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摘 要：本文基于数据中心项目从数据中心用电负荷特点、供电系统接地方式的选择、实施中的具体问题包括电源转换开关的级数、接地导体的选择等方面阐述了数据中心多电源系统接地应注意的问题，对数据中心类项目中电源系统接地的设计和实施具有较高参考和指导性。
关键词：数据中心;系统接地;电磁干扰;杂散电流;开关极数;环形接地体
中图分类号：TU852 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）06-0000-00
1 数据中心用电负荷特点及对供电电源系统的要求
数据中心的定义是为集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，可以是一栋或几栋建筑物，也可以是一栋建筑物的一部分，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。简单理解即为大量放置电子信息设备（包含数据计算、存储、交换及传输设备等）并从事信息及数据等业务的场所。其从据数据中心的使用性质、数据丢失或网络中断在经济或社会上造成的损失或影响程度划分为A、B、C三级[1]。根据用途还可划分为括政府数据中心、企业数据中心、金融数据中心、互联网数据中心、云计算数据中心、外包数据中心等。
从数据中心的使用功能可知，其用电负荷除普通的建筑电气用电及消防负荷外均为IT信息设备负荷及保证其运行坏境的空调动力负荷，且在通常情况下后者占比很大，一個数据中心所设置的供电变压器根据规模从几台到几十台不等，相比普通民用建筑，数据中心属于电能消耗大户。
由于IT信息设备中断供电造成的影响和损失严重（尤其是对于等级较高的A、B级数据中心），其对供电电源系统的可靠性要求极高，通常A、B级数据中心均采用双重电源供电，变压器要求设置备份，应急柴油发电机要求考虑冗余。
同样，电子信息设备对供电电能质量的要求也很高，对电磁干扰[2]及过电压特别敏感，若超标，可能造成电子信息设备无法正常运行或损坏，故机房环境除满足规范要求的电能质量指标外，还应重点考虑机房环境的电磁干扰、过电压及静电等问题。
2 系统接地方式的选择
2.1 市电电源的系统接地
根据《数据中心设计规范》GB50174-2017，第8.1.6条：数据中心低压配电系统的接地型式宜采用TN系统。采用交流电源的电子信息设备，其配电系统应采用TN-S系统。由此可知市电电源系统的接地应采用直接接地方式（即供电变压器低压侧星形结点应直接接地）。
2.2 应急电源的系统接地
根据《数据中心设计规范》GB50174-2017，第8.4.9条要求，数据中心用3～10kV备用柴油发电机系统中性点接地方式的选择应根据线路的单相接地电容电流数值及电网电源/常用电源接地方式确定。当电网电源/常用电源采用不接地系统时，柴油发电机系统中性点接地宜采用不接地系统。当电网电源/常用电源采用有效接地系统时，柴油发电机系统中性点接地可采用低电阻接地系统，也可采用不接地系统。当多台柴油发电机组设置并机系统并列运行且采用低电阻接地系统时，可设置其中一台机组接地实现系统接地。
根据《数据中心设计规范》GB50174-2017，第8.4.10条：1kV及以下备用柴油发电机系统中性点接地方式宜与低压配电系统接地方式一致。多台柴油发电机组并列运行，且低压配电系统中性点直接接地时，多台机组的中性点可经电抗器接地，也可采用其中一台机组接地方式。
根据以上规范规定内容，再结合工程实际数据中心应急电源的系统接地无论高低压电源设备通常采取与正常电源的接地方式保持一致，据笔者工程经验10～35kV中压电网多数采用不接地方式，故对于数据中心项目中使用的高压应急电源多数采用不接地（也有经电阻接地方式），而对于低压应急电源则均采用直接接地方式。
3 多电源系统接地的实施
3.1 实施原则
