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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
中图分类号：U264文献标识码： A
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。因此TN-C接地系统不能作为数据中心机房的接地系统。
2.2 TN-C-S系统
TN-C-S系统由两个接地系统组成，第一部分是TN-C系统，第二部分是TN-S系统，分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所，进户之前采用TN-C系统，进户处做重复接地，进户后变成TN-S系统。TN-C系统前面已做分析。TN-S系统的特点是：中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后，不能再有任何电气连接。该系统中，中性线N常会带电，保护接地线PE没有电的来源。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时,始终不会带电。因此TN-S接地系统明显提高了人及物的安全性。同时只要我们采取接地引线，各自都从接地体一点引出,及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施,那么TN-C-S系统可以作为数据中心机房的一种接地系统。
2.3 TN-S系统
TN-S是一个三相四线加PE线的接地系统。通常建筑物内设有独立变配电所时进线采用该系统。TN-S系统的特点是，中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外，两线不再有任何的电气连接。中性线N是带电的，而PE线不带电。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。只要象TN-C-S接地系统，采取同样的技术措施，TN-S系统可以用作数据中心机房的接地系统。如果计算机等电子设备没有特殊的要求时，一般都采用这种接地系统。
2.4 TT系统
通常称TT系统为三相四线接地系统。该系统常用于建筑物供电来自公共电网的地方。TT系统的特点是中性线N与保护接地线PE无一点电气连接，即中性点接地与PE线接地是分开的。该系统在正常运行时，不管三相负荷平衡不平衡，在中性线N带电情况下，PE线不会带电。只有单相接地故障时，由于保护接地灵敏度低，故障不能及时切断，设备外壳才可能带电。正常运行时的TT系统类似于TN-S系统，也能获得人与物的安全性和取得合格的基准接地电位。随着大容量的漏电保护器的出现，该系统也会越来越作为数据中心机房的接地系统。从目前的情况来看，由于公共电网的电源质量不高，难以满足弱电设备的要求，所以TT系统很少被数据中心机房采用。
2.5 IT系统
IT系统是三相三线式接地系统，该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地，无中性线N，只有线电压（380V），无相电压（220V），保护接地线PE各自独立接地。该系统的优点是当一相接地时，不会使外壳带有较大的故障电流，系统可以照常运行。缺点是不能配出中性线N。因此它是不适用于拥有大量单相设备的数据中心机房。
在数据中心机房运行过程中，接地系统担负着防雷、设备与人身安全、设备供电稳定和网络工作稳定的重大责任，对机房防灾抗灾、电源质量、电磁泄漏与干扰、设备正常运转、网络正常畅通，都有重要的意义。但是，在实际机房建设中，接地系统的建设往往又是最不起眼、最易忽视的。下面，我们接着分析一下数据中心机房应采取的各种接地措施。
3. 数据中心机房应采取的各种接地措施
3.1 防雷接地
为把雷电流迅速导入大地，以防止雷害为目的的接地叫作防雷接地。 数据中心机房内有大量的电子设备与布线系统，如通信自动化系统，火灾报警及消防联动控制系统，楼宇自动化系统，保安监控系统，办公自动化系统，闭路电视系统等，以及他们相应的布线系统。从已建成的大楼看，大楼的各层顶板，底板，侧墙，吊顶内几乎被各种布线布满。这些电子设备及布线系统一般均属于耐压等级低，防干扰要求高，最怕受到雷击的部分。不管是直击、串击、反击都会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此对数据中心机房的防雷接地设计必须严密、可靠。数据中心机房的所有功能接地，必须以防雷接地系统为基础，并建立嚴密，完整的防雷结构。
数据中心机房多属于一级负荷，应按一级防雷建筑物的保护措施设计，接闪器采用针带组合接闪器，避雷带采用25mm×4mm镀锌扁钢在屋顶组成≤10m×10m的网格，该网格与屋面金属构件作电气连接，与大楼柱头钢筋作电气连接，引下线利用柱头中钢筋，圈梁钢筋，楼层钢筋与防雷系统连接，外墙面所有金属构件也应与防雷系统连接，柱头钢筋与接地体连接，组成具有多层屏蔽的笼形防雷体系。这样不仅可以有效防止雷击损坏楼内设备，而且还能防止外来的电磁干扰。
