Wie implementieren Rechenzentren DC-Erdsysteme?

Wie man ein DC-Erdsystem in einem Rechenzentrum implementiert

Die Implementierung eines DC-Erdsystems (DC Erdsystem) in einem Rechenzentrum ist entscheidend, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des DC-Stromsystems zu gewährleisten, elektrische Störungen und elektrische Schlagrisiken zu verhindern und elektromagnetische Störungen zu reduzieren. Hier sind die Schritte und wesentlichen Überlegungen zur Implementierung eines DC-Erdsystems:

1. Verstehen des Zwecks der DC-Erdung

• Sicherheit: Ein DC-Erdsystem verhindert, dass Gehäuse von Geräten unter Spannung geraten, wodurch elektrische Schlagrisiken vermieden werden.

• Stabilität: Durch die Erdung des DC-Stromsystems wird die Spannungsstabilität aufrechterhalten, Spannungsschwankungen reduziert und empfindliche elektronische Geräte geschützt.

• Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV): Die Erdung hilft, elektromagnetische Störungen (EMI) zu reduzieren und stellt sicher, dass Kommunikation und Datenübertragung im Rechenzentrum nicht gestört werden.

2. Wahl der geeigneten Erdmethode

Rechenzentren verwenden in der Regel eine von zwei Methoden für die DC-Erdung:

• Negative Erdung: Dies ist die am häufigsten verwendete Methode, bei der das negative Terminal des DC-Stromsystems an die Erde angeschlossen wird, während das positive Terminal schwebend bleibt. Negative Erdung wird weit verbreitet verwendet, da sie den meisten Kommunikationsgerätestandards entspricht und das Korrosionsrisiko am positiven Terminal reduziert.

• Positive Erdung: In einigen spezialisierten Anwendungen kann positive Erdung gewählt werden. Bei dieser Konfiguration wird das positive Terminal an die Erde angeschlossen, während das negative Terminal schwebend bleibt. Positive Erdung ist in Rechenzentren weniger üblich, wird aber in bestimmten industriellen Umgebungen verwendet.

• Hinweis: Innerhalb desselben Rechenzentrums sollte nur eine Erdmethode verwendet werden, um die Komplexität und potenziellen Sicherheitsprobleme gemischter Erdungssysteme zu vermeiden.

3. Entwurf des Erdnetzwerks

• Haupterderde: Dies ist der Ausgangspunkt des gesamten Erdungssystems, bestehend aus in der Erde vergrabenen Metallstäben, Platten oder Gittern. Der Haupterderde sollte einen geringen Widerstand haben, um eine gute Leitfähigkeit zu gewährleisten. Der Erdungs-Widerstand sollte so niedrig wie möglich sein, in der Regel unter 5 Ohm.

• Erdungsbusbar: Der Erdungsbusbar ist ein Metalleiter, der alle Erdkabel von DC-Geräten sammelt. Er wird in der Regel in Verteilungskästen oder Batteriekästen installiert, um sicherzustellen, dass alle Geräte zuverlässig mit dem Erdungssystem verbunden sind.

• Geräteeerdung: Alle DC-Stromgeräte (wie Batterien, Rechteckgleichrichter und DC-Verteilungseinheiten) sollten über Erdkabel mit dem Erdungsbusbar verbunden sein. Die Querschnittsfläche der Erdkabel sollte groß genug sein, um den maximalen Fehlerstrom zu leiten.

4. Gewährleistung der Kontinuität des Erdungssystems

• Auswahl der Erdkabel: Erdkabel sollten aus wenig widerstandsbehafteten, korrosionsbeständigen Materialien wie Kupfer oder versilbertem Kupfer hergestellt sein. Die Querschnittsfläche der Kabel sollte basierend auf den maximalen Strom- und Fehlerstromanforderungen der Geräte ausgewählt werden, um eine sichere Stromleitung bei Fehlern zu gewährleisten.

• Überprüfung der Erdverbindungen: Alle Erdverbindungspunkte sollten regelmäßig überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie nicht locker, korrodiert oder schlecht verbunden sind. Ein Multimeter oder ein Erdungs-Widerstandsmesser kann verwendet werden, um den Widerstand des Erdungssystems zu messen und sicherzustellen, dass er innerhalb eines sicheren Bereichs bleibt.

