【数据中心能源白皮书】数据中心常见的供配电接地系统

数据中心的接地系统建设今天，企业的数据中心必须达到前所未有的正常运行时间才能跟上现代商务需求的步伐。

为了保证这一目标的实现，数据中心管理者们越来越关注基础网络设施的构建，这其中就包括接地系统。

目前，我们国家还没有专门针对于数据中心接地系统的标准，可以参照的标准只有YD 5098——《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》以及YD/T 754——《通信机房静电防护通则》。

但这些标准并不完全适合当今的企业数据中心建设。

所以，在本文中，主要依据了目前在全世界广泛被接受的标准TIA/EIA-942——《数据中心的电信基础设施》来进行介绍。

在TIA/EIA-942标准中，数据中心设备的正确接地通常被称为接地系统或数据中心接地基础设施，它用以保护数据中心内的设备和提高整个系统的可靠性。

接地分级TIA-942标准采用了Uptime Institute公司所提供的分级定义。

I级是最低级别，允许每年28.8小时的现场停机。

这对于类似金融机构、提供虚拟主机的组织、医疗机构和其他对正常运行时间具有最大化要求的机构，这样的级别显然是无法接受的。

所以对于这样的机构，其数据中心必须达到IV级标准，其正常率达到99.995％。

这就意味着这些数据中心每年的停机时间仅为0.4小时，每天少于5秒钟。

要使建立的数据中心完全满足标准中定义的分级要求是一个复杂的过程，其中包含着广泛的专业知识和技术，包括建筑、布线系统、电气设计、环境控制和消防。

为使这一任务更加易于实现，TIA-942标准提供了设计指导以帮助数据中心满足各个级别的正常运行时间要求。

例如，按照TIA-942标准规定，在设计I级数据中心时“不需要考虑接地系统，但它可能是满足设备制造商接地要求的推荐方法。

”而对于III级和IV级数据中心，接地系统则绝对需要，并且正确的接地系统会提高数据中心的运行状况。

数据中心接地系统结构接地系统建设的考虑要点接地系统需要达到的两个目标是平衡电位和形成对地的低阻抗路径。

数据中心供配电系统应用白皮书一引言任何现代化的IT设备都离不开电源系统，数据中心供配电系统是为机房内所有需要动力电源的设备提供稳定、可靠的动力电源支持的系统。

供配电系统于整个数据中心系统来说有如人体的心脏-血液系统。

1.1 编制范围考虑到数据中心供配电系统内容的复杂性和多样性以及叙述的方便，本白皮书所阐述的“数据中心供配电系统”是从电源线路进用户起经过高/低压供配电设备到负载止的整个电路系统，将主要包括：高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统（ATSE，Automatic Transfer Switching Equipment）、输入低压配电系统、不间断电源系统（UPS，Uninterruptible Power System）系统、UPS列头配电系统和机架配电系统、电气照明、防雷及接地系统。

如下图：图1 数据中心供配电系统示意方框图高压变配电系统：主要是将市电（6kV/10kV/35kV，3相）市电通过该变压器转换成（380V/400V，3相），供后级低压设备用电。

柴油发电机系统：主要是作为后备电源，一旦市电失电，迅速启动为后级低压设备提供备用电源。

自动转换开关系统：主要是自动完成市电与市电或者市电与柴油发电机之间的备用切换。

输入低压配电系统：主要作用是电能分配，将前级的电能按照要求、标准与规范分配给各种类型的用电设备，如UPS、空调、照明设备等。

UPS系统：主要作用是电能净化、电能后备，为IT负载提供纯净、可靠的用电保护。

UPS输出列头配电系统：主要作用是UPS输出电能分配，将电能按照要求与标准分配给各种类型的IT设备。

机架配电系统：主要作用是机架内的电能分配。

此外，数据中心的供配电系统负责为空调系统、照明系统及其他系统提供电能的分配与输入，从而保证数据中心正常运营。

电气照明：包括一般要求，照明方案、光源及灯具选择。

防雷及接地系统：包括数据中心防雷与接地的一般要求与具体措施。

1.2 编制依据《电子信息系统机房设计规范》GB 50174—2008《电子信息机房施工及检验规范》GB50462—20081.3 编制原则1．具有适应性、覆盖性、全面性的特征。