在数据中心建筑中，由于用电负荷以电子信息设备为主，电能质量问题除了谐波电压、电压暂降、电压偏差[3]等电压扰动（voltagedisturbance）[2]引起的干扰，还包括走线和接地实施不当产生的杂散电磁场等引起的对信息系统的干扰，后者与变压器 、发电机站中性点接地的实施息息相关。一般情况变电所的接地属低频范畴，产生的感应电压不高，对用电设备的影响较小，但对于信号电压低且比较敏感的数据中心电子信息设备则不能忽视幅值不大的感应电压带来的影响。低压配电系统内的中性线不平衡电流、对地正常泄漏电流及故障状态下的故障电流在变电所内应通过本回路的正规通路返回电源，此处电源即为数据中心供电系统中的变压器或发电机，若通过其他非本回路的不正规通路返回的电流则被称作杂散电流，它可引起对电子信息设备的干扰、电气火灾、对地下金属部分的腐蚀等危害。对于大量信息设备运行的场所，这种杂散电流导致的电磁干扰容易影响电子信息设备的运行，故数据中心工程中电源系统接地的实施应特别注意防止供电回路中中性线不平衡电流等形成不正规通路从而产生杂散电流、杂散电磁场。
为避免出现杂散电磁场对信息设备的干扰，对数据中心多电源的系统接地，根据国际规范规定其要求是一个多电源配电系统内PEN线只允许接地一次。
3.2 电源为多台变压器的系统接地实施 參考IEC相关规定，不允许在变压器中性点就地接地，具体措施为变压器引出的PEN线只能集中在低压侧配电盘上方的PEN母排和下方的PE母排作一次跨接，从而实现一点接地，如图1所示。这样设置可避免杂散电流，另外系统内接地故障电流返回各变压器的通路是最短捷的，能提高故障保护动作的灵敏性，同时也比较便于安装和维护管理。
3.3 电源为变压器和发电机的系统接地的实施
根据以上原则，当电源为变压器及发电机组成的供电系统时，为实现PEN线一点接地，可参照图2实施。
3.4 采用PEN线一点接地应注意的问题
3.4.1关于开关极数
（1）总配电盘开关极数。
由以上论述及图1、图2可知，采取PEN线在总配电盘上一点接地后，变压器出线开关及各电源之间的联络开关应采用三极开关（很明显若采用四极开关，PEN线将会被断开，这样的做法是被严格禁止的）。
（2）负荷末端双电源切换开关极数。
若两电源前端共用配电盘，负荷末端双电源切换开关若采用三极，如图3所示将会产生杂散电流，从而产生杂散电磁场引起不良后果。故此种情况下末端双电源切换开关应采用四极开关切断杂散电流路径，从而避免产生杂散电流、杂散电磁场。
若两电源前端不共用配电盘，这种情况下如图4所示采用三极双电源切换开关后不存在杂散电流路径，也就无杂散电流产生，故此种情况下可采用三极双电源切换开关。
3.4.2变配电室等电位联结的特殊点
关于变配电室等电位联结，传统做法大致为在建筑变配电室内设置MEB，再沿墙敷设一根环形接地体，材质为热镀锌，常用规格为-40×4热镀锌扁钢，变配电室内设备金属外壳均就近与环形接地体联结即可。
对于PEN线在总配电盘上实施一点接地的的供电系统，试设想若变配电室内单独布置的变压器内部发生接地故障，其故障电流将不可避免地流通变配电室环形接地体，且在此种情况下故障电流将达到很高的数值。而根据《交流电气装置接地设计规范》GB/T 50065-2011、附录E、公式E.0.1[4]的验算，对于接地故障
等效持续时间不小于0.14s时，环形接地体采用-40×4热镀锌扁钢最大允许通过的故障电流将小于30kA。我们知道对于数据中心的大容量供电系统，其变压器低压侧的单相接地短路电流及接地故障切除时间完全可能超出上述验算数值，所以采用-40×4热镀锌扁钢作环形接地体是不适宜的。此处的建议做法是将变配电室环形接地体材质改为铜排，再根据供电系统短路电流计算和导体热稳定校验选择合适的尺寸规格。
4 结语
随着国家新基建政策的落实及大数据时代的到来，各地大大小小的数据中心如雨后春笋般涌现，关于其供电电源系统接地的做法，据笔者所知大部分任然采用的是国内传统的做法，没有接轨IEC标准采用PEN线一点接地。其实关于该问题，早在十几年前国内该领域的著名专家王厚余老先生在其著作[5]及论文[6]中都已经详细阐述过，本文也汲取了前辈的观点。笔者真切希望在该问题上我们能尽快接轨国际标准，等发现问题后再来整改将浪费大量人力物力，为时晚矣。
参考文献
[1] GB50174-2017.数据中心设计规范[S].
