从接地方式上谈数据中心的供电系统

数据中心的所有设备运转都离不开电，研究数据中心供电系统非常有意义。在如今倡导绿色、节约能源的大背景下，优化数据中心的供电系统是一种主要的节约能源的方式。其实很多人对供电系统并不了解，不知道其工作的基本原理。对于一个数据中心的技术人员来讲，掌握数据中心供电系统的原理和使用方式，是最基本的技能，不可能每个数据中心都有专门的电工来维护供电系统，对于很多中小型的数据中心，根本没有资金再去单独聘用电工，所以掌握一些基本的供电知识是非常必要的，这对于日常维护数据中心，以及在紧急故障情况下，缩短业务恢复的时间都是非常有益的。本文将对数据中心的供电系统做个简单介绍。

数据中心也是建筑，继承了建筑工程供电使用的基本供电系统，有三相三线制，三相四线制等。根据各种保护方式、术语概念、低压配电系统，按接地方式的不同，国际电工委员会将供电系统分为三大类：TT 系统、TN系统、IT系统。TT系统是指将电气设备的金属外壳直接接地，负载侧设备不带电的金属外壳与大地连接，但与电源侧配电变压器中性点没有直接电气连接，也称为保护接地系统，其中第一个符号T表示电力系统中性点直接接地;第二个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。TT系统接地耗材比较多，还需要增加额外的漏电保护器，低压断路器不一定能跳闸，易出现危险，所以TT系统一般用于临时的供电，安全性不高，很少适用于数据中心，即使应用也仅作为临时的备用供电系统使用。TN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，也称作接零保护系统。这种系统的特点是一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，立即引起熔断器的熔丝会熔断，使故障设备断电，非常安全，TN系统也比较节省材料，保护零线和工作零线可以做到一起，如果工作零线还作为零保护线，也称作保护中性线。此时由于三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，有对地电压，这样与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定的电压，这种情况仅适用于三相负载基本平衡的情况。如果将工作零线和保护零线分开，就不用关心三相负载不均的问题，这种供电方式比较可靠，适用于中小型的数据中心，总耗电量比较低的数据中心。IT系统是三相三线式接地系统，其中的I表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地，T表示负载侧电气设备进行接地保护，没有中型线N，只有有线电压380V和无相电压220V，保护接地线PE各自独立接地。IT供电可靠性高、安全性好，是数据中心最重要的供电方式。我们常说IT系统、IT民工，不仅是用IT来代表信息行业的一个特点，其实信息系统(包括数据中心)的供电系统也叫IT系统。使用IT方式供电，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流依然很小，不会破坏电源电压的平衡，使用安全度高。

从以上的介绍中不难看出，三类供电系统最大的区别在于接地方式的不同上，采用不同的接地方式决定了整个供电系统的独自特点。IT系统是目前数据中心使用最为广泛的供电方式，这也是为何我们将信息处理都统一称为IT的一个原因，而不仅仅是Information Technology的缩写。用于数据中心的供电系统，其允许输入的电压和频率的波动范围要相当宽，典型值分别为380/220的15%左右和50Hz的10%左右，IT系统很好地确保了这点。不过IT系统也有不足，IT系统不能配出中性线N，因此它不适用于拥有大量单相设备的数据中心，还有就是当供电距离很长时，供电线路对大部分的分布电容就比较大了。当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，这是比较危险的，所有IT系统只有在供电距离不长时才比较安全。由此可见，不管哪种供电系统，都有其使用的优点和缺点，需要根据实际使用情况综合评估使用哪种方式，从已经应用的情况来看，数据中心还是以IT系统为主。

供电系统是整个数据中心的动力来源，相当于一个人的“心脏和血管”，负责把能量输送到数据中心里的每一台设备，供电系统能够正常工作，是其它所有系统能够正常工作的前提和基础，所以保证数据中心供电系统的安全可靠运行是尤为重要的。三种供电方式，只有IT方式可靠性最高，因此成为了数据中心里应用最为广泛的供电方式。虽然和TT、NT相比，IT系统的建设成本最高，但是也最安全，最稳定。在数据中心的建设成本中，供电系统往往是整个数据中心投资最大的部分，有时可能达到整体投资的50%，是数据中心最为关键的部分。建设一个运转高效的供电系统，对于数据中心在整个生命周期里安全运行都是非常必要的。建设高效的供电系统，意味着可以给数据中心运行节省电能，数据中心运行越久，收益就越高，如今的数据中心通过各种小的系统优化来改善供电，主要有两个目的：一个是安全性，另一个是节能。不管如何改变，供电系统的基本永远不会变，IT系统的三相三线式不会变，所以掌握IT系统的使用特点，可以很快进入到数据中心的供电系统维护上来，在此基础上在去学习其它复杂的技术，比如电路备份、噪声处理、漏电保护等等，这些都是供电系统的辅助组成部分，和供电有着密切联系。