איך מרכזי מידע מטמיעים מערכות קרקעות DC?
איך ליישם מערכת קרקעית DC במרכז נתונים
היישום של מערכת קרקעית DC (DC Grounding System) במרכז נתונים הוא חיוני להבטיח את הבטיחות והאמינות של מערכת הכוח DC, למנוע תקלות חשמליות וסיכונים של מכת חשמל, ולקחת חלק בהפחתת התאבכות מגנטית. להלן השלבים והתחשבויות המפתח ליישום מערכת קרקעית DC:
1. הבנת מטרת הקרקעית DC
בטיחות: מערכת קרקעית DC מונעת מהכינים של הציוד להפוך לטעונים, ובכך מונע סיכונים של מכת חשמל.
יציבות: על ידי חיבור מערכת הכוח DC לקרקע, מתח נשמר יציב, מפחית תנודות מתח ומגן על ציוד אלקטרוני רגיש.
תאימות אלקטרומגנטית (EMC): קרקעית עוזרת להפחית התאבכות מגנטית (EMI), ומבטיחה שהתקשורת והעברת מידע במרכז הנתונים לא יתפרעו.
2. בחירת שיטת הקרקעית המתאימה
מרכזי נתונים בדרך כלל משתמשים באחת משתי שיטות לקרקעית DC:
קרקעית שלילית: זו היא השיטה הנפוצה ביותר, שבה הקוטב השלילי של מערכת הכוח DC מחובר לקרקע, בעוד שהקוטב החיובי נשאר צף. הקרקעית השלילית נמצאת בשימוש נרחב כי היא תואמת לסטנדרטים מרובים של ציוד תקשורת ומפחיתה את הסיכון של שחיקה על הקוטב החיובי.
קרקעית חיובית: במשימות מיוחדות מסוימות, ייתכן וייבחרה קרקעית חיובית. בהצורה הזו, הקוטב החיובי מחובר לקרקע, בעוד שהקוטב השלילי נשאר צף. הקרקעית החיובית פחות נפוצה במרכזי נתונים אך יכולה לשמש בסביבות תעשייה מסוימות.
הערה: באותו מרכז נתונים, יש להשתמש בשיטה אחת בלבד של קריקעית כדי להימנע מסיבוכיות ובעיות בטיחות אפשריות הקשורות למערכות קריקעית מעורבות.
3. עיצוב הרשת הקרקעית
אלקטור הקרקעית הראשי: זהו נקודת ההתחלה של כל מערכת הקרקעית, בדרך כלל מורכב ממקלות, לוחות או רשתות מתכתיות שנקברו בקרקע. האלקטור הקרקעית הראשי צריך להיות עם 저נגדות כדי להבטיח מוליכות טובה. ההתנגדות לקרקעית צריכה להיות ככל האפשר נמוכה, בדרך כלל פחות מ-5 אוהמים.
בריכת הקרקעית: בריכת הקרקעית היא מוליך מתכת שמחבר את כל חוטי הקרקעית מהציוד DC. היא בדרך כלל מותקנת בתוך תאי פיזור או תאי סוללות, ומבטיחה שכל המכשירים יכולים להתחבר באופן אמין למערכת הקרקעית.
קרקעית ציוד: כל ציוד הכוח DC (כמו סוללות, מלבנים ויחידות פיזור DC) צריך להיות מחובר לבריכת הקרקעית באמצעות חוטי קרקעית. שטח החתך של חוטי הקרקעית צריך להיות גדול מספיק כדי לשאת את זרם התקלה המקסימלי.
4. שמירה על רציפות המערכת הקרקעית
בחירת חוטי הקרקעית: חוטי הקרקעית צריכים להיות עשויים מחומרים בעלי נמוכה להתנגדות ועמידים בפני שחיקה כמו נחושת או נחושת מצופה. שטח החתך של החוטים צריך להיות נבחר בהתאם לדרישות הזרם המקסימלי וזרם התקלה של הציוד, תוך שמירה על העברת זרם בטוחה במהלך התקלות.
בדיקה של חיבורי הקרקעית: כל נקודות הקרקעית צריכות להיות נבדקות באופן קבוע כדי להבטיח שהן אינן רופפות, מצוירות או מחוברות לקוי. ניתן להשתמש במולטימטר או מכשיר מדידת התנגדות לקרקעית כדי למדוד את ההתנגדות של מערכת הקרקעית, תוך שמירה שהיא נותרת בתחום בטוח.
5. הגנה מפני ברקים
מערכת הקרקעית DC במרכז הנתונים צריכה גם להתחשב בהגנה מפני ברקים. פגיעות ברק יכולות להכניס מתח גבוה דרך קווי כוח או נתיבים אחרים, ועשויות להרוס ציוד. לכן, יש להתקין מכשירי הגנה מפני צפיפות (SPDs) בנקודות כניסה של מרכז הנתונים, והקצוות הקרקעית של המכשירים הללו צריכים להיות מחוברים לאלקטור הקרקעית הראשי כדי להבטיח שהזרמים של הברקים יפוזרו במהירות לקרקע.
6. הפרדת מערכות הקרקעית DC ו-AC
מערכת הקרקעית DC ומערכת הקרקעית AC צריכות לתכנן בנפרד כדי למנוע התאבכות הדדית. אם כי שתי המערכות בסופו של דבר מחוברות לאותו אלקטור קריקעית ראשי, הן צריכות להיות מופרדות באופן פיזי בתפיסה אמיתית כדי למנוע מאנרגיה AC להכנס למערכת DC, מה שיכול להוות סיכונים בטיחותיים.
