数据中心防雷接地系统应用建设方案.doc

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1、数据中心防雷接地系统应用建设方案1.1 数据中心机房防雷和接地系统的关系及系统设计依据、设计原则从数据中心机房的建设来看，既需要建设完善的接地系统，又需要建设可靠的防雷系统，而接地系统和防雷系统二者之间是密不可分的。按照国家标准GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范，一个建筑物电子信息系统综合防雷系统所包含的内容如下：图64 GB50343-2004之综合防雷系统从上面的系统架构中，我们看到，接地装置的设置、接地系统的选择、等电位连接都是防雷措施的一部分。因此有时候可以说这两个系统是互为渗透的。依据中国国家标准与部委颁发的设计规范，同时参照国际电工委员会IEC标准、法国NFC标

2、准和德国VDE标准，要求大楼和大楼内的计算机房、程控机房等设备都必须有完整完善的防浪涌保护措施，保证该系统能正常运作。这包括电源供电系统、不间断供电系统，电脑网络、卫星通信设备等装置，均应有瞬态过电压保护器（SPD，Surge Protective Device）防护装置保护。电子信息系统的防雷必须按综合防雷系统的要求进行设计，坚持预防为主，安全第一的指导方针。为确保防雷设计的科学性，在设计前如有必要时，应对现场电磁环境进行评估。在进行建筑物电子信息系统防雷工程设计时，应认真调查建筑物所在地点的地理、地质以及气象、环境、雷电活动规律，该建筑物外部防雷措施情况，并根据建筑物内各电子信息系统的特点

3、等因素，按系统工程要求，进行全面规划、综合治理、多重保护，将外部防雷措施和内部防雷措施整体统一考虑，做到安全可靠、技术先进、经济合理、施工维护方便。1.2 雷电对电子设备的损害途径及防护措施从传统的避雷观念和认识上很容易把人们对雷害防护的认识引向一个误区。在传统观念上人们普遍认为只要按照国家的建筑物防雷设计规范做好建筑物的防雷措施，如安装好建筑物的防雷装置(避雷针、引下线和接地装置的总称)均压环等，建筑物内外的所有防雷工作就“万事大吉”了。但当雷击现象发生时，建筑物的防直击雷装置非但不能保护好建筑物内的各种用电设备免遭雷击，反而使其遭受雷击的可能性增大，而且建筑物的避雷装置接闪能力越强，遭雷击

4、侵入的可能性就越大。这是因为当雷电击中建筑物避雷装置的避雷针上或击中附近其它建筑物的避雷针时，避雷针引下线就承担起了使雷击入侵电流入地释放的作用，在雷击电流快速的由引下线导入大地时，瞬时间内在引下线上自上而下的产生了一强力的变化磁场，处在这个强力变化磁场作用范围内的所有用电器、信号、电源及它们的传输线路都因相对地切割了这个强力变化磁场的磁力线而产生出感应高压，进而在与地线的低电位之间产生电压差，从而迅速将用电设备击毁。同时，当强大的雷电流导入地网时，由于地网本身有电阻（地电阻），会产生地电位，形成地电位反击，从而击毁设备，在下图中建筑物的内部会受到地电位抬升以及雷电感应的干扰。图65 专用外部

5、雷电保护的建筑物雷电对电子设备损害途径主要有三个：1）直击雷经过接闪器（如避雷针、避雷带、避雷网等）而直放入地，导致地网地电位上升。高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。2）雷电流沿引下线入地时，在引下线周围产生磁场，引下线周围的各种金属管（线）上经感应而产生过电压。3）进出大楼或机房的电源线和通信线等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入，入侵电子设备。针对此三种途径所进行的防护如下：1）接闪与接地：大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处

6、理。这样就形成一个法拉第笼式接地系统。它是消除地电位反击有效的措施。2）均压连接与屏蔽：安装均压环，同时通信电缆线槽及地线线槽需用金属屏蔽线槽，且做等电位连接。其布放应尽量远离建筑物立柱或横梁，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能与建筑物立柱或横梁交叉。3）分流：进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在不同的防雷区交界处、以及终端设备的前端，根据IEC61312雷电电磁脉冲防护标准，安装上不同类别的电源类SPD以及通讯网络类SPD。SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。1.3 数据机房防雷在建筑物防雷中的分类等级在GB500572000 建筑物防雷设计规范中

