浅议数据中心的雷电防护论文
1引言
随着互联网的快速发展，通信的概念已不仅仅局限于传统的语音和短信业务，通信服务和信息服务的概念日趋融合。因此，越来越多的运营商也将关注点转移到互联网数据业务服务市场，整个行业正在朝着协同托管、集中计算的环境转移。正因如此，IDC机房应运而生气
机房是业务的物理载体，是互联网信息服务的核心基础设施。IDC机房的产生是互联网工业化进程中，分工不断细化的一个必然结果。传统的局站和机房，其物理实体一般为单个房间或建筑，在单个机房或建筑内部署了从电源到传输、数据、交换等多种设备。
与传统局站和机房相比，IDC机房的分工更加细致明确，并依靠规模来实现效率和利益最大化。其大都由多个机房或建筑构成，并作为一个建筑群或园区的形式存在。其中的每个机房及建筑功能更为单一，专注于某一特定业务。
正是由于这些功能和布局的变化，使得在雷电防护方面，IDC机房与传统局站机房存在着很大的不同。本文将根据IDC机房的特点以及现场检测总结的情况，对IDC机房的雷电防护给出一些建议。
2.IDC机房的外部雷电防护装置的设计
外部雷电防护装置是建筑物雷电防护的最外层屏障，也是建筑物雷电防护的主要手段是所有建筑物雷电防护不可缺少的部分气外部LPS用于截收建筑物的直击雷(包括建筑物侧面的闪缴，将雷电流从雷击点引导入地消散，避免产生热效应或机械损坏，并避免在容易引发爆炸或火灾的危险环境中产生危险火花。其主要由接闪器、引下线及接地装置组成。
其中，接闪器是直击雷防护的第一道关口，目前最常见的就是避雷针。在设计确定接闪器的保护范围时，常用的方法有保护角法、滚球法和网格法三种。在GB/T21714.3《雷电防护第三部分:建筑物的物理损坏和生命危险》(以下简称GB21714.3)中，对保护角法和网格法的使用做出了严格限制，并指出滚球法适用于任何场合。同时，标准中也根据被保护建筑物的特性及雷电防护水平定义了外部LPS的特性。这些特性包括滚球半径、网格尺寸、保护角、引下线间的典型距离、避免危险火花的间隔距离、接地极的尺寸等重要参数。因此，对于建筑物的外部LPS的设计选择，建议参考标准中给出的参数，使用滚球法进行设计。
在传统局站机房中，其建筑物顶部通常会安装天线、铁塔等外部设施，接闪器也通常安装在铁塔的顶部，此时铁塔也作为外部LPS的一部分。由于铁塔的高度通常较高，相应地也提高了接闪器的保护范围，使得整个建筑都在接闪器的保护范围内。是使用滚球法确定保护范围的示意图。通常情况下，塔高一般25米以上，按照标准要求，滚球半径r选取30米，当球体与外部LPS接触时，球体之外的部分为保护范围。从图中可以看出，楼顶外部设施均处于避雷针和避雷带的保护范围内。
对于IDC机房，由于其业务类型主要是数据及信息服务，因此一般很少会安装铁塔，其外部LPS的设置更类似于通用建筑：在建筑物顶部中心及四角设置避雷针，并在外墙四周设置避雷带。其中，主避雷针通常设置在楼顶的最高建筑如电梯机房顶部。通常情况下，只要接闪器的安装位置及参数选择合适，也能保证整个大楼在其保护范围之内。
但随着IDC机房内部设备的扩容，后期往往会增加很多配套设施，如冷却塔及其配套的控制箱等。此时，就有可能造成后续安装的设施暴露在原有外部LPS的保护范围之外。
图2是楼顶无铁塔时，避雷针高度降低后的滚球法示意图。从图中可以看出，随着避雷针高度的降低，外部LPS的保护范围也相应减小。后期扩容后的楼顶冷却塔等设施也进入滚球内部，处于避雷针和避雷带的保护范围之外。