数据中心机房供配电系统在当今数字化时代，数据中心扮演着至关重要的角色，犹如一个庞大的信息中枢，为各行各业的运作提供着强大的支持。

而数据中心机房供配电系统，则是确保这个中枢稳定、持续运行的关键所在。

数据中心机房对于电力的需求就如同人体对于血液的依赖，一刻也不能中断。

一旦供配电系统出现故障，所带来的损失将难以估量。

这不仅会导致数据丢失、业务中断，还可能对企业的声誉和经济利益造成严重影响。

供配电系统的构成可以说是一个复杂而又精细的工程。

首先，市电接入是整个系统的源头，它就像是一条宽阔的河流，为数据中心带来源源不断的电力。

但市电并不是直接就可以使用的，需要经过一系列的转换和处理。

变压器在这个过程中发挥着重要的作用。

它将市电的高电压转换为适合数据中心设备使用的低电压，同时还能起到隔离和稳定电压的效果。

就好像是一个神奇的魔法盒子，把强大而不稳定的力量变得温顺且可用。

配电柜则像是一个有条不紊的管家，负责将电力合理地分配到各个设备和区域。

它里面布满了各种开关、断路器和保护装置，确保电力的安全输送和使用。

不间断电源（UPS）更是供配电系统中的核心保障。

当市电出现异常，比如停电、电压波动等情况时，UPS 会在瞬间接管供电，为关键设备提供持续、稳定的电力。

这就好比在黑暗中突然亮起的一盏明灯，让人感到无比安心。

电池组是 UPS 的“能量库”，平时处于充电状态，一旦需要就能迅速释放出大量的电能。

为了确保电池组的性能和寿命，定期的检测和维护是必不可少的。

发电机作为备用电源，是供配电系统的最后一道防线。

在市电长时间中断的极端情况下，发电机能够启动并为数据中心提供电力支持。

它就像是一位默默守候的勇士，随时准备在关键时刻挺身而出。

在设计数据中心机房供配电系统时，需要充分考虑多方面的因素。

首先是电力负荷的计算，要准确预估机房内各种设备的用电量，以确保供配电系统能够满足需求，又不过度冗余造成浪费。

可靠性也是重中之重。

采用冗余设计是常见的做法，比如双路市电接入、冗余的 UPS 系统等，以提高系统的容错能力。

数据中心供配电系统概述zsj 数据中心供配电系统概述1：引言1.1 目的1.2 背景2：供配电系统组成2.1 电源系统2.1.1 电力公司供电2.1.2 备用发电机组2.1.3 不间断电源（UPS）2.2 配电系统2.2.1 主配电柜2.2.2 支路分配柜2.2.3 独立电源分配柜3：供电负荷计算3.1 设备负荷计算3.2 备用电源负荷计算3.3 配电负荷计算4：电源系统设计4.1 供电方式选择4.2 地线和接地设计4.3 电缆设计4.4 电源线路保护设计4.5 设备安装与布线5：配电系统设计5.1 配电柜布置5.2 配电柜的接地设计5.3 配电柜的过载和短路保护 5.4 支路分配柜布置5.5 独立电源分配柜布置6：安全措施6.1 设备安全6.2 供电线路安全6.3 配电线路安全6.4 安全设施7：运维管理7.1 系统监控7.2 定期检修和维护7.3 故障处理7.4 预防性维护8：附件8.1 电源线路示意图8.2 配电线路示意图8.3 设备安装图纸注释：1：电力公司供电：指从电力公司接收电能供应。

2：备用发电机组：在停电或电力公司供电异常的情况下，由发电机组提供备用电源。

3：不间断电源（UPS）：在电力中断发生时，为设备提供短时间内的备电，以保障数据中心正常运行。

4：主配电柜：为整个数据中心的电力系统提供总体配电控制。

5：支路分配柜：将电力从主配电柜引导到各个设备和子系统。

6：独立电源分配柜：为特定设备或子系统提供独立的电源供应。

本文档涉及附件：1：电源线路示意图（附件1）2：配电线路示意图（附件2）3：设备安装图纸（附件3）法律名词及注释：1：电力公司：根据《电力法》规定，承担供应电能的企业或机构。

