《数据中心机房接地系统探讨》维修电工论文文档格式.docx

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广东省广州市

所在单位：

广州市XXXXXX有限公司

二○一六年十一月二十日

数据中心机房接地系统探讨

冀XX

（广州市XXX有限公司，广东，广州）

摘要

数据中心机房的接地系统设计是否周密、合理，直接影响到服务器、交换机等机房电子设备的稳定、可靠、安全运行，良好的接地系统是设备免遭浪涌过电压侵害、电磁干扰和其他危害的保障。

关键词：

数据中心机房，防雷，接地，等电位联结

前言

近些年中国的数据中心机房乘着通讯行业、电子商务的春风得到了蓬勃高速发展，数字网络的使用在政府机关办公、个人生活、企业运营等所占的比重越来越大，扮演着越来越重要的角色。

中国制造2025是中国政府实施制造强国战略第一个十年的行动纲领，国家战略目标的实现离不开数字网络，数字网络的发展程度将会起到基础性的决定作用。

古语言：

书籍是人类进步的阶梯，而现在我们完全可以说：

网络是人类发展的阶梯。

有网络就有数据，有数据就需要有存储数据的地方，数据的存储就需要数据中心机房。

数据中心机房作为数据网络的基础设施，为保障机房高利用率、低功耗、自动化管理、设备安全、设备长期稳定高效运行等方面，需要考虑衡量方方面面的因素，包括交直流供电系统、冷却系统、环境监控系统、冷热通道系统、消防火灾系统、布线、物理安全、防火措施和接地等。

作为数据中心机房配电系统的从业人员，本文着重探讨现阶段数据中心机房接地系统。

第1章机房接地分类

数据中心机房为了避免浪涌过电压侵害、电磁干扰和其他危害，保障设备稳定、可靠、安全运行，必须有良好的接地系统。

机房接地形式有以下几种：

1）安全地（保护地）。

利用大地建立统一的参考电位“零电位”或起屏蔽作用，它是为了保证人身及设备安全，把正常运行时不带电的金属外壳（如机壳、面板）等进行接地。

安全地R要求不大于4欧姆。

2）功率地（交流工作地）。

它是电子设备、监控设备、照明、风机、指示灯等交流电源的工作地。

工作地R要求不大于4欧姆。

3）静电地。

设备移动或物体在管道中移动，因摩擦产生静电，聚集在管道、容器和贮藏或加在设备上，形成很高的电位，对人身安全及对设备和建筑物都有危害。

静电接地，静电一旦产生就导入地中，以消除其聚集的可能。

4）屏蔽地。

为了防止外界电磁场的干扰，防止电气回路间因直接电磁耦合而产生相互干扰，将设备的屏蔽壳、设备内外的屏蔽线以及屏蔽室的屏蔽体进行接地。

5）逻辑地（直流地、信号地）。

计算机及一切微电子设备大部分采用cMos集成电路，工作于较低的直流电压下，电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位，这个电位可防止外界电磁场信号的侵入，常称这个电位为“逻辑地”。

为保证电子产品内部数字电路具有稳定的基准电位而设置的接地，是设备正常运行所需要的地。

一般直流地R要求不大于4欧姆。

第2章机房接地探讨

接地系统根据用途具体可分为防雷接地、电源系统接地、电气保护接地、防静电接地、信息系统接地、电子设备接地等几种。

2.1防雷接地

建筑物的防雷措施分为外部防雷措施（防直击雷）和内部防雷措施（防感应雷），外部防雷措施包括接闪器、引下线、屏蔽、集中接地装置、共用接地系统等，内部防雷措施包括防雷防浪涌保护器、屏蔽（隔离）、合理布线、等电位联结、共用接地系统等。

如下图一所示。

图一

1）数据中心机房建筑的防雷接地设计在选择接闪器时，应优先选用避雷网形式。

因为一般电气设备允许的雷电脉冲较高，在采取了防雷措施后，可以将直击雷与雷电波侵入的雷害的概率降低很多；

而微电子设备非常灵敏，耐压水平很低，一般只有10V左右，对雷击电磁脉冲极为敏感，易受到电磁干扰和损坏。

雷击电磁脉冲因电磁感应而产生，并且可以通过电源线、天线、信号线的耦合被引入微电子设备，是微电子设备损坏的主要原因。

如果仅按照一般建筑进行防雷设计，机房电子设备受雷击的损坏率就很高。

2）数据中心机房建筑的防雷接地设计在布置引下线时，应沿建筑物四周设置而避免采用中间柱的柱内主筋作为引下线。

这是因为在电子信息系统接地时，通常采用单点接地系统，将接地基准点在建筑物的中心部位引到建筑物底部的接地板上，如防雷引下线设置在四周则可以减少引下线产生的强磁场的干扰。

