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数据中心系统接地原则
来源:PDU电源

地线问题是个貌似简单,实际上却非常复杂的系统工程。良好的接地系统设计,不仅可 以有效地抑制外来干扰的侵袭,保证电子电气设备安全可靠运行,而且可以减少系统内部的 相互干扰和对外界环境施放污染。接地电阻的大小、接法以及诸地之间相互关系要根据数据 中心机房的物理环境、系统设备的配置,以及系统对接地性能的要求,进行定制化的设计。 以下几点应该是接地的基本原则。
1.联合接地和等电位接地
根据接地功能(基准等电位)和防雷防静电保护接地的特殊要求,联合接地和等电位 接地成为计算机机房接地系统设计建造的最基本的原则。
1)联合接地
通常信号地、安全地、交流地和防雷地分别接人不同的接地系统,或者信号地、防雷地 各自接地,交流地、安全地共用一个接地系统。这种接法看来似乎各种地相互之间没有关 系,不产生任何影响,但实际上这种方法不但复杂、造价昂贵,而且由于环境条件所限,诸 地之间不能保证有足够的距离,导致各个接地系统的接地电流扩散区出现重叠,难以避免潜 在的地线间耦合的影响,反而容易引起干扰,影响设备的可靠性。在各种接地系统中,影响 和破坏性最大的是防雷接地。为了防止雷击电压对IT系统设备地产生反击,要求防雷装置 与其他接地物体之间保持足够的安全距离,但在工程设计中有时很难做到。例如,多层建筑 的防雷接地一般利用钢筋混凝土中的钢筋作为接地线和接地体,无法满足与其他接地体之间 保持安全距离的要求,雷击时可能发生反击现象。而采用共用一组接地体,则可降低雷击时 相互间的电位差,可以防止这种反击现象,保证人员和设备的安全。为此GB 50174—2008 《电子信息系统机房设计规范》中明确规定:保护性接地和功能性接地宜共用一组接地装 置。即交流工作接地、安全保护接地、信号工作接地、防雷接地等接地宜共用一组接地装 置,常称为“联合接地”或“ 一点接地”。
2)等电位接地
在同一个接地极接地,自然可做到等电位接地。但是,对于一个复杂的系统,各种功能 性接地的地线,分布在不同物理位置的地线,以及不同子系统的地线,要在同一点接到大地 上是不可能的。工程实施的做法是将这些不同类型、不同物理位置的接地首先连接到等电位 接地母线上,等电位母线可能是一点(接线端子或接线铜排),也可能是一个等电位带,或 者是等电位网。然后将这些接地母线分别用一根接地线直接与接地极相连接。显然这里存在 着地线连接和地电流传输的问题,地线连接阻抗和地电流就形成了各种等电位体(母线) 之间的电位差问题。所以,能否做到“等电位接地”就成为接地系统另一个重要的设计建 造原则。
2.接地电阻与接地线选择
接地电阻越小越好,因为当有电流流过接地电阻时,其上将会产生电压,该电压除产生 共地阻抗的电磁干扰外,还会使设备受到反击过电压的影响,并使操作人员受到电击的威 胁。一般要求接地电阻小于4H,对于移动设备,接地电阻可小于1011。
接地电阻由接地线电阻、接地极接触电阻和地电阻组成,为此降低接地电阻的有效方法 有以下三种。
(1) 降低接地线电阻:系统接地极(点)要尽可能近,接地连接线尽可能短,导线的 截面积足够大,或并用多股细导线。
(2) 降低接地极接触电阻:将接地线与接地螺栓和接地板极紧密、牢固地连接,增加接 地极与土壤之间的接触面积和紧密度。
(3) 降低地电阻:增加接地极表面积,并且增加土壤的电导率(在土壤中注人适量的 盐水等)。
地电阻的计算如下。
垂直接地极接地电阻R为
R=0. 366(p/L)Ig(4L/d)
式中,P为土壤电阻率(n-m); i为接地电阻在地中的深度(m); d为接地极的直径(m)。
例如,黄土 p取200ft. m,i为2. 5m, d为0.05m,则垂直接地极接地电阻为 67.3411。如果在土壤中注人盐水,使土壤电阻率p降至200 • m,则垂直接地极接地电 阻 R 为 6. 734no
通常设计者要求的功能性接地电阻为工频接地电阻,用于测量地电阻的仪表仅测量直流 和工频的接地电阻。但是,接地电阻实际上是复数阻抗,而电子系统流过接地电阻的有直流 和工频电流,也有高频乃至甚高频电流。在高频情况下,接地电阻会大大增大。例如,一水 平接地体长61m,在小于10kHz频率下的阻抗为6〜7ft,当频率增高至1MHz时,其阻抗
将增大到520。
一根25mm2铜导体和一根107mm2铜导体,其在自由空间的参数列表见表6. 21和 表6. 22。从表中可以看出,在不同的频率下,感抗都大大地大于电阻。并且导体的感抗值与 导体的截面并不呈比例变化,将导体的截面从25_2加大到107_2,即截面加大约三倍,而 感抗减少却很小。例如,30.5m长的导体,在100MHz下仅减少(35 -31.4)/35 =0. 1 =10%。 因此,由于地电流很小,功能性接地等电位连接线的截面不需要很大。
表6. 21 25mm2铜导体在空气中的电阻和感抗
导体长度
(m) MMH)
(>1MHz) @1MHz @10MHz ◎ 100MHz
  R(O) coL(Q) mo) coL(Q) 嘱 coL(kQ)
3 4 0. 05 26 0. 15 260 0.5 2.6
6.1 9 0.1 57 0.3 570 1.0 5.7
12.2 20 0.2 125 0.6 1250 2.0 12.5
18.3 31 0.3 197 0.9 1970 3.0 19.7
30.5 55 0.5 350 1.5 3500 5.0 35.0

表6. 22 107mm2铜导体在空气中的电阻和感抗
导体长度 (m) L(MH)
(>1MHz) @1MHz @10MHz @ 100MHz
  嘱 coL(O) mo) coL(Q) 嘱 coL(kQ)
3 3.6 0.022 23 0.07 230 0. 22 2. 30
6.1 8 0.044 51 0. 14 510 0.44 5. 10
12.2 18 0. 088 113 0. 28 1130 0. 88 11.3
18.3 28 0. 132 176 0.42 1760 1.32 17.6
30.5 50 0.220 314 0. 70 3140 2. 20 31.4


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