廣州卷煙廠數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電及防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析

王 靜(五洲工程設(shè)計(jì)研究院， 北京 100053)

隨著計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，怎樣確保計(jì)算機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行，怎樣給從事計(jì)算機(jī)操作、管理的工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，這些問(wèn)題越來(lái)越被人們所重視。計(jì)算機(jī)中心機(jī)房環(huán)境除必須滿足計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)溫度、濕度和空氣潔凈度、供電電源的質(zhì)量(電壓、頻率和穩(wěn)定性等)、接地地線、電磁場(chǎng)和振動(dòng)、防火、防盜、防雷、屏蔽和接地等項(xiàng)的技術(shù)要求外，還必須滿足在機(jī)房中工作的人員對(duì)照明度、空氣的新鮮度和流動(dòng)速度、噪聲的要求。

國(guó)家關(guān)于計(jì)算機(jī)機(jī)房建設(shè)有一個(gè)新的國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即GB50174-2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》。目前，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是計(jì)算機(jī)機(jī)房建設(shè)的主要依據(jù)，電子信息系統(tǒng)機(jī)房建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜、涉及技術(shù)面比較廣的綜合工程，包括：空氣調(diào)節(jié)技術(shù)、電源供配電技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)、防雷技術(shù)、保安與消防技術(shù)和建筑與裝飾技術(shù)等。

下面以廣州卷煙廠的數(shù)據(jù)中心機(jī)房為例，主要對(duì)其供配電系統(tǒng)和防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

1 廠區(qū)概況介紹

廣州卷煙廠位于荔灣區(qū)東沙經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)環(huán)翠南路88號(hào)，占地69.8萬(wàn)m2，東鄰東沙大橋，西依幽靜的花地河，南望美麗的珠江，北靠環(huán)城高速。交通便利、周邊環(huán)境優(yōu)美，兩面臨水，是廣東卷煙工業(yè)的核心生產(chǎn)基地，也是“雙喜”品牌的主要生產(chǎn)基地和全省卷煙工業(yè)的技術(shù)研發(fā)、物流和培訓(xùn)中心，還是國(guó)家煙草專賣局和廣州市的重點(diǎn)工程項(xiàng)目。

廠區(qū)占地約66.7萬(wàn)m2，主要建筑物有：

辦公樓：多層框架，地下1層為停車場(chǎng)，建筑面積約2萬(wàn)m2。

技術(shù)中心：多層框架，建筑面積約1.2萬(wàn)m2。

聯(lián)合生產(chǎn)工房：車間為單層網(wǎng)架、輔房為多層框架，建筑面積約18萬(wàn)m2。

成品庫(kù)：高架庫(kù)部分為單層網(wǎng)架，高23m，出入庫(kù)區(qū)為多層框架，建筑面積約2萬(wàn)m2。

各種庫(kù)房12棟：多層框架，每棟建筑面積約1.5 萬(wàn)m2。

動(dòng)力中心：多層框架，建筑面積約1.2萬(wàn)m2。其他輔助用房如傳達(dá)室、門衛(wèi)、污水處理站及工業(yè)垃圾站等。

2 計(jì)算機(jī)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)

中心機(jī)房?jī)?nèi)的計(jì)算機(jī)設(shè)備配電系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提和保證。根據(jù)最新的《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174-2008對(duì)電壓變動(dòng)、頻率變化、波形失真率分級(jí)如表1所示。

表1 電壓變動(dòng)、頻率變化、波形失真率分級(jí)

2.1 供配電方式

本項(xiàng)目中心機(jī)房的配線方式采用三種方式，分別是380V、50Hz頻率以及三相五線制，供電方式是五路獨(dú)立的供電線路。從辦公樓1層的低壓配電室引出五路獨(dú)立的380V電源，送至中心機(jī)房UPS的動(dòng)力配電柜內(nèi)，五路供電可以保障不會(huì)出現(xiàn)斷電的不利情況。

UPS配電間裝有一臺(tái)UPS市電輸入柜(320kVA)、一臺(tái)機(jī)房空調(diào)配電柜(350kVA)、一臺(tái)市電配電柜(60kW)以及一臺(tái)UPS輸出柜AP1(320kW)。兩個(gè)主配電柜都帶有雙路電源自動(dòng)互投裝置，如果一路市電出現(xiàn)斷電，則會(huì)自動(dòng)切換至另一路市電，進(jìn)行供電。

UPS市電輸入柜為2臺(tái)UPS主機(jī)供電；機(jī)房空調(diào)配電柜為18臺(tái)精密空調(diào)供電；市電配電柜為機(jī)房區(qū)域內(nèi)供電，包括照明、新風(fēng)設(shè)備、辦公用電和輔助插座等供電；UPS輸出柜AP1輸出到各設(shè)備間的電源列頭柜以提供給中心機(jī)房?jī)?nèi)的關(guān)鍵設(shè)備供電，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