3）数据中心机房建筑的接地装置的设置、等电位连接即是防雷系统的一部分，也是接地系统的一部分。

建筑物防雷系统、接地系统相互连接、相互配合、相辅相成。

防雷接地、电源系统接地、电气保护接地、防静电接地、信息系统接地等采用共用接地系统，可同时利用建筑物的基础钢筋作为接地极，其接地电阻一般在1欧姆以下。

对于信息系统的接地，以往普遍认为信息系统的接地系统应单独设置，与建筑物绝缘，国外称其为绝缘接地方式。

但是在实际应用中发现，两个独立的接地系统不利于过电压保护，这是因为当建筑物接闪雷电流后，建筑物的电压很高，而信息设备的“信号地”是与建筑物20m以外的大地相连，其电位比防雷接地装置低得很多，设备电压在雷击时维持在“信号地”电位水平，二者之间的电位差通过电容的耦合作用，将耐压能力很低的电子器件损坏。

近年来，很多国内外标准不主张信息设备采用独立的接地装置，推荐采用共用接地系统。

GB50057—94《建筑物防雷设计规范》中明确指出：

“每幢建筑物本身应采用共用接地系统”，即将建筑物内的各种接地都统一接到建筑物的基础上或室外的接地装置上。

当该建筑物遭受雷击时，电力系统的电压和电子设备工作接地的电压同时上升，保持了设备的工作电压不变，使微电子设备在雷击时可正常工作。

如图二所示。

4）数据中心机房建筑的防雷接地设计应重视电源系统供电线路的浪涌保护器配合。

无论直击雷、传导雷、感应雷、操作过电压的发生，都可能造成供电线路浪涌过电压，直接危害到电子设备的正常运行。

如图三所示。

为避免浪涌过电压对电子设备的危害，应采用相应等级的浪涌保护器与内部防雷措施相配合，浪涌保护器保护等级划分如图四所示。

机房电源分配列柜的浪涌保护器放电电流引下线应就近与柜体外壳连接，连接线应短而粗，长度应不大于0.5米。

图二

图三

图四

2.2电源系统接地

数据中心机房接地优先考虑TN-S系统，如图五所示：

变压器中性点接地，系统的保护线与中性线完全分开，这种方式对供电、保护、经济合理性等均十分有利。

对于距离较远的机房，常采用带PE线的五芯电力电缆予以供电，距离超过50m以上的建筑须按规范要求重复接地。

图五

2.3电气保护接地

当采用TN-S系统时，电气设备不带电的金属外露部分与电力网的接地点采用直接电气连接。

数据中心机房中电气设备主要包括电源分配列柜DPF和电源分配单元PDU，电源系统的保护接地应与不带电的金属外露部分直接电气连接；

当活动门板上有电气仪表和开关等，跨接的保护地线截面积应不小于供电电源线截面积。

当带电相线因绝缘损坏时，通过设备外壳构成该故障相对地线的单相短路，利用很大的短路电流，使线路上的保护装置（如熔断器、低压断路器等）迅速动作，切断电路，从而消除人身触电危险。