各类防雷接地装置的工频接地电阻，一般应根据落雷时的反击条件来确定。防雷装置如与电气设备的工作接地合用一个总的接地网时，接地电阻应符合其最小值要求。
3.2 工作接地
将电力系统中的某一点，直接或经特殊设备（如阻抗，电阻等）与大地作金属连接，称为工作接地。 工作接地主要指的是变压器中性点或中性线（N线）接地。N线必须用铜芯绝缘线。在配电中存在辅助等电位接线端子，等电位接线端子一般均在箱柜内。必须注意，该接线端子不能外露；不能与其它接地系统，如直流接地，屏蔽接地，防静电接地等混接；也不能与PE线连接。 在高压系统里，采用中性点接地方式可使接地继电保护准确动作并消除单相电弧接地过电压。中性点接地可以防止零序电压偏移，保持三相电压基本平衡，这对于低压系统很有意义，可以方便使用单相电源。
3.3 安全保护接地
安全保护接地就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。即将大楼内的用电设备以及设备附近的一些金属构件，用PE线连接起来，但严禁将PE线与N线连接。
在数据中心内，要求安全保护接地的设备非常多，有强电设备，弱电设备，以及一些非带电导电设备与构件，均必须采取安全保护接地措施。当没有做安全保护接地的电气设备的绝缘损坏时，其外壳有可能带电。如果人体触及此电气设备的外壳就可能被电击伤或造成生命危险。在中性点直接接地的电力系统中，接地短路电流经人身，大地流回中性点；在中性点非直接接地的电力系统中，接地电流经人体流入大地，并经线路对地电容构成通路，这两种情况都能造成人身触电。
如果装有接地装置的电气设备的绝缘损坏使外壳带电时，接地短路电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过。接地电阻越小，流经人体的电流越小，通常人体电阻要比接地电阻大数百倍经过人体的电流也比流过接地体的电流小数百倍。当接地电阻极小时，流过人体的电流几乎等于零。实际上，由于接地电阻很小，接地短路电流流过时所产生的压降很小，所以设备外壳对大地的电压是不高的。人站在大地上去碰触设备的外壳时，人体所承受的电压很低，不会有危险。 加装保护接地装置并且降低它的接地电阻，不仅是保障数据中心机房电气系统安全，有效运行的有效措施，也是保障其他建筑内设备及人身安全的必要手段。
3.4 屏蔽接地与防静电接地
在数据中心机房内，电磁兼容设计是非常重要的，为了避免所用设备的机能障碍，避免甚至会出现的设备损坏，构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰。这些干扰的产生或者是因为导线之间的耦合现象，或者是因为电容效应或电感效应。其主要来源是超高电压，大功率幅射电磁场，自然雷击和静电放电。这些现象会对设计用来发送或接收很高传输频率的设备产生很大的干扰。因此对这些设备及其布线必须采取保护措施，免受来自各种方面的干扰。屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。可将设备外壳与PE线连接；导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与PE线可靠连接；室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接。防静电干扰也很重要。在洁净、干燥的房间内，人的走步、移动设备，各自磨擦均会产生大量静电。例如在相对湿度10～20％的环境中人的走步可以积聚3.5万伏的静电电荷、如果没有良好的接地，不仅仅会产生对电子设备的干扰，甚至会将设备芯片击坏。将带静电物体或有可能产生静电的物体（非绝缘体）通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫防静电接地。防静电接地要求在洁静干燥环境中，所有设备外壳及室内（包括地坪）设施必须均与PE线多点可靠连接。
4 结束语
通过本文探讨，数据中心机房的供配电和接地系统应做到安全可靠、经济合理。数据中心机房的接地设计应首先采用TN-S系统，为保证人身和设备安全及系统的正常运行，应设置电气、电子设备的防雷接地、工作接地、安全保护接地、屏蔽接地和防静电接地，各种接地应采用共用接地装置和等电位连接。希望每个设计工作者能够对数据中心机房接地系统的设计引起重视，认真对待数据中心机房设计中的每一个细节问题。
参考文献：
[1]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343(2004版)
[2]《系统接地的型式及安全技术要求》GB14050-93
[3]《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16—92
[4]何玉珊.金融系统机房一体化解决方案