2.2 配電柜配置

本工程采用基業(yè)配電柜(電源列頭柜)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。所有的配電柜包括三相電源指示燈、電量?jī)x及三相五線或單相三線開關(guān)等均采用國(guó)外知名品牌產(chǎn)品。

2.3 UPS配電系統(tǒng)

恒定的電源供給保證了中心機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)資料的存貯，優(yōu)質(zhì)的UPS電源是其運(yùn)行的良好保證。UPS電源能夠避免由于市電電源設(shè)備的質(zhì)量問(wèn)題所帶來(lái)的危害，如電源斷電、電源浪涌、電源波動(dòng)、電壓下陷、減幅振蕩、電源突波、電源干擾及交換瞬變等。

根據(jù)廣東中煙廣州生產(chǎn)基地信息組提供的《廣州生產(chǎn)基地中心機(jī)房設(shè)計(jì)需求》中《附件六：廣州生產(chǎn)基地中心機(jī)房機(jī)柜用電容量估算表》,以UPS供電要求的實(shí)際功率198.4kW來(lái)計(jì)算，按80%的功率因數(shù)折算為248kVA，因此需選用2臺(tái)160kVA UPS組成并機(jī)系統(tǒng)，后備時(shí)間為2h，共512節(jié)NP200-6鉛酸蓄電池(6V,200Ah)。

2.4 照明配電系統(tǒng)

照明配電系統(tǒng)由照明配電箱供電，中心機(jī)房照度指標(biāo)滿足《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174-2008規(guī)定的要求，工作區(qū)內(nèi)一般照明的均勻度(最低照度與平均照度之比)不應(yīng)小于0.7。

中心機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置一般照明、應(yīng)急照明(由UPS供電)和消防疏散照明，并設(shè)置單獨(dú)的配電箱。市電照明配電系統(tǒng)由本層市電配電箱供電，應(yīng)急照明采用UPS配電柜供電。照明設(shè)備選用啞光鋁合金格柵、不銹鋼反射弧罩燈盤。在機(jī)房?jī)?nèi)均勻分布安裝285套40W×3燈盤，規(guī)格為1200×600mm，與600×600mm的天花相匹配，可獲得較好的視覺效果。光源采用日光型冷光源36W冷色溫(4000K)熒光光管，使用壽命大于1.2萬(wàn)h，以保證機(jī)柜前后的足夠照度(400lx)，均勻、沒有暗角、不產(chǎn)生眩光。

2.5 應(yīng)急照明系統(tǒng)

中心機(jī)房?jī)?nèi)按《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174-2008規(guī)定的要求，應(yīng)急照明系統(tǒng)的照度不低于正常照明的10%。中心機(jī)房的照明燈盤根據(jù)面積大小將中間一只燈管作為應(yīng)急照明，采用UPS供電，當(dāng)市電停電時(shí)能持續(xù)提供應(yīng)急照明，照度將不低于50lx。

2.6 線纜選用

本工程電力電纜全部采用ZR-BVV阻燃雙塑系列電線電纜，應(yīng)急回路使用耐火雙塑銅芯(NH-BVV)電纜，線纜截面積根據(jù)負(fù)載的大小而定，完全符合設(shè)計(jì)及國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。主動(dòng)力配電柜、電源列頭柜和各服務(wù)器機(jī)柜之間的電線電纜均采用交聯(lián)耐火(NH-YJV)電纜。

2.7 管槽設(shè)計(jì)

根據(jù)中心機(jī)房的情況，機(jī)房線纜采用上走線方式，強(qiáng)電線纜全部敷設(shè)于天花板下吊裝的封閉鋁合金線槽內(nèi)。由于鋁合金線槽要承重橫梁，因此選用了專業(yè)的優(yōu)質(zhì)工程鋁合金型材。其表面具有光亮氧化涂復(fù)，并具有重量輕、材質(zhì)硬、承重量大且通用性能好等特點(diǎn)。

3 計(jì)算機(jī)中心機(jī)房防雷系統(tǒng)

雷電一般分為直擊雷和感應(yīng)雷兩大類。計(jì)算機(jī)中心機(jī)房可以采用建筑物所裝的避雷針來(lái)防護(hù)直擊雷；而機(jī)房電源系統(tǒng)和弱電信息系統(tǒng)的防雷，則主要是防止由感應(yīng)雷和其他原因引起的雷電浪涌和過(guò)電壓。

