淺議數據中心的雷電防護論文

淺議數據中心的雷電防護論文

　　1引言

　　隨著互聯網的快速發展，通信的概念已不僅僅局限于傳統的語音和短信業務，通信服務和信息服務的概念日趨融合。因此，越來越多的運營商也將關注點轉移到互聯網數據業務服務市場，整個行業正在朝著協同托管、集中計算的環境轉移。正因如此，IDC機房應運而生氣

　　機房是業務的物理載體，是互聯網信息服務的核心基礎設施。IDC機房的產生是互聯網工業化進程中，分工不斷細化的一個必然結果。傳統的局站和機房，其物理實體一般為單個房間或建筑，在單個機房或建筑內部署了從電源到傳輸、數據、交換等多種設備。

　　與傳統局站和機房相比，IDC機房的分工更加細致明確，并依靠規模來實現效率和利益最大化。其大都由多個機房或建筑構成，并作為一個建筑群或園區的形式存在。其中的每個機房及建筑功能更為單一，專注于某一特定業務。

　　正是由于這些功能和布局的變化，使得在雷電防護方面，IDC機房與傳統局站機房存在著很大的不同。本文將根據IDC機房的特點以及現場檢測總結的情況，對IDC機房的雷電防護給出一些建議。

　　2.IDC機房的外部雷電防護裝置的設計

　　外部雷電防護裝置是建筑物雷電防護的最外層屏障，也是建筑物雷電防護的主要手段是所有建筑物雷電防護不可缺少的部分氣外部LPS用于截收建筑物的直擊雷(包括建筑物側面的閃繳，將雷電流從雷擊點引導入地消散，避免產生熱效應或機械損壞，并避免在容易引發爆炸或火災的危險環境中產生危險火花。其主要由接閃器、引下線及接地裝置組成。

　　其中，接閃器是直擊雷防護的第一道關口，目前最常見的就是避雷針。在設計確定接閃器的保護范圍時，常用的方法有保護角法、滾球法和網格法三種。在GB/T21714.3《雷電防護第三部分:建筑物的物理損壞和生命危險》(以下簡稱GB21714.3)中，對保護角法和網格法的使用做出了嚴格限制，并指出滾球法適用于任何場合。同時，標準中也根據被保護建筑物的特性及雷電防護水平定義了外部LPS的特性。這些特性包括滾球半徑、網格尺寸、保護角、引下線間的典型距離、避免危險火花的間隔距離、接地極的尺寸等重要參數。因此，對于建筑物的外部LPS的設計選擇，建議參考標準中給出的參數，使用滾球法進行設計。

　　在傳統局站機房中，其建筑物頂部通常會安裝天線、鐵塔等外部設施，接閃器也通常安裝在鐵塔的頂部，此時鐵塔也作為外部LPS的一部分。由于鐵塔的高度通常較高，相應地也提高了接閃器的保護范圍，使得整個建筑都在接閃器的保護范圍內。是使用滾球法確定保護范圍的示意圖。通常情況下，塔高一般25米以上，按照標準要求，滾球半徑r選取30米，當球體與外部LPS接觸時，球體之外的部分為保護范圍。從圖中可以看出，樓頂外部設施均處于避雷針和避雷帶的保護范圍內。

　　對于IDC機房，由于其業務類型主要是數據及信息服務，因此一般很少會安裝鐵塔，其外部LPS的設置更類似于通用建筑：在建筑物頂部中心及四角設置避雷針，并在外墻四周設置避雷帶。其中，主避雷針通常設置在樓頂的最高建筑如電梯機房頂部。通常情況下，只要接閃器的安裝位置及參數選擇合適，也能保證整個大樓在其保護范圍之內。

　　但隨著IDC機房內部設備的擴容，后期往往會增加很多配套設施，如冷卻塔及其配套的控制箱等。此時，就有可能造成后續安裝的設施暴露在原有外部LPS的保護范圍之外。

　　圖2是樓頂無鐵塔時，避雷針高度降低后的滾球法示意圖。從圖中可以看出，隨著避雷針高度的降低，外部LPS的保護范圍也相應減小。后期擴容后的樓頂冷卻塔等設施也進入滾球內部，處于避雷針和避雷帶的保護范圍之外。