7、，对建筑物的防雷等级作了明确的分类，在规范的分类中，电子信息系统机房最高类别应为二类，如国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物。其他一些信息系统机房，由于没有独立设置，其防雷等级应以该建筑物的防雷等级来确定。例如国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆等等，这类建筑属于二类建筑，对于设置在其中的重要的信息系统机房而言，应与其所在建筑具有一样的类别。1.4 数据机房防雷的具体措施建筑物防雷的具体措施一般涉及到机房的设置，建筑物的防雷及SPD的选用等。1.4.1 机房位置的设置一般而言，除了独立建设的信息系统机房外，大多

8、数的信息系统机房是随主体建筑而设置的。对于这种在建筑物主体内设置的机房而言，其所设置的位置、楼层等对于防雷安全来说是至关重要的。例如一栋100m高的建筑，从屋顶的接闪器通过防雷引下线到接地极的距离约为100m，这100m长的引下线，是有一定阻抗的。当我们要求接地电阻为1时，并不是说仅在接地极处是1，而是要将引下线的电阻一并考虑在内。通常防雷接地的引下线是采用建筑柱子中的两根16的主钢筋。这些钢筋作为雷电流的引下导体，具有一定的电阻。在数十千安乃至数百千安的大电流流过时，在其上各点位置上会有不同的电压降。这些电压，对建筑内的信息系统机房会产生一定的危害，而且随着建筑高度的降低，其电阻值和电压降均

9、会减小，相对而言，其产生危害的可能性也随之降低。因此，对于信息系统的机房位置，从防雷的角度希望设置的层数不要过高，也就是说，越低越好。除此之外，关于信息系统机房在建筑平面中所设置的位置，也需要重点考虑。由于在雷击时有很大的雷电流从引下线上流过，将会产生强大的瞬变磁场，强磁场对周围的导体，例如钢筋混凝土中的钢筋、配电管线、建筑中的弱电管线等产生感应，形成电流。这些雷电流、瞬变磁场、感应电流等将对设置在其附近的电子信息系统产生一定的影响或危害。而对于此类影响，最有效的解决方式之一就是将信息机房位置设置在建筑物的内区。但是有许多建筑，其建筑形式和平面布局已经限定了不可能将机房设置在内区。在这种情况下

10、，可以考虑将机房内为信息系统供电的线路、插座以及信息系统数据出入口等的设置，离开建筑外墙，离开防雷引下线通过的柱子及其周围一定的距离。这样就降低了雷电流产生强大磁场而对信息系统机房中设备因感应、耦合而造成的损坏。 1.4.2 建筑物的防雷按照建筑物防雷设计规范GB50057-2000的规定，关于信息系统防止雷击电磁脉冲的措施，首先就要关注建筑物的防雷措施，这是外部防雷措施。一般建筑物的防雷措施主要是采用接闪器、引下线和接地装置。而当建筑高度超过45m的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物尚应采取防侧击的保护措施。接闪器采用避雷针、避雷带（网），或两者混合的方式，还宜利用建筑物的金属屋面作为接闪器，但应

11、符合规范要求，不应采用装有放射性物质的接闪器。屋面上的突出物，如卫星和共用天线接收装置、节日彩灯航空障碍灯和屋面风冷机组等，应在防雷装置保护范围内，若按滚球法计算不在保护范围内时，应另设避雷针、避雷带加以保护，并与屋面防雷装置相连。引下线应优先利用建筑物钢筋混凝土柱或剪力墙中的主钢筋，还宜利用建筑物的消防梯钢柱、金属烟囱等作为引下线。当用钢筋混凝土柱中钢筋、钢柱作为自然引下线，并同时采用基础钢筋做接地装置时，不设断接卡，但应在室内外适当地点设若干与柱内钢筋相连的连接板，供测量、外接人工接地体和作等电位连接用。砖混结构的建筑物，在外墙四周另设引下线，并在离地1.8m处装断接卡。其1.7m至地下0