按照最新的防雷技術(shù)規(guī)范，即GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，計(jì)算機(jī)中心機(jī)房的防雷措施可以分為電源和信號(hào)兩大部分的防雷。

3.1 電源部分防護(hù)

按國(guó)家關(guān)于防雷技術(shù)的有關(guān)法規(guī)規(guī)定，電源部分的防雷可分為三個(gè)部分，共設(shè)三級(jí)保護(hù)。

由于中心機(jī)房供配電由大樓總配電室提供，其前端大樓已采用了一級(jí)防雷，對(duì)機(jī)房供配電的防護(hù)主要側(cè)重在供電回路的防雷浪涌抵制上。為防止感應(yīng)雷和側(cè)擊雷沿電源線進(jìn)入機(jī)房，損壞機(jī)房?jī)?nèi)的重要設(shè)備，在市電電源配電柜進(jìn)線處加裝了一套DEHN guard H385 3+N高容通量的防雷器，作為電源部分的一級(jí)保護(hù)；在UPS輸入和輸出配電柜各加裝一套DEHN guard T385 3+N防雷器，作為電源部分的第二級(jí)保護(hù)；而在各列頭柜內(nèi)安裝了一套DEHN rail 230 3+N防雷器，作為電源部分的第三級(jí)保護(hù)。

3.2 信息系統(tǒng)保護(hù)

信息系統(tǒng)的保護(hù)可以分為粗保護(hù)和精細(xì)保護(hù)兩大類。粗保護(hù)的量級(jí)可以根據(jù)所屬保護(hù)區(qū)的級(jí)別來(lái)確定；而精細(xì)保護(hù)的量級(jí)則要依據(jù)電子設(shè)備的敏感度確定，還需要考慮衛(wèi)星接收系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)專線系統(tǒng)、電話系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)等。

在信息系統(tǒng)進(jìn)入建筑物電纜的內(nèi)芯線端加裝避雷器，電纜的空線對(duì)應(yīng)接地，并且做好屏蔽接地。為了確保防雷系統(tǒng)的正常工作，還應(yīng)該關(guān)注設(shè)備的傳輸速率、在線電壓及接口類型等等。

由于從室外進(jìn)入計(jì)算機(jī)中心機(jī)房的線纜均為光纖，此部分只需在機(jī)房配線間做好光纖的防雷接地即可。

4 計(jì)算機(jī)中心機(jī)房接地系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)中心機(jī)房的接地系統(tǒng)是機(jī)房建設(shè)中的重要內(nèi)容，接地系統(tǒng)能否良好地運(yùn)行，也是衡量一個(gè)機(jī)房系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量的重要參數(shù)。中心機(jī)房應(yīng)該有優(yōu)質(zhì)的地線系統(tǒng)，以保證計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，同時(shí)也可以防止由寄生電容耦合所帶來(lái)的干擾，確保設(shè)備和工作人員的安全。

計(jì)算機(jī)中心機(jī)房的精密設(shè)備可能會(huì)造成設(shè)備耐過(guò)電壓和電流的水平下降，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)感應(yīng)雷和操作過(guò)電壓浪涌的承受能力下降，這些都是由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高度集成化造成的。感應(yīng)雷侵入中心機(jī)房和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要途徑有：信號(hào)傳輸通道引入、交流電源380V、220V電源線引入、地電位反擊等。根據(jù)國(guó)家及國(guó)際有關(guān)規(guī)定，為了使機(jī)房設(shè)備和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，保障工作人員的工作環(huán)境，中心機(jī)房的防雷接地應(yīng)與整個(gè)建筑物防雷接地共用同一接地裝置，即電子設(shè)備的工作接地和保護(hù)接地采用合用一組接地栓的聯(lián)合接地方式，接地電阻小于1Ω，其中保護(hù)接地包括建筑物防雷接地和屏幕接地兩大類。

然而為了提高可靠性，應(yīng)改進(jìn)為將保護(hù)、工作接地與防雷接地的引入線分開，各自單獨(dú)接至接地體，避雷器通過(guò)防雷接地引入線泄放浪涌電流，設(shè)備接另一引入線。

4.1 交流工作接地

中心機(jī)房與聯(lián)合工房共用接地系統(tǒng)，從聯(lián)合工房的接地點(diǎn)單獨(dú)抽頭，接點(diǎn)采用錫焊或銅焊使其接觸良好。接地裝置按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《計(jì)算站場(chǎng)地技術(shù)要求》中規(guī)定的，在本方案中接地電阻≤1Ω，零地電壓<1V。