5. Blitzschutz

Das DC-Erdsystem in einem Rechenzentrum sollte auch den Blitzschutz berücksichtigen. Blitze können durch Stromleitungen oder andere Wege hohe Spannungen einführen und Geräte beschädigen. Daher sollten Überspannungsschutzgeräte (SPDs) an den Eingängen des Rechenzentrums installiert werden, und die Erdungsanschlüsse dieser Geräte sollten mit dem Haupterderde verbunden werden, um sicherzustellen, dass Blitzströme schnell in die Erde geleitet werden.

6. Isolierung von DC- und AC-Erdungssystemen

Das DC-Erdungssystem und das AC-Erdungssystem sollten getrennt voneinander entworfen werden, um gegenseitige Störungen zu vermeiden. Obwohl beide Systeme letztendlich an denselben Haupterderde angeschlossen werden, sollten sie in der tatsächlichen Verkabelung physisch getrennt bleiben, um zu verhindern, dass AC-Ströme in das DC-System eindringen, was Sicherheitsrisiken darstellen könnte.

7. Überwachung und Wartung

Erdungs-Widerstandsüberwachung: Erdungs-Widerstandsüberwachungsgeräte können installiert werden, um den Widerstand des Erdungssystems kontinuierlich zu überwachen. Wenn der Widerstand einen festgelegten Schwellenwert überschreitet, löst das System eine Alarmmeldung aus, um Wartungspersonal zur Prüfung und Behebung des Problems zu veranlassen.

Regelmäßige Wartung: Das Erdungssystem sollte regelmäßig gewartet werden, einschließlich der Überprüfung des Zustands der Erdkabel, der Reinigung um Erdungs-Electroden herum und des Testens des Erdungs-Widerstands. Dies ist besonders wichtig in feuchten oder regnerischen Umgebungen, in denen die Leistung des Erdungssystems beeinträchtigt sein kann und häufigere Inspektionen erforderlich sind.

8. Einhaltung relevanter Normen und Vorschriften

Bei der Implementierung eines DC-Erdungssystems ist es entscheidend, nationale und branchenspezifische Normen und Vorschriften einzuhalten, wie zum Beispiel:

GB 50054-2011: „Norm für Niederspannungsverteilungsanlagen“

GB 50174-2017: „Norm für Rechenzentren“

IEC 62595: „Entwurf von Stromversorgungssystemen in Rechenzentren“

NFPA 70: „National Electrical Code“ (gilt in den USA)

9. Berücksichtigung eines redundanten Designs

Um die Systemzuverlässigkeit zu erhöhen, können redundante Pfade für das DC-Erdungssystem entworfen werden. Zum Beispiel können mehrere Erdungs-Electroden an verschiedenen Standorten installiert oder doppelte Erdungsbusbars verwendet werden, um sicherzustellen, dass das System auch bei Ausfall eines Erdpfades weiterhin betriebsfähig bleibt.

10. Schulung und Betriebsverfahren

Betriebspersonal in Rechenzentren sollte über die Grundlagen und Wartungsanforderungen des DC-Erdungssystems geschult werden. Darüber hinaus sollten detaillierte Betriebsverfahren erstellt werden, um sicherzustellen, dass das Erdungssystem während der Routinewartung und der Fehlersuche korrekt bedient wird und mögliche Sicherheitsrisiken durch Fehlbedienung vermieden werden.

Zusammenfassung

Die Implementierung eines DC-Erdungssystems ist entscheidend, um die Sicherheit und stabile Funktion des DC-Stromsystems in einem Rechenzentrum zu gewährleisten. Durch den geeigneten Entwurf des Erdungssystems, die Auswahl der richtigen Erdmethode, die Gewährleistung der Kontinuität und Zuverlässigkeit sowie die Einhaltung relevanter Normen und Vorschriften kann die elektrische Sicherheit und elektromagnetische Verträglichkeit des Rechenzentrums effektiv verbessert werden.