2：供电方式：供电系统的结构或源的类型，如直流供电、市电供电等。

3：地线和接地设计：电力系统的安全设计要求，包括地线敷设和接地装置的选择与设计。

4：电缆设计：电缆的规格、敷设方式和保护措施的设计。

5：电源线路保护设计：电力系统中电源线路的过载和短路保护设计。

浅谈数据中心机房的接地保护设计摘要：随着计算机网络技术的不断发展和社会信息化程度的逐步提高，人们对数据的传输、存储、处理和管理的要求越来越高。

这使得近年来数据中心市场发展迅猛，数据中心机房建设成为各个行业追逐的焦点。

本文通过对几种供电接地系统的概括介绍，筛选出适合作为数据中心机房的供电接地系统，并对其所应采取的各类接地措施作了较为详尽的说明与分析，对数据中心机房应采取的电气保护与接地方法提出了适当的建议。

关键词：数据中心机房；接地系统；防雷接地；工作接地1. 引言二十一世纪是一个网络信息的时代，随着信息时代的不断深入，数据传输、存储、处理的基础设施建设中很重要的一个环节就是数据中心机房的建设，其建设的目标在于保证计算机系统及网络系统的稳定，保证各类业务数据传输、信息通讯的畅通无阻。

在数据中心机房的供配电设计中，接地系统的设计占有重要地位，因为它直接关系到供电系统的可靠性、安全性。

而且随着建筑物使用要求的不同，各类强电设备和弱电设备的功能各异，接地系统也相应不同。

尤其90年代后，大量智能化现代数据中心机房的出现对接地系统设计提出了许多新的要求。

在常用的几种接地方式中，下面分析一下哪一种能够适合数据中心机房。

2. 常用接地系统的型式国家标准明确提出低压配电系统的接地型式有TN系统(TN-S系统、TN-C 系统、TN-C-S系统)、TT系统、IT系统三种。

2.1 TN-C系统TN-C系统被称之为三相四线系统，该系统中性线N与保护接地PE合二为一，通称PEN线。

这种接地系统虽对接地故障灵敏度高，线路经济简单，但它只适合用于三相负荷较平衡的场所。

数据中心机房内，单相负荷所占比重较大，难以实现三相负荷平衡，PEN线的不平衡电流加上线路中存在着的由于荧光灯等设备引起的高次谐波电流，在非故障情况下，会在中性线N上叠加，使中性线N电压波动，且电流时大时小极不稳定，造成中性点接地电位不稳定漂移。

不但会使设备外壳（与PEN线连接）带电，对人身造成不安全，而且也无法取到一个合适的电位基准点，精密电子设备无法准确可靠运行。

数据中心供配电系统应用白皮书核心提示：任何现代化的IT设备都离不开电源系统，数据中心供配电系统是为机房内所有需要动力电源的设备提供稳定、可靠的动力电源支持的系统。

供配电系统于整个数据中心系统来说有如人体的心脏-血液系统。

一引言任何现代化的IT设备都离不开电源系统，数据中心供配电系统是为机房内所有需要动力电源的设备提供稳定、可靠的动力电源支持的系统。

供配电系统于整个数据中心系统来说有如人体的心脏-血液系统。

1.1编制范围考虑到数据中心供配电系统内容的复杂性和多样性以及叙述的方便，本白皮书所阐述的"数据中心供配电系统"是从电源线路进用户起经过高/低压供配电设备到负载止的整个电路系统，将主要包括：高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统（ATSE，Automatic Transfer Switching Equipment）、输入低压配电系统、不间断电源系统（UPS，Uninterruptible Power System）系统、UPS列头配电系统和机架配电系统、电气照明、防雷及接地系统。

如下图：高压变配电系统：主要是将市电（6kV/10kV/35kV，3相）市电通过该变压器转换成（380V/400V，3相），供后级低压设备用电。

柴油发电机系统：主要是作为后备电源，一旦市电失电，迅速启动为后级低压设备提供备用电源。

自动转换开关系统：主要是自动完成市电与市电或者市电与柴油发电机之间的备用切换。

输入低压配电系统：主要作用是电能分配，将前级的电能按照要求、标准与规范分配给各种类型的用电设备，如UPS、空调、照明设备等。

UPS系统：主要作用是电能净化、电能后备，为IT负载提供纯净、可靠的用电保护。

UPS输出列头配电系统：主要作用是UPS输出电能分配，将电能按照要求与标准分配给各种类型的IT设备。

机架配电系统：主要作用是机架内的电能分配。

此外，数据中心的供配电系统负责为空调系统、照明系统及其他系统提供电能的分配与输入，从而保证数据中心正常运营。

数据中心ATSE应用数据中心变配电系统如下图所示：在数据中心中，基本都采用TN-S三相五线制接地系统。

即三根相线L，零线N，保护地线PE。

三极式A TSE只切换相线，四极式ATSE同时切换相线和零线，如果两路输入电源来自同一接地系统，即两套系统中性线（零线）有共同的接地点，那么ATSE可选用三极式ATSE，如果两套输入电源来自两套不同的接地系统，两套系统的中性线接地点不同，应采用四极ATSE。