12、.3m一段应采取保护措施。接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时，应将地梁内钢筋连成环形接地装置；没有钢筋混凝土地梁时，可在建筑物周边内无钢筋的闭合条形混凝土基础内，用40x4的镀锌扁钢直接敷设在槽坑外沿，形成环形接地。1.4.3 SPD的选用电子信息系统机房的电源是从建筑物内的变配电室引来的，在变配电室，首先要设置第一级SPD，一般是在低压侧主进开关附近装设。当从变配电室引出的电源电缆至信息系统机房时，全程经过了一定的距离，为了防止雷电电磁脉冲的影响，须在机房电源柜（箱）的进线处设置第二级SPD。根据机房规模及距离第二级SPD的远近，有的在设备处还需要设置第三级S

13、PD。鉴于信息机房的重要性，建议SPD应选择全模式暂态电压浪涌保护，包括L-N、L-L、L-G(N-G依系统需要设置)当信息系统的数据传输线采用铜缆进出建筑物时需要考虑设置SPD，值得指出的是当进出建筑物的数据传输线采用光缆时，需要了解光缆是否带有金属外皮，一般光缆为了增强其抗拉强度而增加了金属外皮，这种情况下需要设置SPD。若无金属外皮，则可以不设置。信息传输用的天线和馈线，由于装设在屋顶或室外，对这些天馈线，需要设置SPD。SPD的选用应使其能够承受预期通过的雷电流，这是从SPD本身安全以及系统安全考虑。SPD还应能限制线路的过电压，并且能熄灭雷电流通过后的工频续流。在选择SPD时，还应考

14、虑SPD与被保护设备的保护配合。SPD的电压保护值应始终小于被保护设备的冲击耐受电压值，只有这样才能起到保护作用，否则容易造成SPD还未动作，但被保护设备却遭受损害。另外究竟要装设多少级SPD，这应根据被保护对象，即被保护的信息系统设备的雷电电磁脉冲防护等级来确定。在对SPD进行连接时，应按要求使连线尽量短，一般不超过0.5m。如果进线端SPD的电压保护水平与被保护设备的冲击耐受电压相比过高的话，则须在设备处加装第二级SPD。为对电子信息系统机房设备提供最佳的保护，使得被保护设备既能承受更强的电流又有较小的残余电压，通常应用SPD作一级及二级保护。一级保护能承受高电压和大电流，并应能快速灭弧。

15、二级保护用来减少系统端的残余电压，它应具有较高的斩波能力。两级SPD之间的最短距离为10m。当进线端的SPD与被保护电气设备之间的距离大于30m时，应在离被保护设备尽可能近的地方安装另一个SPD。反之，如果不增加一级保护，由于电缆距离较长，SPD上的残压加上电缆感应电压仍可能损坏设备，不能起到保护作用。1.5 数据中心共用接地与单独接地在过去很多年，IT设备供应商从自身设备的安全考虑，往往提出其设备要单独接地，经过调查发现要求单独接地的理由主要有两个：第一，如果不单独接地，设备间的故障电压将互窜，导致IT设备外壳带电，造成人员触电事故；第二，IT设备的电子线路易受干扰，要求单独接地。从接地分类

16、来讲，第一个理由属于保护性接地，第二个理由属于IT设备的功能性接地（信号地）。由于导体的阻抗（电阻+感抗）在不同的频率下是不同的，在直流或交流50Hz工频条件下，接地线的阻抗主要是电阻，其值很小，可忽略不记，而在300kHz以上的高频条件下，接地线的阻抗主要是感抗，其值很大，将直接影响接地效果。保护性接地主要涉及配电系统问题，因此主要是在工频条件下进行讨论，而电子线路的工作频率和易受干扰的频率一般是在几十到几百兆赫范围内，因此IT设备的功能性接地主要是在高频条件下进行讨论。对于单台IT设备来讲，要求单独接地是很合理的，其目的是为了保证工作人员的生命安全，保证IT设备的正常工作，但认真分析后会发