因此，对于IDC机房，除了在设计时应该根据其具体环境条件等因素，确定雷电防护等级，并合理使用标准中规定的参数设计安装外部LPS外，当需要增加其它外部设备设施时，也应请专业的设计人员根据其安装位置及原有外部LPS参数进行重新设计，以保证新增的设备设施处于外部LPS的保护范围之内。具体的设计要求和方法可参见GB21714.3。
3.IDC机房的内部雷电防护措施及维护
IDC机房通常都有独立的配电机房，主要由高压配电机房和低压配电机房组成。高压配电系统包括高压配电柜、变压器和柴油发电机等;低压配电系统包括UPS、蓄电池和低压配电柜等。配电机房内部雷电防护的最主要措施是使用过电压防护设备和等电位连接。
高压配电系统的过电压防护设计通常由电力部门负责，但高压配电系统的定期检查应被纳入到机房曰常维护中。高压配电系统主要通过安装高压防雷器来保证防护。通常现场检查可通过考核高压防雷器的直流参考电压和漏电流等指标来判断高压防雷器的性能。
低压配电系统最容易遭受雷电的干扰，产生瞬间过电压，并进一步影响机房设备的正常运行。因此，为了保护机房设备的安全，通常使用电涌保护器(SPD)将过电压限制在设备能承受的范围之内，并将浪涌电流引导入地气
IDC机房的低压配电系统防雷可采用三级防雷措施第一级防雷设在大楼总进线的低压配电处，第二级防雷设在UPS的输入端或机房所在楼层的分配电处，第三级防雷设在机房的各列头柜进线处。现场可通过考核低压电涌保护器的启动电压、漏电流、残压等指标来判断低压电涌保护器是否劣化。
等电位连接是机房内部雷电防护的重要手段，科学合理的等电位连接可减小设备之间、机架之间的电位差H。除了保护设备安全外，也保证了机房内操作人员的'安全。IDC机房中因其设备众多，因此经常会有疏漏。所以，除了需要在工程验收环节严谨把关以外，还应在IDC机房正式运营后，定期进行检查各设备机架等金属构件是否能良好接地，其连接电阻值是否在标准要求范围内。
此外，还有一点值得注意，目前数据中心中传统的UPS配电系统已经显示出效率低、占地面积大等特点，因此，高压直流配电系统迅速发展，并在很多新建数据中心中被普遍运用。对于高压直流配电系统，需要严格按照相关要求进行设计，特别是高压直流系统中的SPD和断路器，需要选择具有直流分断能力的专用设备。
4.IDC机房冷却设施的雷电防护
IDC机房的高度集中化造就了其高效的运营效率，同时也带来了通风散热等一系列问题。为了解决机房内大量设备的通风散热问题，其空调系统基本采用大型水冷空调系统，冷却塔是此类空调系统中不可缺少组成部分。
在传统机房建筑中，虽然也会使用此类空调系统，但由于设备密度较低，空调主要是为办公环境提供服务，兼顾机房设备制冷。因此，冷却塔数量较少，并且大都设置在地面。安装在建筑物顶部时，也处于铁塔的保护范围内
但在IDC机房中，由于设备高度集中，数量庞大，为了保证制冷效率和效果，需要配备大量的冷却塔，此时冷却塔的占地就成为突出问题。大部分IDC机房会选择将冷却塔安装在建筑物顶部，这样不但节省了用地，同时还能保证冷却塔的通风，提高制冷效率。在实际应用中，很多机房的楼顶基本会被冷却塔占满。
从上文可知，由于IDC机房避雷针安装位置的降低，往往会使得楼顶的设施处于外部LPS的保护范围之外。
5.结语
以上是IDC机房的雷电防护中常见的一些问题分析及建议。可以看出，IDC机房的雷电防护与通用建筑或机房还是有所不同的。因此，IDC机房的雷电防护设计可以说是一个综合性的工程，需要统筹考虑。不仅要根据实际情况，考虑建筑物本身的雷电防护，还要在进行外部设施及配套设施设计时考虑雷电防护方面的要求。此外，对于IDC机房中存在的特种设备设施，还应按照相关标准进行特殊要求的雷电防护设计。
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