安全保護(hù)地在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的處理方法也分為計(jì)算機(jī)中心房?jī)?nèi)、外兩種情況。計(jì)算機(jī)中心機(jī)房?jī)?nèi)的安全保護(hù)地是將所有機(jī)箱的機(jī)殼，用一根絕緣多股導(dǎo)線串聯(lián)起來(lái)，導(dǎo)線橫截面不小2.5mm2。在此我們采用了BVR4mm2多股銅芯導(dǎo)線，再用接地母線將其接到機(jī)房地板下的銅排匯流排上。計(jì)算機(jī)房外使用的交流設(shè)備的機(jī)殼按有關(guān)電氣規(guī)定進(jìn)行接地。

4.2 直流工作接地

在本工程采用網(wǎng)格接地方式。在機(jī)房地板下采用4×40mm的紫銅排沿機(jī)房周邊布置橫縱交叉方格接地匯流排，將紫銅排就近與機(jī)房?jī)?nèi)2個(gè)接地點(diǎn)連接，紫銅排通過(guò)絕緣固定在地板上，方便機(jī)房?jī)?nèi)計(jì)算機(jī)設(shè)備和防雷設(shè)備接地。所有計(jì)算機(jī)設(shè)備直流地都用BVR4mm2多股銅芯絕緣導(dǎo)線焊接至銅排交叉點(diǎn)上，紫銅排接地網(wǎng)采用接地母線焊接到大樓聯(lián)合接地級(jí)。

4.3 防雷保護(hù)接地

所有防雷器設(shè)備的接地線全部接到共用接地排(PAS)上，并采用接地母線從共用接地排連接至建筑物防雷接點(diǎn)網(wǎng)接線柱上。

4.4 機(jī)房屏蔽處理措施

通常情況下，盡管機(jī)房所在大樓原有的防雷接地系統(tǒng)能保護(hù)機(jī)房免受直擊雷的危害，但仍然存在遭受雷電危害的潛在危險(xiǎn)。由于中心機(jī)房集中了大量的高度集成化微電子設(shè)備，會(huì)造成系統(tǒng)設(shè)備耐過(guò)電壓和過(guò)電流的水平下降，進(jìn)而對(duì)雷電浪涌的承受能力也會(huì)下降。因此，有必要對(duì)機(jī)房進(jìn)行一定的屏蔽處理，具體做法如下：

1)吊頂龍骨天面接地網(wǎng)

吊頂主龍骨采用輕鋼鐵質(zhì)龍骨，副龍骨采用鋼制龍骨，在龍骨的連接、交叉處采用自攻螺絲進(jìn)行禁固、加強(qiáng)聯(lián)接，在與周邊墻板連接處將龍骨與彩鋼板用4mm2的絕緣銅纜分段，并與接地匯集線連接成一體，形成天面接地網(wǎng)。

2)輕鋼架彩鋼板墻面接地網(wǎng)

在網(wǎng)管操作間、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間和配電間墻面安裝輕鋼骨架和彩鋼板，在輕鋼骨架底部采用4#鍍鋅角鋼做一條接地匯集環(huán)，與彩鋼板及吊頂龍骨連成一體。然后把所有的龍骨用4mm2絕緣銅纜聯(lián)結(jié)后與接地匯集線連接，形成立面接地網(wǎng)。

3)防靜電地板支架地面接地網(wǎng)

防靜電活動(dòng)地板的鋼質(zhì)支架相互連接,采用4mm2絕緣銅纜分段與接地匯集線焊接聯(lián)成一體，形成地面接地網(wǎng)。這樣整個(gè)機(jī)房空間形成一個(gè)等電位“法拉第籠”，從而使機(jī)房達(dá)到了一定的屏蔽效果，可有效防止空間雷閃電磁脈沖侵入機(jī)房。

4)其他接地網(wǎng)

將配電箱金屬外殼、電源地、避雷器地、機(jī)柜外殼、金屬屏蔽線槽、門窗等穿過(guò)各防雷區(qū)交界的金屬部件和系統(tǒng)(設(shè)備的外殼)，以及對(duì)防靜電地板下的隔離架進(jìn)行多點(diǎn)等電位接地，就近連接一體都要與保護(hù)地有良好的連接，既能保證工作人員和設(shè)備的安全，又給機(jī)房?jī)?nèi)游離電子提供了一個(gè)順暢通路。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，計(jì)算機(jī)中心機(jī)房的建設(shè)集建筑、電氣、安裝及網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)專業(yè)技術(shù)于一體，應(yīng)按照功能與美觀兼具的設(shè)計(jì)思想，才能建設(shè)一個(gè)具備先進(jìn)性、實(shí)用性、擴(kuò)展性和展示性，用料考究、施工嚴(yán)謹(jǐn)?shù)默F(xiàn)代化機(jī)房。

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