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1、数据中心机房接地技术探讨(一)1 引言 数据中心机房在我国的相关规范中统称为电子信息系统机房，通常是指在一个物理空间内实现对数据信息的集中处理、存储、传输、交换、管理；其中的计算机设备、服务器设备、网络设备、通讯设备、存储设备等通常被认为是数据中心机房的关键设备。数据中心的数据信息往往具有动态、实时的要求，而且重要性级别一般都很高，如银行、证券交易中心、社保中心等。但是数据信息特有的脆弱性。如易受外来电磁波、电子设备的干扰而使数据的完整性受到破坏，因此数据信息的持续性、安全性就显得尤为重要。数据信息的可靠性取决于数据中心的电源设备、冷却设备、物理支架、布线、管理系统、接地、物理安全和防火措施等
2、各种网络关键基础设施的可靠性。2 数据中心机房接地的重要性 所谓接地是指将设备的金属壳体或线路中的某一点用导体与大地连接在一起，形成电气通路。使电流易于流人大地。接地系统是一个为人员和设备提供保护的有效系统。正确的接地能够有效地保证电子信息网络系统信号的正常工作，保证系统的稳定、可靠。同时也能有效地保证系统的电磁兼容(EMC)功能，降低网络及其它信息系统间的相互干扰。如果没有可靠的接地系统，雷电、电磁脉冲、内部操作等产生的过电压，会对用于处理、存储、传输、交换数据的电子设备产生电子干扰，会造成错误的数据信号以及数据丢失。因而降低数据信息的持续性、安全性，影响网络的可靠性和总效率。根据近年来保险
3、行业所提供的数据，每年因电信系统非正常接地而被雷电损坏的财物和设备价值高达5亿美元。IT产业协会(Information Technology Industry Council)称，接地是网络设备表现其可靠性能所应具备的最重要的条件，修复受损设备花费的人力和停机时间所造成的损失有时是不可估量的。3 数据中心机房接地分类 为了满足人身安全、设备安全及系统正常运行的要求，数据中心机房的接地种类有直流工作(信号)接地、交流工作接地、安全保护接地、屏蔽接地、防静电接地、防雷接地等。分述如下： a.信号接地，为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地。为保证信号传输、转换稳定可靠，并避免外界磁场、噪声的干
4、扰，电子设备必须有一个统一的参考电位。这一接地简称信号地或逻辑地。这个地可以是大地，也可以是电子设备的金属外壳、接地线或一个等电位面。 b.交流工作接地，为将交、直流电源造成的干扰予以抑制和消除所设的电源工作接地。由于电源回路相对于电子回路功率要大很多，故又称功率接地。 e.安全保护接地，为了人身安全设置的接地。为了防止电气设备绝缘损坏产生危险的接触电压危及人身安全，将正常运行时不带电的电子设备外露可导电部分接地，称为保护接地。 d.屏蔽接地，即为了将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，同时减少电子设备自身产生的干扰影响其它电子设备所设的接地。 e.防静电接地，为将静电荷引入
5、大地，防止静电荷积聚而对设备或人体造成危害所设的接地。 f.防雷接地，为防止建筑物外部、内部遭受雷击，造成人员、设备安全遭受损坏所作的接地。外部防雷的目的是防直击雷，内部防雷的目的在于减少和防止雷电流在物理空间内产生的电磁效应。4 数据中心接地方式的探讨 目前我们所设计的数据中心电子设备接地应符合民用建筑电气设计规范(JGJ 162008)第12章接地和第12.7节电子设备、计算机接地的规定。电子设备的信号电路接地、交流电源接地及保护接地等应根据接地导体长度及频率大小分别采用单点(S形)、多点(M形)及混合接地的方式(见图13)。当接地导体长度小于或等于0.02 ( 为波长)、电子设备工作频率
6、为30kHz以下时，宜采用单点(S形)接地方式；当接地导体长度大于0.02 、频率大于300kHz时，宜采用多点(M形)接地方式：频率为30k300kHz之间时，宜采用单点和多点混合的接地方式。 S形等电位联结网络形式适用于已有建筑物或简单系统。其缺点是：设备之间容易产生共模阻抗；当系统传输高频信号时，容易产生电位差。 M形等电位联结网络形式适用于较大型的数字化信息系统，其优点是：能够最大限度地避免接地网络系统中出现的电位差，但实施成本相对较高。 通常数据机房内应作等电位联结，建筑物电子信息系统防雷技术规范(GB 503432004)5.2节规定了电子信息系统机房应设等电位联结网络。电气和电子
7、设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地、浪涌保护接地等均应以最短的距离与等电位联结网络的接地端子连接。 图1 电子信息系统机房S型等电位联结网络示意图 图2 电子信息系统机房M型等电位联结网络示意图图3计算机柜接地示意图通信系统总接地排(Telecommunications Main Grounding Busbar ,简称TMGB) 一般安装在接入间内, 一级防雷过压保护器必须联接到TMGB上配线间接地 建筑物每层楼的配线间必须安装一个通信接地排(Telecommunication Grounding Bar,简写为TGB)如果存在多个接地系统