17、现，对于IT设备所处的建筑来讲，或者是对整个接地系统来讲，“单独接地”存在很多不能解决的问题，如不采取其他措施，很难完全保证人员的生命安全和IT设备的正常工作，下面就两个“单独接地”的理由进行分析。1对第一个理由的分析从表面上来看，第一个理由是从人员生命安全的角度考虑的，单独接地是为了防止其它设备的故障电压影响到IT设备，仔细分析起来，实际上和配电系统有关。配电系统为TN-C系统时，要求设备单独接地是有一定道理的，但当配电系统为TN-S系统时，要求单独接地的理由就不存在了。图66是TN-C系统，从该图可以看出保护线与中性线是合二为一的，我们称之为“零线”或PEN线，用电设备的金属外壳是接在“零

18、线”上的，称为接“零”保护。系统正常运行时，“零线”上是有电流和电压的，所以用电设备的外壳上也存在电压（一般不超过50V），这时如果将IT设备的工作接地和保护接地接在“零线”上，将对设备产生干扰，造成设备不能正常工作，对人身安全也不能很好地保护，因此供应商提出要求进行单独接地来解决这一问题。IT设备单独接地后，TN-C系统变为了TT系统。图67是TN-S系统，从该图可以看出保护线（PE）与中性线（N）自变电所之后是绝对分开的，用电设备的金属外壳是接在“PE”线上的，系统正常运行时“PE”线上是没有电流的，且建筑内所有金属管道、配电设备的金属外壳、金属构架、电梯轨道、金属灯具外壳均与PE线做等电

19、位联结，整栋大楼基本上可看作为一个等电位体（在50Hz的工频情况下，楼层之间的电位差暂且不计，但在300kHz以上的高频或雷电流的作用下，楼层之间的电位差不可忽视），不存在电位差，因此设备和人都是安全的，但如果安装在大楼内的IT设备“单独接地”，不接“PE”线，则相当于将TN-S系统改为了TT系统，TT系统如图68所示：图66 TN-C系统示意图 图67 TN-S系统示意图RCD图68 TT系统示意图从图68可以看出，IT设备是单独接地的，正常时设备的外露导电部分为地电位，电源侧和其他设备出现的接地故障电压不互窜，达到了IT设备要求单独接地的目的，但当实施了单独接地的IT设备自身发生接地故障时

20、或建筑物遭受雷击时，单独接地在保证设备和人员安全方面就有问题了，下面就单独接地的安全性从两方面进行分析。（1）单独接地的IT设备自身发生接地故障时从图68可以看出，当设备自身发生接地故障时，故障电流Id如图中箭头所示。故障回路内包含了RA和RB两个接地电阻，故障回路的阻抗比TN系统的阻抗要大，故障电流较小，作为保护用的电气装置不能及时动作切断电源，此时如有人员接触设备外壳，将造成触电事故。理论上解决上述问题的方法有两个，一是在电源回路中加装RCD剩余电流保护器（如图68所示）；二是大幅度降低接地电阻值，使RA1（对于不同的设备，此值略有不同）。这两种方法从理论上来讲都是可行的，但在实际操作中都

21、存在一些问题。在第一种方法中，由于IT设备的电子线路一般装有滤波装置（用于抑制干扰），而滤波装置中的电容器是跨接在相线和PE线之间的，设备工作时存在正常的泄漏电流，此电流值有可能大于RCD的动作电流值（或一路配电线路带几台设备，其泄漏电流的和值大于RCD的动作电流值），造成RCD动作切断电源。在数据中心内，从保证IT设备供电可靠性的角度出发，一般不允许在供电回路中加装剩余电流保护器。在第二种方法中，要实现单独接地，且接地电阻RA1在实际工程设计和施工中是很难达到，更何况为了防止反击，单独接地的接地极要求远离建筑基础20米以外（建筑基础一般作为共用接地系统的接地极），现场一般是没有这个条件的。（

22、2）建筑物遭受雷击时从图68可以看出，IT设备的接地与整个建筑的接地是绝对分开的（暂且这样认为，要做到绝对分开几乎是不可能的，也没有必要），在建筑物遭受雷击时，由于雷电泄放电流高达数十到数百千安，导致建筑物的整体电位瞬间抬高，而IT设备由于是单独接地，其接地系统与建筑物的“地”是分开的，因而此时IT设备仍保持低电位，建筑物与IT设备之间形成了电位差，造成IT设备击穿放电，操作人员触电伤亡。消除电位差的唯一方法是做等电位联结，美国国家电气法规NEC和国际电工委员会IEC的标准规定：每一建筑物（每一装置）的所有接地体都应等电位直接连接在一起。这种方法就是我们通常所说的“水涨船高”，IT设备的基准电

