數(shù)據(jù)中心機(jī)房接專業(yè)技術(shù)探討

1、數(shù)據(jù)中心機(jī)房接地技術(shù)探討(一 )1 引言數(shù)據(jù)中心機(jī)房在我國的相關(guān)規(guī)范中統(tǒng)稱為電子信息系統(tǒng)機(jī)房，通常是指在一個物理空間內(nèi)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換、管理；其中的計算機(jī)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通訊設(shè)備、存儲設(shè)備等通常被認(rèn)為是數(shù)據(jù)中心機(jī)房的關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)信息往往具有動態(tài)、實時的要求，而且重要性級別一般都很高，如銀行、證券交易中心、社保中心等。但是數(shù)據(jù)信息特有的脆弱性。如易受外來電磁波、電子設(shè)備的干擾而使數(shù)據(jù)的完整性受到破壞，因此數(shù)據(jù)信息的持續(xù)性、安全性就顯得尤為重要。數(shù)據(jù)信息的可靠性取決于數(shù)據(jù)中心的電源設(shè)備、冷卻設(shè)備、物理支架、布線、管理系統(tǒng)、接地、物理安全和防火措施等

2、各種網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性。2 數(shù)據(jù)中心機(jī)房接地的重要性所謂接地是指將設(shè)備的金屬殼體或線路中的某一點用導(dǎo)體與大地連接在一起，形成電氣通路。使電流易于流人大地。接地系統(tǒng)是一個為人員和設(shè)備提供保護(hù)的有效系統(tǒng)。正確的接地能夠有效地保證電子信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信號的正常工作，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、 可靠。同時也能有效地保證系統(tǒng)的電磁兼容(EMC)功能，降低網(wǎng)絡(luò)及其它信息系統(tǒng)間的相互干擾。如果沒有可靠的接地系統(tǒng)，雷電、電磁脈沖、內(nèi)部操作等產(chǎn)生的過電壓，會對用于處理、存儲、傳輸、交換數(shù)據(jù)的電子設(shè)備產(chǎn)生電子干擾，會造成錯誤的數(shù)據(jù)信號以及數(shù)據(jù)丟失。因而降低數(shù)據(jù)信息的持續(xù)性、安全性，影響網(wǎng)絡(luò)的可靠性和總效率。根據(jù)近年來保險

3、行業(yè)所提供的數(shù)據(jù)，每年因電信系統(tǒng)非正常接地而被雷電損壞的財物和設(shè)備價值高達(dá)5 億美元。 IT 產(chǎn)業(yè)協(xié)會 (InformationTechnology Industry Council)稱，接地是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備表現(xiàn)其可靠性能所應(yīng)具備的最重要的條件，修復(fù)受損設(shè)備花費的人力和停機(jī)時間所造成的損失有時是不可估量的。3 數(shù)據(jù)中心機(jī)房接地分類為了滿足人身安全、 設(shè)備安全及系統(tǒng)正常運行的要求，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的接地種類有直流工作 ( 信號 ) 接地、交流工作接地、安全保護(hù)接地、屏蔽接地、防靜電接地、防雷接地等。分述如下：a. 信號接地 ，為保證信號具有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位而設(shè)置的接地。為保證信號傳輸、轉(zhuǎn)換穩(wěn)定可靠，并避免外

4、界磁場、噪聲的干擾，電子設(shè)備必須有一個統(tǒng)一的參考電位。這一接地簡稱信號地或邏輯地。這個地可以是大地，也可以是電子設(shè)備的金屬外殼、接地線或一個等電位面。b. 交流工作接地， 為將交、直流電源造成的干擾予以抑制和消除所設(shè)的電源工作接地。由于電源回路相對于電子回路功率要大很多，故又稱功率接地。e. 安全保護(hù)接地， 為了人身安全設(shè)置的接地。為了防止電氣設(shè)備絕緣損壞產(chǎn)生危險的接觸電壓危及人身安全，將正常運行時不帶電的電子設(shè)備外露可導(dǎo)電部分接地，稱為保護(hù)接地。d. 屏蔽接地，即為了將電氣干擾源引入大地，抑制外來電磁干擾對電子設(shè)備的影響，同時減少電子設(shè)備自身產(chǎn)生的干擾影響其它電子設(shè)備所設(shè)的接地。e. 防靜電