8、，由于接地极的大小、尺寸、形状、埋设深度不同，每个接地点对地电压会有不同，因此需要将建筑物内所有接地系统进行等电位联结。即采用电气连接的方法将所有接地系统联结起来，形成一个连续、可靠的等电位网络，以防止设备之间、系统之间可能存在的电位差。电子设备的各种接地宜采用共用接地方式，接地点在建筑物施工时就应进行预留。- 解决数据中心技术问题比较详尽的一本标准为美国国家标准协会(ANSI)和美国电信工业协会(TIA)共同颁布的数据中心电信基础设施标准(ANSI，TIA-942-2005)，其中较详细地阐述了如何保证贯穿机架材料的电力连续性以及使机架和机架上安装的设备正确接地的方法。 对于如数据中心机房等
9、电子信息设备较密集的区域，为了实现一个低阻抗的等电位接地网，一般在数据中心机房地板下安装金属网格，所有金属设备外壳、桥架等分别就近连接到金属网格，并且各金属设备外壳间相互联结形成网格状的等电位联结网络。等电位联结网络的网格间距越小，对低频信号的抗干扰能力越强，通常机房内网格的水平距离不应超过3m。 另外商业建筑电信接地和屏蔽要求(ANSI-J-STD-607-A-2002)中也规定了一套从共用接地到电信设施主接地母线，又称通信系统总接地母排(TMGB)，再联结到机房内电信设施接地母排(TGB)的系统。 数据中心机房接地的通常做法是把机房内的设备机柜和机架可靠连接到数据中心的接地网格，接地网格再
10、与机房的接地母排TGB连接，TGB再通过接地主干线TBB连接到通信系统总接地母排TMGB。最后引至大楼的共用接地系统，见图4。接地主干线作为各数据机房(间)内TGB与TMGB连接主干线，不能采用金属管道、电缆屏蔽层等，建议采用绝缘铜芯线缆，最小截面不宜小于平方毫米。 图4 建筑物等电位联结及共用接地系统示意图 根据ANSI-J-STD-607-A-2002的要求。通常需要在数据中心机房内架设一个0.63m(210ft)的铜导体网格。网格导体一般采用扁平铜条，宽度不小于50mm，厚度不小于0.4mm，建议采用的截面积为25平方毫米，这样的一个网格可以是裸露的，也可以是绝缘的。最好的方案是使用绝缘
11、的铜条带，在需要连接的部位，剥除绝缘层进行连接。采用不小于1AWG(美国线规，近似于国标的截面积50平方毫米)的导线将数据中心的接地网格连接到电信设施接地母排TGB，最好采用双孔压紧式铜接线柱，因为其操作的不可逆，即使受到冲撞而扭曲或在振动环境下也不会松动。数据机房接地网格为数据机房提供一个等电位基准点，减少了高频信号(10MHz以上的信号)的偏离。 事实上美国TIA、国际IEEE(美国电气电子工程师协会)标准都强调数据机房接地等电位和接地连续的重要性，都建议安装一个等电位联结网格(CBN)，上文提到的铜导体网格是CBN的一部分。除特殊要求的功能接地外。所有的信号接地、安全保护接地、屏蔽接地、
12、防静电接地等都应以最短的距离与CBN系统可靠连接：并应尽量减少设备与CBN系统等电位联结导体的长度，等电位联结导体的距离一般不宜超过50mm；同时CBN应与机房内等电位接地母线TGB可靠连接。 另外有一点应强调的是：无论数据中心机房采用何种接地方式，数据机房内的接地母排应该与机房内所有金属设施可靠连接。根据数据中心电信基础设施标准中要求： a.用不小于6AWG(近似于截面积16平方毫米)的连接导体与加热、通风和空调设备连接。 b.用不小于4AWG(近似于截面积25平方毫米)的连接导体与计算机房柱内钢筋连接。 c.用不小于6AWG的连接导体与每个进入房间的电缆梯架、电缆桥架和电缆线槽连接：用不小
13、于6AWG的连接导体与每个进入房间的导管、水管和排泄管连接。 d.用不小于6AWG的连接导体与各个方向、每6个活动地板金属基架连接。 当建筑物采用TNS配电系统时，每个计算机或电信机架柜可用不小于6 AWG的连接导体连接到接地排，最大长度不超过4m；如果长度增加，联结导体直径也需要随之增加。对于不采用TNS配电系统的机房，机柜架到接地排(TGB)的接地导体直径至少为3AWG(近似于截面积35平方毫米)。最大长度不超过4m；如果长度增加，联结导体直径也需要随之增加。机架、机柜不可串联连接，应分别采用并行方式接到数据中心的接地排(TGB)上，以确保接地的可靠性和连续性。5 结语 随着时代的发展，信息会在我们的生活中扮演越来越重要的角色，而数据中心作为加速信息传递的特定设备网络机房，建设规模越来越大，数量不断增加，而数据中心的安全性往往关系到国计民生，应该引起高度重视。数据中心的安全性牵涉面很广，而接地是其中的一个重要环节，希望通过本文能与相关人员共同研讨数据机房的接地技术，使数据机房的电气设计更加合理、可靠。