[5]曹紅涛.计算机房接地浅谈.化工矿物与加工.2003.7
关键词：数据中心机房；接地系统；防雷接地；工作接地
中图分类号：U264文献标识码： A
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。因此TN-C接地系统不能作为数据中心机房的接地系统。
2.2 TN-C-S系统
TN-C-S系统由两个接地系统组成，第一部分是TN-C系统，第二部分是TN-S系统，分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所，进户之前采用TN-C系统，进户处做重复接地，进户后变成TN-S系统。TN-C系统前面已做分析。TN-S系统的特点是：中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后，不能再有任何电气连接。该系统中，中性线N常会带电，保护接地线PE没有电的来源。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时,始终不会带电。因此TN-S接地系统明显提高了人及物的安全性。同时只要我们采取接地引线，各自都从接地体一点引出,及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施,那么TN-C-S系统可以作为数据中心机房的一种接地系统。
2.3 TN-S系统
TN-S是一个三相四线加PE线的接地系统。通常建筑物内设有独立变配电所时进线采用该系统。TN-S系统的特点是，中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外，两线不再有任何的电气连接。中性线N是带电的，而PE线不带电。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。只要象TN-C-S接地系统，采取同样的技术措施，TN-S系统可以用作数据中心机房的接地系统。如果计算机等电子设备没有特殊的要求时，一般都采用这种接地系统。
2.4 TT系统
通常称TT系统为三相四线接地系统。该系统常用于建筑物供电来自公共电网的地方。TT系统的特点是中性线N与保护接地线PE无一点电气连接，即中性点接地与PE线接地是分开的。该系统在正常运行时，不管三相负荷平衡不平衡，在中性线N带电情况下，PE线不会带电。只有单相接地故障时，由于保护接地灵敏度低，故障不能及时切断，设备外壳才可能带电。正常运行时的TT系统类似于TN-S系统，也能获得人与物的安全性和取得合格的基准接地电位。随着大容量的漏电保护器的出现，该系统也会越来越作为数据中心机房的接地系统。从目前的情况来看，由于公共电网的电源质量不高，难以满足弱电设备的要求，所以TT系统很少被数据中心机房采用。
2.5 IT系统
IT系统是三相三线式接地系统，该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地，无中性线N，只有线电压（380V），无相电压（220V），保护接地线PE各自独立接地。该系统的优点是当一相接地时，不会使外壳带有较大的故障电流，系统可以照常运行。缺点是不能配出中性线N。因此它是不适用于拥有大量单相设备的数据中心机房。
在数据中心机房运行过程中，接地系统担负着防雷、设备与人身安全、设备供电稳定和网络工作稳定的重大责任，对机房防灾抗灾、电源质量、电磁泄漏与干扰、设备正常运转、网络正常畅通，都有重要的意义。但是，在实际机房建设中，接地系统的建设往往又是最不起眼、最易忽视的。下面，我们接着分析一下数据中心机房应采取的各种接地措施。
3. 数据中心机房应采取的各种接地措施
3.1 防雷接地
为把雷电流迅速导入大地，以防止雷害为目的的接地叫作防雷接地。 数据中心机房内有大量的电子设备与布线系统，如通信自动化系统，火灾报警及消防联动控制系统，楼宇自动化系统，保安监控系统，办公自动化系统，闭路电视系统等，以及他们相应的布线系统。从已建成的大楼看，大楼的各层顶板，底板，侧墙，吊顶内几乎被各种布线布满。这些电子设备及布线系统一般均属于耐压等级低，防干扰要求高，最怕受到雷击的部分。不管是直击、串击、反击都会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此对数据中心机房的防雷接地设计必须严密、可靠。数据中心机房的所有功能接地，必须以防雷接地系统为基础，并建立嚴密，完整的防雷结构。
数据中心机房多属于一级负荷，应按一级防雷建筑物的保护措施设计，接闪器采用针带组合接闪器，避雷带采用25mm×4mm镀锌扁钢在屋顶组成≤10m×10m的网格，该网格与屋面金属构件作电气连接，与大楼柱头钢筋作电气连接，引下线利用柱头中钢筋，圈梁钢筋，楼层钢筋与防雷系统连接，外墙面所有金属构件也应与防雷系统连接，柱头钢筋与接地体连接，组成具有多层屏蔽的笼形防雷体系。这样不仅可以有效防止雷击损坏楼内设备，而且还能防止外来的电磁干扰。
