淺議數據中心的雷電防護論文
1引言
隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，通信的概念已不僅僅局限于傳統的語(yǔ)音和短信業(yè)務(wù)，通信服務(wù)和信息服務(wù)的概念日趨融合。因此，越來(lái)越多的運營(yíng)商也將關(guān)注點(diǎn)轉移到互聯(lián)網(wǎng)數據業(yè)務(wù)服務(wù)市場(chǎng)，整個(gè)行業(yè)正在朝著(zhù)協(xié)同托管、集中計算的環(huán)境轉移。正因如此，IDC機房應運而生氣
機房是業(yè)務(wù)的物理載體，是互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的核心基礎設施。IDC機房的產(chǎn)生是互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)化進(jìn)程中，分工不斷細化的一個(gè)必然結果。傳統的局站和機房，其物理實(shí)體一般為單個(gè)房間或建筑，在單個(gè)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(lái)實(shí)現效率和利益最大化。其大都由多個(gè)機房或建筑構成，并作為一個(gè)建筑群或園區的形式存在。其中的每個(gè)機房及建筑功能更為單一，專(zhuān)注于某一特定業(yè)務(wù)。
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(zhù)很大的不同。本文將根據IDC機房的特點(diǎn)以及現場(chǎng)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(diǎn)引導入地消散，避免產(chǎn)生熱效應或機械損壞，并避免在容易引發(fā)爆炸或火災的危險環(huán)境中產(chǎn)生危險火花。其主要由接閃器、引下線(xiàn)及接地裝置組成。
其中，接閃器是直擊雷防護的第一道關(guān)口，目前最常見(jiàn)的就是避雷針。在設計確定接閃器的保護范圍時(shí)，常用的方法有保護角法、滾球法和網(wǎng)格法三種。在GB/T21714.3《雷電防護第三部分:建筑物的物理?yè)p壞和生命危險》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB21714.3)中，對保護角法和網(wǎng)格法的使用做出了嚴格限制，并指出滾球法適用于任何場(chǎng)合。同時(shí)，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(wǎng)格尺寸、保護角、引下線(xiàn)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(jìn)行設計。
在傳統局站機房中，其建筑物頂部通常會(huì )安裝天線(xiàn)、鐵塔等外部設施，接閃器也通常安裝在鐵塔的頂部，此時(shí)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(gè)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(shí)，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(yè)務(wù)類(lèi)型主要是數據及信息服務(wù)，因此一般很少會(huì )安裝鐵塔，其外部LPS的設置更類(lèi)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(gè)大樓在其保護范圍之內。
但隨著(zhù)IDC機房?jì)炔吭O備的擴容，后期往往會(huì )增加很多配套設施，如冷卻塔及其配套的控制箱等。此時(shí)，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(wú)鐵塔時(shí)，避雷針高度降低后的滾球法示意圖。從圖中可以看出，隨著(zhù)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(jìn)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(shí)應該根據其具體環(huán)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(shí)，也應請專(zhuān)業(yè)的設計人員根據其安裝位置及原有外部LPS參數進(jìn)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(jiàn)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(fā)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?jì)炔坷纂姺雷o的最主要措施是使用過(guò)電壓防護設備和等電位連接。
高壓配電系統的過(guò)電壓防護設計通常由電力部門(mén)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(guò)安裝高壓防雷器來(lái)保證防護。通�，F場(chǎng)檢查可通過(guò)考核高壓防雷器的直流參考電壓和漏電流等指標來(lái)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(chǎn)生瞬間過(guò)電壓，并進(jìn)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(guò)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(jìn)線(xiàn)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(jìn)線(xiàn)處�，F場(chǎng)可通過(guò)考核低壓電涌保護器的啟動(dòng)電壓、漏電流、殘壓等指標來(lái)判斷低壓電涌保護器是否劣化。
等電位連接是機房?jì)炔坷纂姺雷o的重要手段，科學(xué)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?jì)炔僮魅藛T的安全。IDC機房中因其設備眾多，因此經(jīng)常會(huì )有疏漏。所以，除了需要在工程驗收環(huán)節嚴謹把關(guān)以外，還應在IDC機房正式運營(yíng)后，定期進(jìn)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(diǎn)值得注意，目前數據中心中傳統的UPS配電系統已經(jīng)顯示出效率低、占地面積大等特點(diǎn)，因此，高壓直流配電系統迅速發(fā)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(guān)要求進(jìn)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(zhuān)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(yíng)效率，同時(shí)也帶來(lái)了通風(fēng)散熱等一系列問(wèn)題。為了解決機房?jì)却罅吭O備的通風(fēng)散熱問(wèn)題，其空調系統基本采用大型水冷空調系統，冷卻塔是此類(lèi)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(huì )使用此類(lèi)空調系統，但由于設備密度較低，空調主要是為辦公環(huán)境提供服務(wù)，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(shí)，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(shí)冷卻塔的占地就成為突出問(wèn)題。大部分IDC機房會(huì )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(shí)還能保證冷卻塔的通風(fēng)，提高制冷效率。在實(shí)際應用中，很多機房的樓頂基本會(huì )被冷卻塔占滿(mǎn)。
從上文可知，由于IDC機房避雷針安裝位置的降低，往往會(huì )使得樓頂的設施處于外部LPS的保護范圍之外。
5.結語(yǔ)
以上是IDC機房的雷電防護中常見(jiàn)的一些問(wèn)題分析及建議�？梢钥闯�，IDC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(shuō)是一個(gè)綜合性的工程，需要統籌考慮。不僅要根據實(shí)際情況，考慮建筑物本身的雷電防護，還要在進(jìn)行外部設施及配套設施設計時(shí)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(guān)標準進(jìn)行特殊要求的雷電防護設計。
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