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1、数据中心常见的供配电 接地系统 数据中心能源白皮书06 前言 众所周知，在国内的机房中一般采用TN-S的接地方式，那么这种接地方式代表什么意义，与其他的TT、IT等接地系统又有什么区别？这些接地系统各有什么优缺点呢？本文将对这些接地系统做一个普及。华为技术有限公司华为技术有限公司 作者：吕志强 1、低压配电接地方 式介绍 数据中心能源白皮书 Huawei Confidential 第2页，共6页 数据中心常见的供配电接地系统 低压交流供配电系统按接地方式的不同分为三类，即 TT、TN 和 IT 系统，其中TN系统应用最为广泛。TN系统根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C，TN-S，

2、TN-C-S系统。低压交流供配电系统的分类参照IEC 60364-1。供配电系统的接地型式以拉丁文字作代号，例如TN-S，其意义为：第一个字母：电源端与地的关系 T（法文Terre）：电源端有一点直接接地 I（法文Isoland）：电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地 第二个字母：电气装置的外露可导电部分与地的关系 T（法文Terre）：电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点 N（法文 Neutre）：电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接 短横线（）后的字母用来表示中性导体与保护导体的组合情况 S（法文Separateur）：中性导体和保

3、护导体分开 C（法文Combinaison）：中性导体和保护导体合一 表一：接地系统命名含义 接地系统 细分项 电源端 设备端 设备端接地与电源端接地 零线与地线是否分开 TT 接地 接地 不直接连接 IT 不接地 或通过阻抗接地 接地 不直接连接 TN TN-C 接地 接地 有直接连接 分开 TN-S 接地 接地 有直接连接 合一 TN-C-S 接地 接地 有直接连接 电源端合一，设备端分开 参照以上的定义，可以得出如下几种常见接地系统的含义。表二：接地系统命名含义 2、低压配电接地方 式对比 提到接地方式，首先要考虑到接地系统的安全性。安全性指供配电时不能伤害人或损坏设备，可靠性指不间断供

4、电的能力，这是电源系统中的一对矛盾，当人身与设备安全性受到危险时，需要切断电源，而切断电源又对用电设备不间断供电产生影响。下面就供配电系统常用的五种交流电源系统及接地方式进行介绍，并结合安全性与可靠性进行分析比较。值得注意的是，在一个地区应使用同一种供电系统，不可同时混用多种供电系统，以确保用电设备安全可靠运行。2.1、IT系统及接地方式 IT系统是三相三线式供电及接地系统，该系统变压器中性点不接地或经高阻抗接地，无中性线N，电器设备保护接地线(PE线)各自独立接地。IT 方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如

5、电力炼钢、大医院的手术室、地下矿井或坑道指挥所、重要通信枢纽特定设备等，该供电系 数据中心能源白皮书 Huawei Confidential 第3页，共6页 统对用电设备的耐压要求较高。地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。运用 IT 方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。但是，如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成架路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。这种供电方式在工地上很少见。图一：I

6、T系统接地图示 2.2、TT系统及接地方式 TT系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，其特点是中性线N与保护地线PE无电气连接，即中性点接地与PE线接地是分开的，因此设备的外壳与电源的接地无直接联系。即设备的外露可导电部分均与系统接地点无关，各自的接地装置单独接地。图二：TT系统接地图示 TT系统常用于设备供电来自于公用电网的地方，民用郊区较常见。TT 系统在正常运行时，不管三相负载是否平衡，在中性线N带电的情况下，PE 设备设备L1 L2 L3电源端不接地或通过高阻抗接地设备外露可导电部分接地设备设备L1 L2 L3电源端接地 N设备外露可导电部分接地数据中心常见

7、的供配电接地系统 数据中心能源白皮书 Huawei Confidential 第4页，共6页 UPS模块并联数量的讨论 线均不带电，因此该系统中负载的所有接地均称为保护接地。这种供电系统的特点如下：1）当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。2）当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，因此 TT 系统难以推广。3）TT 系统接地装置耗用钢材多，而且难以回收、费工时、费料。2.3、TN系统及接地方式 TN

8、方式供电系统这种供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统，称作接零保护系统，用 TN 表示。TN系统的电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护导体与该点连接。在TN系统中又分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种系统.2.3.1、TN-C系统及接地方式 TN-C系统的电源中性点直接接地，引出有中性线N线、保护线PE线或保护中性线PEN线，属于三相四线制系统。图三：TN-C系统接地图示 TN-C供电系统常称为三相四线制供电系统，该系统中性线N与保护接地线PE合二为一，即其工作零线兼作保护线，通称为PEN线。TN-C系统不适用于数据中心，主要原因有如下几点：1）当系统