5、接地， 為將靜電荷引入大地， 防止靜電荷積聚而對設(shè)備或人體造成危害所設(shè)的接地。f. 防雷接地， 為防止建筑物外部、內(nèi)部遭受雷擊，造成人員、設(shè)備安全遭受損壞所作的接地。外部防雷的目的是防直擊雷，內(nèi)部防雷的目的在于減少和防止雷電流在物理空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。4 數(shù)據(jù)中心接地方式的探討目前我們所設(shè)計的數(shù)據(jù)中心電子設(shè)備接地應(yīng)符合民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范(JGJ 16 2008) 第 12 章接地和第 12.7 節(jié)電子設(shè)備、計算機(jī)接地的規(guī)定。電子設(shè)備的信號電路接地、交流電源接地及保護(hù)接地等應(yīng)根據(jù)接地導(dǎo)體長度及頻率大小分別采用單點 (S 形 ) 、多點 (M 形 ) 及混合接地的方式 ( 見圖 1 3) 。當(dāng)

6、接地導(dǎo)體長度小于或等于 0.02( 為波長 ) 、電子設(shè)備工作頻率為30kHz 以下時，宜采用單點(S形 ) 接地方式；當(dāng)接地導(dǎo)體長度大于 0.02 、頻率大于 300kHz 時，宜采用多點 (M形 ) 接地方式：頻率為 30k 300kHz 之間時，宜采用單點和多點混合的接地方式。S 形等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)形式適用于已有建筑物或簡單系統(tǒng)。其缺點是：設(shè)備之間容易產(chǎn)生共模阻抗；當(dāng)系統(tǒng)傳輸高頻信號時，容易產(chǎn)生電位差。M 形等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)形式適用于較大型的數(shù)字化信息系統(tǒng)，其優(yōu)點是：能夠最大限度地避免接地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中出現(xiàn)的電位差，但實施成本相對較高。通常數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)應(yīng)作等電位聯(lián)結(jié)， 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)

7、范(GB50343 2004)5.2 節(jié)規(guī)定了電子信息系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)設(shè)等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)。電氣和電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、金屬管、槽、屏蔽線纜外層、信息設(shè)備防靜電接地、安全保護(hù)接地、浪涌保護(hù)接地等均應(yīng)以最短的距離與等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)的接地端子連接。圖 1 電子信息系統(tǒng)機(jī)房S 型等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)示意圖圖 2 電子信息系統(tǒng)機(jī)房M型等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)示意圖圖 3 計算機(jī)柜接地示意圖?通信系統(tǒng)總接地排(Telecommunications Main Grounding Busbar ,簡稱TMGB) 一般安裝在接入間內(nèi),一級防雷過壓保護(hù)器必須聯(lián)接到TMGB上配線間接地? 建筑物每層樓的配線間必須安裝一個通信接地排

8、(Telecommunication Grounding Bar, 簡寫為 TGB)如果存在多個接地系統(tǒng)，由于接地極的大小、尺寸、形狀、埋設(shè)深度不同，每個接地點對地電壓會有不同，因此需要將建筑物內(nèi)所有接地系統(tǒng)進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)。即采用電氣連接的方法將所有接地系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來，形成一個連續(xù)、可靠的等電位網(wǎng)絡(luò)，以防止設(shè)備之間、系統(tǒng)之間可能存在的電位差。電子設(shè)備的各種接地宜采用共用接地方式，接地點在建筑物施工時就應(yīng)進(jìn)行預(yù)留。解決數(shù)據(jù)中心技術(shù)問題比較詳盡的一本標(biāo)準(zhǔn)為美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI) 和美國電信工業(yè)協(xié)會(TIA) 共同頒布的數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)(ANSI，TIA-942-2005) ，其中較詳細(xì)

9、地闡述了如何保證貫穿機(jī)架材料的電力連續(xù)性以及使機(jī)架和機(jī)架上安裝的設(shè)備正確接地的方法。對于如數(shù)據(jù)中心機(jī)房等電子信息設(shè)備較密集的區(qū)域，為了實現(xiàn)一個低阻抗的等電位接地網(wǎng)，一般在數(shù)據(jù)中心機(jī)房地板下安裝金屬網(wǎng)格，所有金屬設(shè)備外殼、橋架等分別就近連接到金屬網(wǎng)格，并且各金屬設(shè)備外殼間相互聯(lián)結(jié)形成網(wǎng)格狀的等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)。等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格間距越小，對低頻信號的抗干擾能力越強(qiáng)，通常機(jī)房內(nèi)網(wǎng)格的水平距離不應(yīng)超過3m。另外商業(yè)建筑電信接地和屏蔽要求(ANSI-J-STD-607-A-2002)中也規(guī)定了一套從共用接地到電信設(shè)施主接地母線，又稱通信系統(tǒng)總接地母排(TMGB)，再聯(lián)結(jié)到機(jī)房內(nèi)電信設(shè)施接地母排(TGB)