[2] IEC 60364-4-44：2015.低压电气装置第4部分：安全防护第44章：电压扰动和电磁干扰的防护[S].
[3] IEC 60364-1：2005.低压电气装置第1部分：基本原则、一般特性评估、定义[S].
[4] GB/T 50065-2011.交流电气装置接地设计规范[S].
[5] 王厚余.建筑物电气装置600问[M].北京：中国电力出版社，2013.
[6] 王厚余.再论变电所的接地及杂散电流[J].建筑电气，2011，30（3）：3-6.
收稿日期：2021-05-03
作者简介：邹朋飞（1987—），男，贵州盘县人，本科，工程师，研究方向：数据中心的电气设计和实施。
Grounding and Implementation of Multi Power System in Data Center
ZOU Pengfei
（Guizhou Planning & Design Institute of Posts & Telecommunications Co.，Ltd. Guiyang Guizhou 550001）
Abstract： Based on the data center project， the paper expounds the problems that should be paid attention to in the data center multi power system grounding from the aspects of the characteristics of power load， the selection of the grounding mode of power supply system， the specific problems in the implementation， including the series of power switch， the selection of grounding conductor， etc， It has a high reference and guidance for the design and implementation of power system grounding in data center projects.
Keywords： Data center;System grounding;Electromagnetic interference;Stray current;Switch pole number;Ring earth electrode
关键词：数据中心;系统接地;电磁干扰;杂散电流;开关极数;环形接地体
中图分类号：TU852 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）06-0000-00
1 数据中心用电负荷特点及对供电电源系统的要求
数据中心的定义是为集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，可以是一栋或几栋建筑物，也可以是一栋建筑物的一部分，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。简单理解即为大量放置电子信息设备（包含数据计算、存储、交换及传输设备等）并从事信息及数据等业务的场所。其从据数据中心的使用性质、数据丢失或网络中断在经济或社会上造成的损失或影响程度划分为A、B、C三级[1]。根据用途还可划分为括政府数据中心、企业数据中心、金融数据中心、互联网数据中心、云计算数据中心、外包数据中心等。
从数据中心的使用功能可知，其用电负荷除普通的建筑电气用电及消防负荷外均为IT信息设备负荷及保证其运行坏境的空调动力负荷，且在通常情况下后者占比很大，一個数据中心所设置的供电变压器根据规模从几台到几十台不等，相比普通民用建筑，数据中心属于电能消耗大户。
由于IT信息设备中断供电造成的影响和损失严重（尤其是对于等级较高的A、B级数据中心），其对供电电源系统的可靠性要求极高，通常A、B级数据中心均采用双重电源供电，变压器要求设置备份，应急柴油发电机要求考虑冗余。
同样，电子信息设备对供电电能质量的要求也很高，对电磁干扰[2]及过电压特别敏感，若超标，可能造成电子信息设备无法正常运行或损坏，故机房环境除满足规范要求的电能质量指标外，还应重点考虑机房环境的电磁干扰、过电压及静电等问题。
