变压器、部分隔离变压器、部分直流电源的接地(如果需要)、低压柴油发电机的接地,分别叙述如下:

　　10/0.4kV变压器采用中性点直接接地的方式。由于数据中心机房的特殊性,三相不平衡现象较为严重,且存在大量的谐波电流,中性线上会有较大的电流流过,而机房内部的整流设备和机柜对零地电压值有一定的要求,所以变压器的中性点接地应该采用绝缘电缆就近直接与大地相连,以尽量减少中性线电流对整个接地系统的影响,导体的截面积应该满足载流量和短的要求,具体型号规格可以参考国家标准图集04DX101-1《建筑电气常用数据》32页4-3。

　　隔离变压器的接地:数据中心机房设有大量的UPS,为了降低零地电压,减少谐波电流注入电网,往往会在配电回中加装隔离变压器,于是机房内部隔离变压器的中性点接地成为机房内部工作接地类型之一,与10/0.4kV变压器中性点接地的道理相同,由于隔离变压器中性点也有较大的电流流过,所以中性点接地也应该采用绝缘电缆就近直接与大地相连。

　　部分直流电源的接地:与上述系统接地一样,需要进行直流电源接地的系统,也采用绝缘电缆就近直接与大地相连。

　　当两台机组并列运行时,机组的中性点应经刀开关接地;当两台机组的中性导体存在环流时,应只将其中一台发电机的中性点接地;

　　信号电接地:数据中心机房的大部分设备为服务器及网络、存储机柜,设备的频率范围较为复杂,所以主机房内的信号接地应按照M型来进行设计,M型(网形结构、多点接地)等电位联结方式适用于易受*、大于300kHz频率(也可低至30kHz)电子信息设备的信号接地。电子信息设备除连接PE线作为接地外,还采用两条(或多条)不同长度的导线尽量短直地与设备下方的等电位联结网格连接,大多数电子信息设备应采用此方案实现接地和信号接地。

　　由于绝缘损坏或爬电有可能带电,危及人身和设备安全,另外为了降低建筑物内间接接触电压和不同金属物体间的电位差,避免自建筑物外经电气线和金属管道引入的故障电压的危害,减少电器动作不可靠带来的,有利于避免电引起的*、改善装置的电磁兼容性,电气装置的外露可导电部分、配电装置的金属架构等需要在数据中心设置接地、等电位联结及局部等电位联结;

　　根据GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》第8.3条,主机房和辅助区的地板或地面应有静电泄放措施和接地构造,防静电地板或地面的表面电阻或体积电阻应为2.5×104～1.0×109Ω。

　　主机房内的工作台面材料宜采用静电耗散材料,其静电性能指标应符合上述标准的8.3.1的。电子信息系统机房内所有设备可导电金属外壳,各类金属管道,金属线槽,建筑物金属结构等进行电位连接并接地。

　　根据GB50611-2010《电子工程防静电设计规范》4.1.1第3条“应具有可靠的静电泄放接地系统。地面导电层接地引出点不应少于2处,且相邻间距不应大于25m。”

　　对于新建的数据机房,作为设计方完全有条件在前期提出接地系统土建预留预埋的条件,一般情况下,如果土建条件预留合理,基本上可以实现完善的数据中心接地系统,避免由于设计方案所带来的后期隐患。

　　这种新建数据中心机房的接地方案大致规划如下:严格做到工作接地与接地在一点连接后,在最近端直接与接地极相连,从而做到直流系统、弱电系统、配电系统的工作接地不在机房内混接。接地在机房内做好等电位联结和局部等电位联结,两种接地共用接地极,利用建筑物的基础钢筋作为接地极,并预留与外接接地极的连接点,以便在接地电阻不满足要求时补打接地极的需要。

　　需要提出本机房接地电阻值的要求,如果数据中心机房所在建筑物的接地电阻值不满足要求,必须要求在现有基础上补打接地极,以满足机房的接地电阻值要求。

　　所有的工作接地均采用绝缘电缆以放射式的连接方式接到机房的工作接地接地板上,再采用满足工作接地截面要求的导体直接接到大楼的总等电位接地板(与接地极直接相连的接地板)上。

　　接地在机房内做好等电位联结及局部等电位联结后,接到机房的接地板上,机房的工作接地板和接地板在机房相互连接后,分别接到楼层的等电位连接板上,再接到大楼的总等电位连接板(与接地极直接相连的接地板)上。

　　采用上述两种方法设置的接地系统,将交流工作接地、直流工作接地、接地严格分开,只在机房外进行必要的连接,最大程度的减小了各种接地系统的相互影响,对数据中心机房尤其是大型数据中心机房的稳定运行起到了极其重要的作用。

　　宁文宣：1988年毕业于天津工业大学电气自动化系,毕业后一直从事电气专业设计工作,曾担任过许多大型项目的专业负责人,在电气专业领域有自己独到的见解,在2005年荣获石油勘察设计协会颁发的优秀设计。2012年进入中国建筑技术集团有限公司担任电气专业总工程师,从事数据中心机房的设计及项目管理工作。

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