　　因此，對于IDC機房，除了在設計時應該根據其具體環境條件等因素，確定雷電防護等級，并合理使用標準中規定的參數設計安裝外部LPS外，當需要增加其它外部設備設施時，也應請專業的設計人員根據其安裝位置及原有外部LPS參數進行重新設計，以保證新增的設備設施處于外部LPS的保護范圍之內。具體的設計要求和方法可參見GB21714.3。

　　3.IDC機房的內部雷電防護措施及維護

　　IDC機房通常都有獨立的配電機房，主要由高壓配電機房和低壓配電機房組成。高壓配電系統包括高壓配電柜、變壓器和柴油發電機等;低壓配電系統包括UPS、蓄電池和低壓配電柜等。配電機房內部雷電防護的最主要措施是使用過電壓防護設備和等電位連接。

　　高壓配電系統的過電壓防護設計通常由電力部門負責，但高壓配電系統的定期檢查應被納入到機房曰常維護中。高壓配電系統主要通過安裝高壓防雷器來保證防護。通�，F場檢查可通過考核高壓防雷器的直流參考電壓和漏電流等指標來判斷高壓防雷器的性能。

　　低壓配電系統最容易遭受雷電的干擾，產生瞬間過電壓，并進一步影響機房設備的正常運行。因此，為了保護機房設備的安全，通常使用電涌保護器(SPD)將過電壓限制在設備能承受的范圍之內，并將浪涌電流引導入地氣

　　IDC機房的低壓配電系統防雷可采用三級防雷措施第一級防雷設在大樓總進線的低壓配電處，第二級防雷設在UPS的輸入端或機房所在樓層的分配電處，第三級防雷設在機房的各列頭柜進線處�，F場可通過考核低壓電涌保護器的啟動電壓、漏電流、殘壓等指標來判斷低壓電涌保護器是否劣化。

　　等電位連接是機房內部雷電防護的重要手段，科學合理的等電位連接可減小設備之間、機架之間的電位差H。除了保護設備安全外，也保證了機房內操作人員的安全。IDC機房中因其設備眾多，因此經常會有疏漏。所以，除了需要在工程驗收環節嚴謹把關以外，還應在IDC機房正式運營后，定期進行檢查各設備機架等金屬構件是否能良好接地，其連接電阻值是否在標準要求范圍內。

　　此外，還有一點值得注意，目前數據中心中傳統的UPS配電系統已經顯示出效率低、占地面積大等特點，因此，高壓直流配電系統迅速發展，并在很多新建數據中心中被普遍運用。對于高壓直流配電系統，需要嚴格按照相關要求進行設計，特別是高壓直流系統中的SPD和斷路器，需要選擇具有直流分斷能力的專用設備。

　　4.IDC機房冷卻設施的雷電防護

　　IDC機房的高度集中化造就了其高效的運營效率，同時也帶來了通風散熱等一系列問題。為了解決機房內大量設備的通風散熱問題，其空調系統基本采用大型水冷空調系統，冷卻塔是此類空調系統中不可缺少組成部分。

　　在傳統機房建筑中，雖然也會使用此類空調系統，但由于設備密度較低，空調主要是為辦公環境提供服務，兼顧機房設備制冷。因此，冷卻塔數量較少，并且大都設置在地面。安裝在建筑物頂部時，也處于鐵塔的保護范圍內

　　但在IDC機房中，由于設備高度集中，數量龐大，為了保證制冷效率和效果，需要配備大量的冷卻塔，此時冷卻塔的占地就成為突出問題。大部分IDC機房會選擇將冷卻塔安裝在建筑物頂部，這樣不但節省了用地，同時還能保證冷卻塔的通風，提高制冷效率。在實際應用中，很多機房的樓頂基本會被冷卻塔占滿。

　　從上文可知，由于IDC機房避雷針安裝位置的降低，往往會使得樓頂的設施處于外部LPS的保護范圍之外。

　　5.結語

　　以上是IDC機房的雷電防護中常見的一些問題分析及建議�？梢钥闯觯琁DC機房的雷電防護與通用建筑或機房還是有所不同的。因此，IDC機房的雷電防護設計可以說是一個綜合性的工程，需要統籌考慮。不僅要根據實際情況，考慮建筑物本身的雷電防護，還要在進行外部設施及配套設施設計時考慮雷電防護方面的要求。此外，對于IDC機房中存在的特種設備設施，還應按照相關標準進行特殊要求的雷電防護設計。

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