2 系统接地方式的选择
2.1 市电电源的系统接地
根据《数据中心设计规范》GB50174-2017，第8.1.6条：数据中心低压配电系统的接地型式宜采用TN系统。采用交流电源的电子信息设备，其配电系统应采用TN-S系统。由此可知市电电源系统的接地应采用直接接地方式（即供电变压器低压侧星形结点应直接接地）。
2.2 应急电源的系统接地
根据《数据中心设计规范》GB50174-2017，第8.4.9条要求，数据中心用3～10kV备用柴油发电机系统中性点接地方式的选择应根据线路的单相接地电容电流数值及电网电源/常用电源接地方式确定。当电网电源/常用电源采用不接地系统时，柴油发电机系统中性点接地宜采用不接地系统。当电网电源/常用电源采用有效接地系统时，柴油发电机系统中性点接地可采用低电阻接地系统，也可采用不接地系统。当多台柴油发电机组设置并机系统并列运行且采用低电阻接地系统时，可设置其中一台机组接地实现系统接地。
根据《数据中心设计规范》GB50174-2017，第8.4.10条：1kV及以下备用柴油发电机系统中性点接地方式宜与低压配电系统接地方式一致。多台柴油发电机组并列运行，且低压配电系统中性点直接接地时，多台机组的中性点可经电抗器接地，也可采用其中一台机组接地方式。
根据以上规范规定内容，再结合工程实际数据中心应急电源的系统接地无论高低压电源设备通常采取与正常电源的接地方式保持一致，据笔者工程经验10～35kV中压电网多数采用不接地方式，故对于数据中心项目中使用的高压应急电源多数采用不接地（也有经电阻接地方式），而对于低压应急电源则均采用直接接地方式。
3 多电源系统接地的实施
3.1 实施原则
在数据中心建筑中，由于用电负荷以电子信息设备为主，电能质量问题除了谐波电压、电压暂降、电压偏差[3]等电压扰动（voltagedisturbance）[2]引起的干扰，还包括走线和接地实施不当产生的杂散电磁场等引起的对信息系统的干扰，后者与变压器 、发电机站中性点接地的实施息息相关。一般情况变电所的接地属低频范畴，产生的感应电压不高，对用电设备的影响较小，但对于信号电压低且比较敏感的数据中心电子信息设备则不能忽视幅值不大的感应电压带来的影响。低压配电系统内的中性线不平衡电流、对地正常泄漏电流及故障状态下的故障电流在变电所内应通过本回路的正规通路返回电源，此处电源即为数据中心供电系统中的变压器或发电机，若通过其他非本回路的不正规通路返回的电流则被称作杂散电流，它可引起对电子信息设备的干扰、电气火灾、对地下金属部分的腐蚀等危害。对于大量信息设备运行的场所，这种杂散电流导致的电磁干扰容易影响电子信息设备的运行，故数据中心工程中电源系统接地的实施应特别注意防止供电回路中中性线不平衡电流等形成不正规通路从而产生杂散电流、杂散电磁场。
为避免出现杂散电磁场对信息设备的干扰，对数据中心多电源的系统接地，根据国际规范规定其要求是一个多电源配电系统内PEN线只允许接地一次。
3.2 电源为多台变压器的系统接地实施 參考IEC相关规定，不允许在变压器中性点就地接地，具体措施为变压器引出的PEN线只能集中在低压侧配电盘上方的PEN母排和下方的PE母排作一次跨接，从而实现一点接地，如图1所示。这样设置可避免杂散电流，另外系统内接地故障电流返回各变压器的通路是最短捷的，能提高故障保护动作的灵敏性，同时也比较便于安装和维护管理。
3.3 电源为变压器和发电机的系统接地的实施
根据以上原则，当电源为变压器及发电机组成的供电系统时，为实现PEN线一点接地，可参照图2实施。
3.4 采用PEN线一点接地应注意的问题
3.4.1关于开关极数
（1）总配电盘开关极数。
由以上论述及图1、图2可知，采取PEN线在总配电盘上一点接地后，变压器出线开关及各电源之间的联络开关应采用三极开关（很明显若采用四极开关，PEN线将会被断开，这样的做法是被严格禁止的）。
（2）负荷末端双电源切换开关极数。
若两电源前端共用配电盘，负荷末端双电源切换开关若采用三极，如图3所示将会产生杂散电流，从而产生杂散电磁场引起不良后果。故此种情况下末端双电源切换开关应采用四极开关切断杂散电流路径，从而避免产生杂散电流、杂散电磁场。
若两电源前端不共用配电盘，这种情况下如图4所示采用三极双电源切换开关后不存在杂散电流路径，也就无杂散电流产生，故此种情况下可采用三极双电源切换开关。