各类防雷接地装置的工频接地电阻，一般应根据落雷时的反击条件来确定。防雷装置如与电气设备的工作接地合用一个总的接地网时，接地电阻应符合其最小值要求。
3.2 工作接地
将电力系统中的某一点，直接或经特殊设备（如阻抗，电阻等）与大地作金属连接，称为工作接地。 工作接地主要指的是变压器中性点或中性线（N线）接地。N线必须用铜芯绝缘线。在配电中存在辅助等电位接线端子，等电位接线端子一般均在箱柜内。必须注意，该接线端子不能外露；不能与其它接地系统，如直流接地，屏蔽接地，防静电接地等混接；也不能与PE线连接。 在高压系统里，采用中性点接地方式可使接地继电保护准确动作并消除单相电弧接地过电压。中性点接地可以防止零序电压偏移，保持三相电压基本平衡，这对于低压系统很有意义，可以方便使用单相电源。
3.3 安全保护接地
安全保护接地就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。即将大楼内的用电设备以及设备附近的一些金属构件，用PE线连接起来，但严禁将PE线与N线连接。
在数据中心内，要求安全保护接地的设备非常多，有强电设备，弱电设备，以及一些非带电导电设备与构件，均必须采取安全保护接地措施。当没有做安全保护接地的电气设备的绝缘损坏时，其外壳有可能带电。如果人体触及此电气设备的外壳就可能被电击伤或造成生命危险。在中性点直接接地的电力系统中，接地短路电流经人身，大地流回中性点；在中性点非直接接地的电力系统中，接地电流经人体流入大地，并经线路对地电容构成通路，这两种情况都能造成人身触电。
如果装有接地装置的电气设备的绝缘损坏使外壳带电时，接地短路电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过。接地电阻越小，流经人体的电流越小，通常人体电阻要比接地电阻大数百倍经过人体的电流也比流过接地体的电流小数百倍。当接地电阻极小时，流过人体的电流几乎等于零。实际上，由于接地电阻很小，接地短路电流流过时所产生的压降很小，所以设备外壳对大地的电压是不高的。人站在大地上去碰触设备的外壳时，人体所承受的电压很低，不会有危险。 加装保护接地装置并且降低它的接地电阻，不仅是保障数据中心机房电气系统安全，有效运行的有效措施，也是保障其他建筑内设备及人身安全的必要手段。
3.4 屏蔽接地与防静电接地
在数据中心机房内，电磁兼容设计是非常重要的，为了避免所用设备的机能障碍，避免甚至会出现的设备损坏，构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰。这些干扰的产生或者是因为导线之间的耦合现象，或者是因为电容效应或电感效应。其主要来源是超高电压，大功率幅射电磁场，自然雷击和静电放电。这些现象会对设计用来发送或接收很高传输频率的设备产生很大的干扰。因此对这些设备及其布线必须采取保护措施，免受来自各种方面的干扰。屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。可将设备外壳与PE线连接；导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与PE线可靠连接；室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接。防静电干扰也很重要。在洁净、干燥的房间内，人的走步、移动设备，各自磨擦均会产生大量静电。例如在相对湿度10～20％的环境中人的走步可以积聚3.5万伏的静电电荷、如果没有良好的接地，不仅仅会产生对电子设备的干扰，甚至会将设备芯片击坏。将带静电物体或有可能产生静电的物体（非绝缘体）通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫防静电接地。防静电接地要求在洁静干燥环境中，所有设备外壳及室内（包括地坪）设施必须均与PE线多点可靠连接。
4 结束语
通过本文探讨，数据中心机房的供配电和接地系统应做到安全可靠、经济合理。数据中心机房的接地设计应首先采用TN-S系统，为保证人身和设备安全及系统的正常运行，应设置电气、电子设备的防雷接地、工作接地、安全保护接地、屏蔽接地和防静电接地，各种接地应采用共用接地装置和等电位连接。希望每个设计工作者能够对数据中心机房接地系统的设计引起重视，认真对待数据中心机房设计中的每一个细节问题。
参考文献：
[1]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343(2004版)
[2]《系统接地的型式及安全技术要求》GB14050-93
[3]《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16—92
[4]何玉珊.金融系统机房一体化解决方案
[5]曹紅涛.计算机房接地浅谈.化工矿物与加工.2003.7