23、位与建筑物的电位永远保持一致，没有了电位差，设备与人员的安全就得到了保证。2对第二个理由的分析IT设备的电子线路是否需要单独接地？在讨论这个问题之前，我们先将电子线路的工作原理介绍一下。IT设备的工作信号是“0”和“1”，而“0”和“1”是相对于某一个基准电位而言的。在IT设备中，各种电路均有基准点，如果将这些基准点连接到一个导体平面上，则该平面就称为基准平面，所有信号都是以该平面作为零电位参考点。IT设备常以金属底座、外壳等作为基准平面，将这个基准平面接地，即构成设备的“信号地”。这个“地”是相对而言的，可以是大地，也可以是接地母线等。总之，只要是一个等电位点或等电位面即可（基准平面也可以不

24、接地，形成悬浮地）。信号地的作用是为电子线路的工作提供一个统一的公共参考电位（即基准电位），不会因基准电位的经常漂移而引起信号量的误差，使IT设备稳定可靠地工作。从以上分析可知，电子线路的工作需要一个基准平面，基准平面可以是大地，也可以是接地母线、接地端子，甚至可以是悬浮地，只要是一个等电位点或等电位面即可，而不一定需要单独接地。在IEC标准及我国相关工程设计标准中提出了接地基准点（ERP）的概念，即将本层的楼板钢筋或敷设的金属网看成为基准点或基准面，设备的保护接地和功能接地直接接在基准点、基准面上，不采用每台设备单独接引下线的方式，而是采用将基准面与接地干线或拄内钢筋连接，其主要目的是两个：

25、第一是为设备的操作人员提供安全保障；第二是为提高IT设备的工作稳定性。就以上分析来看，单独接地是没有意义的，单独接地实际上是把人身安全和设备安全放在了第二位，把抗干扰放在了第一位，这是不正确的，应在保证人身和设备安全的前提下解决干扰问题。3如何解决问题从以上的分析可以看出，IT设备要求单独接地的两个理由存在很多问题，从安全保护方面来讲，当IT设备自身发生接地故障时，保护用的电气装置是不能及时动作切断电源的；当建筑物遭受雷击时，建筑物与IT设备之间的电位差，将造成设备击穿放电，操作人员触电伤亡。对于IT设备的“信号地”，实际上只是需要一个相对稳定的基准平面。问题分析清楚后，如何解决问题就是我们下

26、面要讨论的话题。4有关规范的规定电子信息系统机房设计规范GB 501742008第8.3.4条规定：电子信息系统机房内所有设备的金属外壳、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构等必须进行等电位联结并接地。第8.4.2条规定：保护性接地和功能性接地宜共用一组接地装置，其接地电阻应按其中最小值确定。建筑物防雷设计规范GB 5005794，2000年版第1.0.2条和第6.3.3条规定：新建建筑物应采用共用接地系统。计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范GA 2672000，第7.2条规定：新建计算机信息系统设备机房建筑物的接地系统应采用共用接地系统，宜利用建筑物基础钢筋地网或桩基网作为共用接地系统

27、的基础接地装置。建筑物电子信息系统防雷技术规范GB 503432004第5.1.2条规定：需要保护的电子信息系统必须采取等电位连接与接地保护措施。IEC60364-5-54规定：在一个装置内安装的接地体都应该用接地导体连接到总接地端子上。IEEE1100-1999第2.2.2条规定：共用等电位联结网是建筑物内供有效等电位联结和接地的首要方法。5采用等电位联结解决以上问题消除电位差的唯一方法是做等电位联结，使IT设备的基准电位与建筑物的电位保持一致，没有了电位差，设备与人员的安全就得到了保证。图69 等电位联结示意图电子信息系统机房设计规范GB 501742008规定了保护性接地（防雷接地、防电