3.4.2变配电室等电位联结的特殊点
关于变配电室等电位联结，传统做法大致为在建筑变配电室内设置MEB，再沿墙敷设一根环形接地体，材质为热镀锌，常用规格为-40×4热镀锌扁钢，变配电室内设备金属外壳均就近与环形接地体联结即可。
对于PEN线在总配电盘上实施一点接地的的供电系统，试设想若变配电室内单独布置的变压器内部发生接地故障，其故障电流将不可避免地流通变配电室环形接地体，且在此种情况下故障电流将达到很高的数值。而根据《交流电气装置接地设计规范》GB/T 50065-2011、附录E、公式E.0.1[4]的验算，对于接地故障
等效持续时间不小于0.14s时，环形接地体采用-40×4热镀锌扁钢最大允许通过的故障电流将小于30kA。我们知道对于数据中心的大容量供电系统，其变压器低压侧的单相接地短路电流及接地故障切除时间完全可能超出上述验算数值，所以采用-40×4热镀锌扁钢作环形接地体是不适宜的。此处的建议做法是将变配电室环形接地体材质改为铜排，再根据供电系统短路电流计算和导体热稳定校验选择合适的尺寸规格。
4 结语
随着国家新基建政策的落实及大数据时代的到来，各地大大小小的数据中心如雨后春笋般涌现，关于其供电电源系统接地的做法，据笔者所知大部分任然采用的是国内传统的做法，没有接轨IEC标准采用PEN线一点接地。其实关于该问题，早在十几年前国内该领域的著名专家王厚余老先生在其著作[5]及论文[6]中都已经详细阐述过，本文也汲取了前辈的观点。笔者真切希望在该问题上我们能尽快接轨国际标准，等发现问题后再来整改将浪费大量人力物力，为时晚矣。
参考文献
[1] GB50174-2017.数据中心设计规范[S].
[2] IEC 60364-4-44：2015.低压电气装置第4部分：安全防护第44章：电压扰动和电磁干扰的防护[S].
[3] IEC 60364-1：2005.低压电气装置第1部分：基本原则、一般特性评估、定义[S].
[4] GB/T 50065-2011.交流电气装置接地设计规范[S].
[5] 王厚余.建筑物电气装置600问[M].北京：中国电力出版社，2013.
[6] 王厚余.再论变电所的接地及杂散电流[J].建筑电气，2011，30（3）：3-6.
收稿日期：2021-05-03
作者简介：邹朋飞（1987—），男，贵州盘县人，本科，工程师，研究方向：数据中心的电气设计和实施。
Grounding and Implementation of Multi Power System in Data Center
ZOU Pengfei
（Guizhou Planning & Design Institute of Posts & Telecommunications Co.，Ltd. Guiyang Guizhou 550001）
Abstract： Based on the data center project， the paper expounds the problems that should be paid attention to in the data center multi power system grounding from the aspects of the characteristics of power load， the selection of the grounding mode of power supply system， the specific problems in the implementation， including the series of power switch， the selection of grounding conductor， etc， It has a high reference and guidance for the design and implementation of power system grounding in data center projects.
Keywords： Data center;System grounding;Electromagnetic interference;Stray current;Switch pole number;Ring earth electrode