7. מעקב ושימור
מעקב אחר התנגדות הקרקעית: ניתן להתקין מכשירי מעקב אחר התנגדות הקרקעית כדי לעקוב בצורה מתמדת אחר ההתנגדות של מערכת הקרקעית. אם ההתנגדות עולה מעל סף מוגדר, המערכת תפעיל אזעקה, ותגרום לצוות השימור לבדוק ולטפל בעניין.
שימור רגולרי: מערכת הקרקעית צריכה להיות שומרת באופן רגיל, כולל בדיקה מצב חוטי הקרקעית, ניקוי סביב האלקטור הקרקעית, ובדיקת התנגדות הקרקעית. זה במיוחד חשוב בסביבות לחות או גשום, שבהן יכול הביצוע של מערכת הקרקעית להיות מושפע, ודורש בדיקות תכופות יותר.
8. תקן ותקנות רלוונטיות
כאשר מיישמים מערכת קריקעית DC, חשוב להיענות לתקנים ותקנות לאומיים ותעשייתיים, כגון:
GB 50054-2011: "קוד תכנון הפצה נמוכה מתח"
GB 50174-2017: "קוד תכנון数据中心接地系统的实施对于确保数据中心内直流电源系统的安全和稳定运行至关重要。通过适当设计接地系统、选择正确的接地方法、确保连续性和可靠性，并遵守相关标准和规范，可以有效提高数据中心的电气安全性和电磁兼容性。 以下是实施直流接地系统的步骤和关键考虑因素： 1. **了解直流接地的目的** - **安全性**：直流接地系统防止设备外壳带电，从而避免触电危险。 - **稳定性**：通过将直流电源系统接地，保持电压稳定，减少电压波动，保护敏感电子设备。 - **电磁兼容性（EMC）**：接地有助于减少电磁干扰（EMI），确保数据中心内的通信和数据传输不被中断。 2. **选择合适的接地方法** - 数据中心通常使用两种直流接地方法之一： - **负极接地**：这是最常见的方法，其中直流电源系统的负极接地，而正极保持浮动。负极接地广泛使用，因为它符合大多数通信设备的标准，并减少了正极腐蚀的风险。 - **正极接地**：在某些特殊应用中，可能会选择正极接地。在这种配置下，正极接地，而负极保持浮动。正极接地在数据中心中较少见，但在某些工业环境中可能使用。 - **注意**：在同一数据中心内，应仅使用一种接地方法，以避免混合接地系统带来的复杂性和潜在的安全问题。 3. **设计接地网络** - **主接地电极**：这是整个接地系统的起点，通常由埋在地下的金属棒、板或网格组成。主接地电极应具有低电阻，以确保良好的导电性。接地电阻应尽可能低，通常小于5欧姆。 - **接地母线**：接地母线是收集所有来自直流设备的接地线的金属导体。它通常安装在配电柜或电池柜内，确保所有设备都能可靠地连接到接地系统。 - **设备接地**：所有直流电源设备（如电池、整流器和直流配电单元）应通过接地线连接到接地母线。接地线的截面积应足够大，以承载最大故障电流。 4. **确保接地系统的连续性** - **接地线的选择**：接地线应采用低电阻、耐腐蚀的材料，如铜或镀锡铜。电线的截面积应根据设备的最大电流和故障电流要求选择，确保在故障时能够安全导电。 - **接地连接点的检查**：所有接地连接点应定期检查，确保它们没有松动、腐蚀或连接不良。可以使用万用表或接地电阻测试仪测量接地系统的电阻，确保其保持在安全范围内。 5. **防雷保护** - 数据中心的直流接地系统还应考虑防雷保护。雷击可以通过电源线或其他路径引入高电压，可能损坏设备。因此，应在数据中心入口处安装浪涌保护装置（SPD），并将这些装置的接地端子连接到主接地电极，以确保雷电流能迅速泄入大地。 6. **直流和交流接地系统的隔离** - 直流接地系统和交流接地系统应分开设计，以避免相互干扰。尽管两个系统最终都连接到同一个主接地电极，但在实际布线中应物理分离，以防止交流电流进入直流系统，这可能会带来安全隐患。 7. **监测与维护** - **接地电阻监测**：可以安装接地电阻监测装置，持续监测接地系统的电阻。如果电阻超过设定阈值，系统将触发警报，提示维护人员检查并解决问题。 - **定期维护**：接地系统应定期维护，包括检查接地线的状态、清洁接地电极周围的区域以及测试接地电阻。特别是在潮湿或多雨的环境中，接地系统的性能可能会受到影响，需要更频繁的检查。 8. **遵守相关标准和法规** - 在实施直流接地系统时，必须遵守国家和行业标准及法规，例如： - GB 50054-2011：《低压配电设计规范》 - GB 50174-2017：《数据中心设计规范》 - IEC 62595：《数据中心电力系统设计》 - NFPA 70：《美国国家电气规范》 9. **考虑冗余设计** - 为了提高系统的可靠性，可以为直流接地系统设计冗余路径。例如，可以在不同位置安装多个接地电极，或使用双接地母线，以确保即使一个接地路径失效，系统仍能正常运行。 10. **培训和操作程序** - 数据中心运维人员应接受直流接地系统原理和维护要求的培训。此外，应制定详细的操作程序，确保在日常维护和故障处理过程中正确操作接地系统，避免因误操作导致的潜在安全隐患。 **总结** 实施直流接地系统对于确保数据中心内直流电源系统的安全和稳定运行至关重要。通过适当设计接地系统、选择正确的接地方法、确保连续性和可靠性，并遵守相关标准和规范，可以有效提高数据中心的电气安全性和电磁兼容性。