28、击接地、防静电接地、屏蔽接地等）和功能性接地（交流工作接地、直流工作接地、信号接地等）宜共用一组接地装置，其接地电阻应按其中最小值确定。机房内所有设备的可导电金属外壳、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构等均应作等电位联结并接地。数据中心常用的三种等电位联结方式见上图：图69中，所有IT设备就近与接地汇接箱或等电位联结网格连接，利用建筑钢筋或接地导体引下至接地极（建筑基础，共用接地系统），没有接地电阻值的要求。第一种称为S型（星形结构、单点接地）等电位联结，适用于易受干扰的频率在030kHz（也可高至300kHz）的IT设备的接地。对于C级机房或建筑面积小于100 m2机房，IT设备可采用S

29、型等电位联结方式。这种方式能同时实现保护性接地和功能性接地，是最为简单易行的。第二种称为M型（网形结构、多点接地）等电位联结，适用于易受干扰的频率大于300kHz（也可低至30kHz）的IT设备的接地。IT设备除连接PE线作为保护接地外，还采用两条（或多条）不同长度的导线尽量短直地与IT设备下方的等电位联结网格连接，网格的作用是为IT设备抑制高频干扰提供一个低阻抗的参考平面，从而降低干扰水平。大多数IT设备应采用此方案实现保护性接地和功能性接地。第三种称为SM混合型等电位联结，是单点接地和多点接地的组合，可以同时满足高频和低频信号接地的要求。由于在高频条件下导体存在电容耦合，互相靠近的导体间存

30、在电感耦合，高频干扰信号将通过这些耦合进行传导，为了消除这种干扰，产生了混合型等电位联结的接地方式。采用这种方式时，在有需要的楼层内需装设水平等电位网格，这些网格又和所在场所的电气装置外露导电部分、建筑物金属结构、管道等就近相联结。各楼层间也通过金属结构、管道等互相作垂直的联结。1.6 数据中心UPS输出端重复接地UPS作为IT设备的电源，其输出端是否可以做重复接地，要根据供电系统的接地型式综合考虑。1问题产生的原因：（1）UPS所带负载三相不能平衡，造成中性点漂移三相输出UPS的负荷很难平衡，原因是设计或施工时，很难准确判断今后的使用情况，即使设计或施工时做到了三相平衡，设备运行时也不可能达

31、到三相平衡，原因是每台服务器的负荷率不同，且经常变化，有的服务器负荷率10%，有的服务器负荷率30%或90%，永远不可能达到三相平衡。带来的结果是N线中有大量的不平衡电流，导致中性点漂移。（2）IT设备对“零地”电压有限制“零地”电压就是中性线与PE线之间的电位差，服务器等IT设备对“零地”电压的限值是12V。“零地”电压产生的原因是N线中存在电流，根据实际测量，N线中的电流往往等于或大于相线中的电流，因此电子信息系统机房设计规范GB 501742008中规定：中性线截面积不应小于相线截面积。N线中的电流除上述所说的三相不平衡电流外，还包含大量的谐波电流。谐波电流的产生有两方面的原因，一是UP

32、S所带IT设备为非线性设备，非线性设备在运行过程中产生大量谐波电流；二是UPS本身属于开关电源设备，在运行过程中也产生谐波电流。为了解决“中性点漂移”和“零地电压”的问题，有些数据中心在UPS安装完成后，将N线与PE线直接短接，做重复接地，这样做也是有规范依据的。国家标准建筑电气工程施工质量验收规范GB503032002中规定：“不间断电源输出端的中性线（N极），必须与接地装置直接引来的接地干线相连接，做重复接地”。但是不是在任何情况下都可以这样做呢？答案是否定的。下面就这个问题进行分析：2原因分析和解决方法图70是UPS原理示意图举例（没有输出隔离变压器），从图中可以看到，负载所需的N线和P

33、E线均由UPS旁路提供，同时UPS自身工作需要的N线也从旁路提供，下面就根据TN-S和TN-C-S系统，针对UPS输出端N线做重复接地进行讨论。图70 UPS原理示意图（1）当UPS供电电源的接地型式为TN-S系统时当UPS供电电源的接地型式为TN-S系统时（见图71），如按照GB50303的规定，UPS输出端的N线与PE线连接，使TN-S系统中的N线多次接地，这样做表面上是解决了“中性点漂移”问题，但实际上违反了IEC和国家规范关于TN-S系统在整个系统中N线和PE线分开的原则，这显然是不可行的。图71 UPS输出端错误接地示意图（供电电源的接地型式为TN-S系统）既然N线来自UPS旁路，对