9、为单相回路，在PEN线中断时，设备金属外壳对地将带220 V的故障电压，人身碰触时电击死亡的危险很大。当安装剩余电流保护装置时，其PEN线穿过剩余电流保护装置，因接地故障电流产生的磁场，在剩余电流保护装置内相抵消而使剩余电流保护装置拒动，所以在TN-C系统内不能装用剩余电流保护装置来防人身电击。2）因PEN线含有PE线而不允许被开关切断，所以TN-C系统内不能装用四极开关，进行电气维修时，无法保证维修人员的安全。3）设备的金属外壳对地带电位，可能对电子设备产生干扰，也可能产生打火引爆。因此，易爆场所内是不允许采用TN-C系统和出现PEN线的。设备设备L1 L2 L3 PEN电源端接地 数据中心

10、能源白皮书 Huawei Confidential 第5页，共6页 TN-S供电系统有五根线，即三根相线U、V、W，一根中性线N和一根保护接地线PE，电力系统仅一点接地，用电设备的外露可导电部分(如外壳、机架等)接PE线。2.3.2、TN-S系统及接方式 图四：TN-S系统接地图示 TN-S系统对接地故障灵敏度高，线路经济简单。在一般情况下，只要选用适当的开关保护装置和足够的导线截面积，就能满足安全要求。目前，采用这种供电系统的比较多，适用于三相负荷比较平衡且单相负荷容量较小的场所。TN-S系统可以作为数据中心的优选供电及接地系统。主要有以下特点：1）在整个TN-S系统内，PE线和N线被分为两

11、根线。除非施工安装有误，除微量对地泄漏电流外，PE线平时不通过电流，也不带电位。它只在发生接地故障时通过故障电流，因此电气装置的外露导电部分对地平时几乎不带电位，比较安全。2）当出现相线碰壳的情况时，等于相线直接对地短路，由于PE线阻抗很小，瞬间短路电流很大，会直接导致前端过电流保护器（空开）断开，不会对人身造成危害，因此TN-S系统可以不必增加漏电保护器。3）当出现N线断开时，即使由于三相负载不平衡导致中性点带电，但是由于中性点和外壳并无电气连接，因此外壳对地无电位差，不会导致触电危险。4）TN-S系统的PE线原则上是不允许断开的，如果断开了，相当于外壳悬空，容易导致触电危险，因此TN-S系

12、统也需要同时考虑重复接地，以避免PE线断开的风险。5）TN-S系统虽然有较高的安全性，但整个供电系统的回路上需要多铺设一条PE线，成本是比较高的。2.3.3、TN-C-S系统及接地 方式 TN-C-S供电系统由两个接地系统组成，前部分有四根线，是TN-C供电系统;后部分有五根线，是TN-S供电系统。分界点在N线与PR线的连接点处，分开后就不允许再合并。这种供电系统一般用在民用建筑物的供电由区域变电所引来的场所。进户前采用TN-C供电系统，进户后变成了TN-S供电系统。目前，新建数据中心及其它设施中也常见。设备设备L1 L2 L3 N PE电源端接地数据中心常见的供配电接地系统 数据中心能源白皮

13、书 Huawei Confidential 第6页，共6页 TN-C-S系统由于供电线路上使用了PEN线，当N线上有电流通过时，在PEN线上一定有产生一定的对地电位差，将会使整个电气装置对地之间产生这个对地电位差，但对于电气装置内部，由于PE线和N线是分离的，PE线上并无电流通过，因此整个电气装置对地电位是相等的，电气装置内部并无电位差，因此不会出现类似TN-C系统的电击风险；当出现N线断开的情况，如果是PE线断开，和TN-C系统一样会导致整个回路断开，也会出现外壳带电的问题，因此TN-C-S系统和其他TN系统一样也要对设备外壳PE端进行重复接地，但不要对PEN线进行重复接地，如果是N线断开，

14、PE线不会带电，外壳也就不会带电，和TN-S情况类似，不会出现触电风险 当出现相线碰壳的情况是，相当于L线直接对PE线短路，短路电流很大，前端的空开会断开保护，因此和TN-S系统一样，无需增加漏电保护开关。总体来看TN-C-S系统综合了TN-S的安全性和TN-C的成本优势，又避免了TN-C系统的系列安全问题。图五：TN-C-S系统接地图示 3、总结 通过以上的介绍，总结如下：表三：几种接地系统优劣对比 低压供配电系统低压供配电系统 优点优点 缺点缺点 TT 对低压电网的雷击过电压有一定的泄漏能力，漏电保护器可靠动作 需要漏电保护器，耗用钢材多，而且难以回收、费工时、费料 IT 供电距离不是很长时，供电可靠性高、电气安全性好 供电距离不是很长 TN TN-C PEN线合并，节省一根导线，经济节约 电气安全性不好，易对电子设备产生干扰，也可能产生打火引爆 TN-S 供电可靠性高、电气安全性好，可以作为数据中心的优选供电及接地系统 供电系统的回路上需要多铺设一条PE线，成本是比较高的 TN-C-S 在三相负载平衡时，综合了TN-S的安全性和TN-C的成本优势 三相负载不平衡时，安全性不高 目前这几种接地系统都有一些应用，而TN-S系统是应用较多的，用户应该根据自己的实际需求来选择合适的接地系统，满足自建要求。设备设备L1 L2 L3 PEN电源端接地数据中心常见的供配电接地系统