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如何助数据中心度过“雷劫”

我们都知道雷电灾害是一种目前人类还无法完全抗拒的严重自然灾害,雷电造成人员伤亡及设备损坏的事件屡有发生。数据中心是一个集服务器、通讯设备、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置于一体的一套复杂的场所,这些精密电子设备抗过电压、过电流及电磁脉冲的能力虽然不弱,但是跟雷电的能量比起来还是太低了,因此我们更要对这些精密设备呵护备至,需要重点进行系统综合防雷保护。

小编翻阅《数据中心设计规范》GB50174和《数据中心基础设施施工及验收规范》GB50462两本标准中都有条文规定是针对防雷与接地系统的,内容如下:

(内容摘自《数据中心设计规范》GB50174-2017)

 

(内容摘自《数据中心基础设施施工及验收规范》GB50462-2015)

 

 
 

条文规定还真是蛮多的,看的小编是头晕眼花。虽然规定条文很多,但没有防雷措施介绍,小编查找众多资料结合实际情况,归纳总结以下几点有效防雷措施分享给大家。

1、直击雷的防护

直击雷发生的概率最小,危害最大。如果无直击雷防护,按IEC1312的估算几乎所有雷电流都流经进出建筑物的导体型线路(电源线、信号线等),这样的损害就非常之严重,因此做好直接雷击防护是做感应雷击防护的前提;直击雷防护按照国标GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》设计和施工,主要使用避雷针、网、引下线、带及良好的接地系统,其目的是保护建筑不受雷击的破坏,给建筑物内的人或设备提供一个相对安全的环境。

由于直击雷的能量巨大,短时间内引下线难以把大量电流引入地下,所以会在接地体上形成一个极高的电压,如果此时建筑物内存在没有与接地系统做等电位的设备,则极高的电压将加到设备上而导致设备损坏。所以等电位连接与良好的接地是防护直击雷最佳技术手段。

2、传导雷的防护

传导雷发生的概率要远远大于直击雷,造成的损失也比较大。统计数据资料表明,微电子网络系统80%以上的雷害事故都是因为与系统相连的电源线路、网络线等金属管线将传导雷引入造成的。因此,做好外接引入电源线、网络线等金属线管的防护是整体防雷中不容忽视的一环。传导雷的防护主要依靠防雷器(SPD),通常在采用三级防雷措施,即建筑物总配电柜前加一级(第一级),机房UPS输入端加一级(第二级),即使类电波不能直接损害电路,但由于可控硅在电压上升率超过一定数值时其位移电流可使它们误导通,从而将雷浪涌电压直接传到UPS输出,因此再在UPS输出端加一级(第三级)防雷器。

3、感应雷的防护

感应雷发生的概率最大,但危害最小。尽管在电源和通信线路等外接引入线路上安装了防雷保护装置,由于雷击发生在电缆和网络线(如双绞线)感应到的过电压,仍然会影响系统的正常运行,和上面同样的道理在电压上升率超过一定数值时其位移电流不但使可控硅误导通,同样也可使IGBT误导通,烧毁UPS前面的整流器,此种故障已发生多起。甚至彻底破坏网络系统。雷击时产生巨大的瞬变磁场,在1公里范围内的金属环路,如网络金属连线等都会感应到极强的感应磁场;另外,当电源线或通信线路传输过来雷击电压时,或建筑物的地线系统在泻放雷电时,也会产生强大的电磁场,对于网络传输线路来说,所感应的过电压如果超过设备的耐压,就足以造成设备的损坏。即使不是特別高的过电压,不能够一次性破坏设备,但是每一次的过电压冲击都加速了网络设备的老化,影响数据的传输和存储,甚至宕机,直至彻底损坏。所以网络信号线的防感应雷对于网络集成系统的整体防雷来说,是非常重要的环节。

防感应雷常用的措施有屏蔽和减少感应磁场中线缆的长度等方法。屏蔽成本高,工艺复杂,所以多采用减少感应磁场中线缆长度的方法。也就是在前面提到的三级防雷措施中增加一级,成为四级防雷。第四级SPD一般安装在列头柜甚至机柜的PDU上。所以从第四级SPD引出线缆到设备的长度比起从第三级引过来的长度要短得多,在相同磁场强度下,采用四级防雷器的系统受到感应雷的影响就会小的多。

4、等电位连接

集成网络系统主交换机所在的中心机房应设置均压环,将机房内所有金属物体,包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳以及所有进出大楼的金属管道等金属构件进行电气连接,形成等电位网,并应将等电位网做良好的接地。

系统防雷方案分享:

1、UPS电源系统的防雷保护

从机房目前的情况来分析,供电线路穿越各级防雷区,考虑到机房各种不同用电设备的耐过压的能力,我们建议采用如下的电源系统防雷方案,以达到最佳的防护效果和最经济的投入。由于机房UPS设备是为机房内系统各用电设备提供稳定、可靠和高质量的用电环境的重要设备,并且是由市电供电输入机房的主要途径,所以应将电源系统防护的重点放在对UPS的保护上。

在机房专用配电柜和UPS做三级输入防雷保护。具体的防护措施为:

一级保护:在机房配电柜前装三相电源防雷器(单相电源防雷器)。

二级保护:在UPS前装三相电源防雷器(单相电源防雷器)。

三级保护:在UPS输出处装三相电源防雷器(单相电源防雷器)。

2、通讯系统的防雷与过电压保护

通讯系统防雷包括由户外引至户内的通讯线路,主要线路包括网络通讯线路专线、微波通信线(天馈线)、视频线路等;如果机房信号线路都采用无铠光缆且无金属加强筋的光纤传输,可以不做保护。如不选用光纤则需按信号线路种类选取防雷器。

3、安装、接线

a.防雷器起到的作用是对雷电流的吸收和泄放作用。所有的防雷产品必须接地。

b.防雷器串联/并联在被保护设备与信号通道之间;

C.信号防雷器的输入端(IN)与信号通道相连,输出端(OUT)与被保护设备相连并紧靠被保护设备安装,不能接反;

d.把防雷器的接地线与防雷系统接地排可靠连接,接线越短越好,最长不能超过0.5m