34、于TN-S系统来讲，N线不允许做重复接地，但如果要按照GB50303的规定执行，使UPS输出端N线能够做重复接地，则可以采用将UPS旁路加装隔离变压器的方法解决问题。图72是在UPS旁路加装隔离变压器的方案。在TN-S系统中，旁路有隔离变压器的UPS，可以按照GB50303的规定，输出端N线做重复接地。图72 UPS输出端接地示意图（供电电源的接地型式为TN-S系统）当供电电源的接地型式为TN-S系统时，要降低IT设备输入端的“零地”电压，唯一的方法就是在UPS输入或输出端增加隔离变压器。图73是在配电列头柜中装设隔离变压器，变压器次极的中性线与PE线短接后接地，在隔离变压器后形成新的TN-S

35、系统。由于配电列头柜紧邻IT设备机柜，N线长度较短，即使N线中有很大电流，N线与PE线之间也不会产生较大的电位差，很好地解决了“零地”电压问题。图73 利用隔离变压器降低“零地”电压示意图图74 机房接地示意图（列头柜带隔离变压器）图中等电位联结带、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构均与局部等电位联结箱连接后，再接至大楼总等电位联结箱（或带）。机柜采用两根不同长度的6mm2软铜线与等电位联结网格（或等电位联结带）连接，从列头柜至机柜的N、PE线，因单相负荷较多，其截面积应与相线相同。降低“零地”电压的方法除了使UPS设备尽可能地靠近IT机房，缩短供电距离；单相负荷应均匀地分配在三相上，中性

36、线截面积不小于相线截面积外，加装隔离变压器也是一个很好的方法。（2）当供电电源的接地型式为TN-C系统时当供电电源的接地型式为TN-C系统时，由变电所引出PEN线至UPS（见图75），按照GB50303的规定，将UPS输出端的PEN线做重复接地，这样有利于遏制中性点漂移，使三相电压均衡度提高。同时，当引向UPS供电侧的中性线意外断开时，可确保UPS输出端不会引起电压升高而损坏由其供电的IT设备。当机房负荷较小，同一台变压器即要为IT设备供电，又要为照明、空调等设备供电时，配变电所低压盘内就需要设置PEN、PE、N母排（见下图）。为IT设备供电采用TN-C-S系统，由变电所引出PEN线；为照明、

37、空调等设备供电采用TN-S系统，由变电所引出PE线和N线。图75 UPS输出端接地示意图（供电电源的接地型式为TN-C系统）图76是当供电电源的接地型式为TN-C系统时，数据中心机房接地示意图，从图中可以看出，列头柜之前的供电电源接地型式是TN-C系统，在列头柜内N线与PE线短接后接地，形成TN-C-S系统。列头柜至各个机柜的N线与PE线严格分开，满足IT设备的要求。图76 机房接地示意图（供电电源的接地型式为TN-C系统）3小结IT设备如采用单独接地，当其自身发生接地故障或建筑物遭受雷击时，在保证设备和人身安全方面存在问题，最好的解决方法是采用共用接地系统和等电位联接。IT设备的“信号地”需

38、要是一个等电位点或等电位面，在数据中心内，等电位点或等电位面有三种型式，即S型、M型、SM混合型等电位联结。M型等电位联结采用铜网组成等电位联结网格，是IT设备最常用的接地方法，其作用是减少危险电位差和高频干扰信号的迅速泄放。当UPS供电电源的接地型式为TN-S系统时，如UPS旁路未加隔离变压器，UPS输出端的N线与PE线不能连接；如UPS旁路增加隔离变压器，按照GB50303的规定，UPS输出端的N线与PE线可以连接做重复接地。当UPS供电电源的接地型式为TN-C系统时，按照GB50303的规定，可以将UPS输出端的PEN线做重复接地，形成TN-C-S系统。数据中心的接地问题在工程界已争论多年，是一个看似容易，实际较难处理的问题。对于IT设备采用共用接地系统和等电位联接，目前已得到国内外的普遍认同；但对于UPS输出端是否可以做重复接地，还需要结合供配电系统进行综合分析，不能一概而论。