10、的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心機(jī)房接地的通常做法是把機(jī)房內(nèi)的設(shè)備機(jī)柜和機(jī)架可靠連接到數(shù)據(jù)中心的接地網(wǎng)格，接地網(wǎng)格再與機(jī)房的接地母排TGB連接， TGB再通過接地主干線 TBB連接到通信系統(tǒng)總接地母排TMGB。最后引至大樓的共用接地系統(tǒng)，見圖4。接地主干線作為各數(shù)據(jù)機(jī)房( 間) 內(nèi) TGB與 TMGB連接主干線， 不能采用金屬管道、 電纜屏蔽層等，建議采用絕緣銅芯線纜，最小截面不宜小于平方毫米。圖 4 建筑物等電位聯(lián)結(jié)及共用接地系統(tǒng)示意圖根據(jù) ANSI-J-STD-607-A-2002 的要求。通常需要在數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)架設(shè)一個0.6 3m(2 10ft) 的銅導(dǎo)體網(wǎng)格。網(wǎng)格導(dǎo)體一般采用扁平銅條，寬度不小于50

11、mm，厚度不小于 0.4mm，建議采用的截面積為25 平方毫米，這樣的一個網(wǎng)格可以是裸露的，也可以是絕緣的。最好的方案是使用絕緣的銅條帶，在需要連接的部位，剝除絕緣層進(jìn)行連接。 采用不小于1AWG(美國線規(guī)，近似于國標(biāo)的截面積50 平方毫米 )的導(dǎo)線將數(shù)據(jù)中心的接地網(wǎng)格連接到電信設(shè)施接地母排TGB，最好采用雙孔壓緊式銅接線柱，因為其操作的不可逆， 即使受到?jīng)_撞而扭曲或在振動環(huán)境下也不會松動。數(shù)據(jù)機(jī)房接地網(wǎng)格為數(shù)據(jù)機(jī)房提供一個等電位基準(zhǔn)點，減少了高頻信號 (10MHz以上的信號 ) 的偏離。事實上美國 TIA、國際 IEEE(美國電氣電子工程師協(xié)會) 標(biāo)準(zhǔn)都強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)機(jī)房接地等電位和接地連續(xù)的重要

12、性，都建議安裝一個等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)格(CBN)，上文提到的銅導(dǎo)體網(wǎng)格是CBN的一部分。除特殊要求的功能接地外。所有的信號接地、安全保護(hù)接地、屏蔽接地、防靜電接地等都應(yīng)以最短的距離與CBN系統(tǒng)可靠連接：并應(yīng)盡量減少設(shè)備與CBN系統(tǒng)等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體的長度，等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體的距離一般不宜超過 50mm；同時 CBN應(yīng)與機(jī)房內(nèi)等電位接地母線TGB可靠連接。另外有一點應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是： 無論數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用何種接地方式，數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)的接地母排應(yīng)該與機(jī)房內(nèi)所有金屬設(shè)施可靠連接。根據(jù)數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)中要求：a. 用不小于 6AWG(近似于截面積16 平方毫米 ) 的連接導(dǎo)體與加熱、 通風(fēng)和空調(diào)設(shè)備連接。b. 用不小

13、于 4AWG(近似于截面積 25 平方毫米 ) 的連接導(dǎo)體與計算機(jī)房柱內(nèi)鋼筋連接。c. 用不小于 6AWG的連接導(dǎo)體與每個進(jìn)入房間的電纜梯架、電纜橋架和電纜線槽連接：用不小于6AWG的連接導(dǎo)體與每個進(jìn)入房間的導(dǎo)管、水管和排泄管連接。d. 用不小于 6AWG的連接導(dǎo)體與各個方向、每6 個活動地板金屬基架連接。當(dāng)建筑物采用TNS 配電系統(tǒng)時， 每個計算機(jī)或電信機(jī)架柜可用不小于6AWG的連接導(dǎo)體連接到接地排，最大長度不超過4m；如果長度增加，聯(lián)結(jié)導(dǎo)體直徑也需要隨之增加。 對于不采用TNS 配電系統(tǒng)的機(jī)房， 機(jī)柜架到接地排 (TGB)的接地導(dǎo)體直徑至少為3AWG(近似于截面積35 平方毫米 ) 。最大長度不超過4m；如果長度增加，聯(lián)結(jié)導(dǎo)體直徑也需要隨之增加。機(jī)架、機(jī)柜不可串聯(lián)連接，應(yīng)分別采用并