在机房内，配电柜柜体、设备机柜柜体应采用16mm²

以上接地导线与机房内等电位联结网格相连；

为进一步避免设备机柜柜体存在电位差，应采用2条16mm²

以上接地导线分别于柜体的斜对角引线与机房内等电位联结网格相连。

机房内各个部位的电位都相等，可以保证机房内不会产生反击电压，同时可以降低雷电电磁脉冲产生的干扰。

如图六所示。

图六

保护接地问题不容忽视，无论在设计过程还是施工过程中，都应切实把保护接地落实到位。

应进行保护接地的物体主要包括：

变压器、高压开关柜、配电柜、控制屏等的金属框架或外壳；

电力线路的金属保护管或桥架、接线盒外壳、铠装电缆外皮等。

保护接地的连接线可采用扁钢或铜导线，要求形成可靠的电气通路。

等电位联结是各类建筑物电气设计中一项不可缺少的工作，有总等电位联结和局部等电位联结两种。

所谓总等电位连接是在建筑物的电源进户处将PE干线、接地干接、总水管、总煤气管、采暖和空调立管等相连接，从而使以上部分处于同一电位。

总等电位连接是一个建筑物或电气装置在采用切换故障电路防人身触电措施中必须设置的。

所谓局部等电位连接则是在某一局部范围内将上述管道构件作再次相同连接，它作为总等电位连接的补充，用以进一步提高用电安全水平。

2.4防静电接地

静电主要由不同物质相互摩擦而产生，通信机房的静电危害不容忽视。

首先，很多电子设备及仪器对静电电压比较敏感，静电会影响其正常工作甚至出现错误；

其次，由静电产生的高电压会引起人身触电；

另外，当静电严重时可能会引起火花放电，严重的会造成火灾事故。

为了消除静电所产生的危害，就必须采取措施。

消除静电的方法很多，但最简单和最有效的办法是采取接地措施。

数据中心机房中对所有会产生静电的设备都应保证可靠接地，为了防止积聚在设备和人身上的静电荷达到危险电位，在主要生产场合采用了防静电地板。

这种地板的防护材料中分布有铜线构成的网络，这些金属网络彼此形成电气通路，用于防静电地板的静电传导。

作为电气设计配合，可采用预制的铜带网格+支架的方法如图七所示，或采用铜编织网将支架相互连接的方案如图八所示，然后再与相互绝缘的等电位联结网格多点重复连接如图九所示。

防静电地板支撑边缘为导电部分，与支架横梁接触良好，不需要采用接地线将防静电地板金属线与支架相连，亦可相隔几块地板采用接电线将其连接。

通过防静电地板与等电位联结网格联结，以使静电通过等电位联结网格沿接地装置引下线流向接地极。

图七

图八

图九

2.5信息系统接地

数据中心机房中均采用了集中监控系统，设置了综合布线系统，用于设备的监控和管理。

另外，机房中还设置了火灾自动报警系统。

这就涉及到信息系统的接地问题。

根据《建筑物防雷设计规范》的有关规定，在信息系统接地的设计中，采用S型等电位连接网络。

在信息设备较集中的部位，如数据中心机房、弱电竖井等设置接地基准点，此基准点与建筑物的共用接地系统连接，信息系统的所有金属组件，如各种箱体、壳体、机架等通过等电位连接线与基准点连接，设备之间的所有线路和电缆当无屏蔽时宜按星形结构与各等电位连接线平行辐射，以免产生感应环路。

2.6电子设备接地

电子设备地线大致分为：

数字地（逻辑地）、模拟地、电源地、机壳地（屏蔽地）。

电子设备内部数字地、模拟地一般不能直接连接，仅在系统一点上把两种“地”采用0欧姆电阻连接，避免信号干扰。

数字地、模拟地严禁与电源地直接连接，电源回路的电平一般在市电范围（AC220V±

10%），远远大于数字电路、模拟电路的工作电平3.3-15.5V（15.5V一般用于232接口通讯的最高电平）。

当设备本身发生漏电或遭遇强电磁场干扰时，数字电路、模拟电路会受此噪声干扰导致错误动作，严重的会导致机器毁损。

尤其电源本身可遭遇浪涌、过压击穿等故障更可导致其瞬时电平远远大于其正常电平。

因此为确保安全，一般数字电路、模拟电路的工作地均会与设备的电源地、机壳地等隔离或者采用不同的接地系统。

机壳地一般接交流供电电源的保护地线，再采用短而粗的导线与地相连，一般采用6mm²

的铜线与设置在设备附近的专门的接地母排连接，然后再与等电位接地网格连接起来，接地电阻要求不超过4欧姆，不仅可以防止操作人员触电（机壳与大地、人体等电位），还可以减少对外电磁辐射和增加电子设备的抗干扰能力。

第3章结语

数据中心机房接地系统是一项系统工程，与防雷系统接地密不可分。

接地系统设计是建立在联合接地、均压等电位基础上的，起到保护人身安全、保障设备安全运行的作用。

由于机房地理位置千差万别，在实际项目工程中要结合现场条件，因地制宜，才能找到行之有效的办法，制定出最合理的接地方案。

随着各种先进的接地技术（例如放熔焊接技术等）及产品（例如等电位免接地防雷器等）将源源不断地涌现，数据中心机房的接地系统设计技术必将会有新的进步。

参考文献：

【1】杨峰，浅淡通信机房的接地设计，2006年第23卷第6期.