采用四极式A TSE目的，就是保证两个电源系统运行中做到完全隔离，独立运行。

在数据中心中，给IT设备供电路径基本如下：A TSE＋UPS＋IT设备。

如下图所示：IT设备对于零地电压有特殊要求，GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》对所有的A级，B级，C级机房的要求是零地电压＜2V。

由于地线电压基准值为0，正常情况下，系统由常用电源供电，UPS输出零地电压接近于电网输入端零地电压；在主电源异常，启动备用电源，ATSE切换操作过程中，A TSE后端设备相线与中性线（零线）与前面两路输入电源系统有一断开过程，即ATSE输出部分与输入部分完全断开。

在这个短时间内，UPS 通过蓄电池放电给负载供电，保证服务器不断电运行，由于UPS输出零线来源于电网零线，而电网零线已经断开。

那么，UPS输出零线处于”悬浮”z状态，零线电位产生飘移，UPS输出端零地电压可能达到几十伏甚至上百伏，这样的零地电压可能直接导致服务器重启或烧坏，给IT设备造成重大运行隐患。

为解决这一问题，最优方案为：输出端配置△/Y隔离变压器，变压器副边再造一个TN-S系统，重新引出零线。

在所有过程中（包括ATSE转换过程中，输入零线中断过程）零地电压始终接近于零伏，从而避免零线中断的故障。

对于双电源供给单一UPS，其输入端应设置STS静态转换开关，一般小于5ms，最大不超过10ms。

其示图如下：通过STS转换，我们可看出，交流电源是50Hz，一周期为20ms，从零到最大周期为5ms，因此对于UPS来讲，电源转换过程中中性线（零线）不应脱离电路5ms，才能使零地电压变化不大，在安全电压范围内。

一、什么是接地形式？先来看看规范怎么说GB 2900.73-2008-T 电工术语接地与电击防护【电力】系统接地电力系统的一点或多点的功能接地和保护接地。

保护接地为了电气安全考虑，功能接地是出于电气安全之外的目的。

13 GB 50052-2009 供配电系统设计规范低压配电系统接地型式有以下三种：1、TN系统TN system电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护线与该接地点相连接。

根据中性导体(N)和保护导体(PE)的配置方式，TN系统可分为如下三类：1）TN-C系统，整个系统的N、PE线是合一的。

全程只有4条线。

2）TN-C-S系统，系统中有一部分线路的N、PE线是合一的。

部分线路是4条线，末端线路是5条线。

3）TN-S系统，整个系统的N、PE线是分开的。

全程都是5条线。

2、TT系统TT system电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护线接至与电力系统接地点无关的接地极。

全程都是4条线，设备侧自行引出第5条线。

仔细观察红圈部分与TN系统的不同。

3）IT系统IT system电力系统与大地间不直接连接，电气装置的外露可导电部分通过保护接地线与接地极连接。

全程都是3条线，设备侧自行引出第4条线。

二、三种接地形式有何区别呢？1、TN-S系统1）特点在 TN-S 系统中，电源的中性点直接接地。

在整个电网中，保护导体与中性线分开接线。

2）优点安全，短路时能产生相对大的故障电流，便于保护器件动作。

可使用简易保护装置（如熔断器或断路器）来断开故障线路。

在整个系统中将 PE 线和 N 线分开可确保不会有泄漏电流流过建筑结构或导体屏蔽件，从而不会给 IT 系统造成过量的干扰。

3）缺点贵，整个供电系统中需要五条导线。

必须通过四极开关装置将各子电网分离。

由于施工的原因，导致局部区域发生错误连接 PE+N 的情况。

4）预防措施借助于电流监视器来监视流过 PE 的电流并提供适当反馈信号。