数据中心机房防雷防过电压设计研究

数据中心机房防雷 防过电压 设计 研究

周嵘 陈锐 韦春玲 陆金凤 李莹

柳州市气象局，广西 柳州 545021

摘 要:随着计算机和网络通信技术的高速发展,数据中心机房设备对防雷过电压的要求越来越高。数据中心机房设备极易受到电磁兼容能力影响，尤其是在雷雨天气之中，更会在电磁脉冲作用下，出现一些不可预见的状况。本文通过对数据中心机房防雷设计进行分析，希望能够最大限度地抑制雷害对中心机房设备的伤害,减少雷击对机房的危害，确保中心机房数据可靠运行传输。

关键词:数据中心机房；防雷设计；直击雷防护；接地系统；感应雷防护

1、前言

随着计算机和网络通信技术的高速发展, 繁忙而复杂的办公事务大部分是通过高速电脑、自动化设备及通讯设备得以实现,这些设备的中枢神经在现代化数据中心机房，数据中心机房内的电子设备极其敏感，因耐压水平太低, 极易遭受雷电和其它浪涌电压的侵害, 造成设备电子元器件的损坏, 甚至可能使整个系统运行中断, 造成难以估算的经济损失, 雷害和浪涌过电压已成为当今信息电子化时代的一大公害, 因此防雷防过压已成为当今信息化、网络化、智能化时代需要解决的一项技术问题。因此数据机房的雷电防护要引起足够重视，做到有备无患，做好数据中心机房整体雷电防护措施,才能更好地维护中心机房的安全运行。

2. 数据中心机房防雷防过电压设计

2.1 数据中心机房所在建筑物直击雷防护

根据国家标准《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)的要求,重要计算机网络系统机房所在大楼为第二类或第三类防雷建筑物,一般都要求建有防雷设施,如大楼天面的避雷网(带)、避雷针或混合组成的接闪器等。这些接闪器通过大楼立柱基础的主钢筋，将强大的雷电流引入大地,形成较好的建筑物防雷设施。数据中心机房设置在建筑物内，受建筑物防雷系统保护,直击雷直接击中数据中心机房的可能性非常小,因此通常不必再安装防护直击雷装置。

2.2 接地系统形式选择

在进行数据中心机房防雷接地方案设计时，选择的接地系统形式不同，保护性也存在一定的差异，同时出现的故障电压与事故危险程度也各有不同，选择更为合适的接地系统形式是十分重要的。为此国际电工标准做出了明确的规定，同时我国也针对于此修订了《低压配电设计规范》，将接地系统形式划分为TN、TT、IT三种类型，在进行互联网数据中心机房防雷接地形式选择时，由于中心机房是电子信息设备场所，对于防干扰性能要求十分高，而TN系统在PEN线中有减低电压作用，而在中心机房之中无论是信息电缆线还是PEN线都是中心机房的设备外壳，并且有部分PEN线就是信息设备的接地线，这无疑是会形成一定干扰作用的，因此此种接地系统类型是不能选择的。而IT接地系统本身就是不能应用于TN-C系统的，只能用于TN-S或者TN-C-S系统之中。因此结合以上两种分析，选择TT接地系统类型是最为合理的一种互联网数据中心机房防雷接地解决方案。

2.3 数据中心机房感应雷防护设计

对于雷电磁场的影响,由于直击雷击中机房大楼时，雷电流在建筑物的内部分布直接影响到数据机房设备,特别是电磁干扰敏感的计算机及网络通信终端设备。雷击放电对电子设备的损坏较为严重,破坏性大。为此,必须实施对雷电电磁脉冲（LFMP)的防护。

2.3.1 电源系统防雷措施电源SPD的配置

1)电源SPD一级防护:安装于大楼配电柜的总输入端,实现对大楼供配电系统的整体防护。应安装I级试验的SPD，技术参数应符合：波形10/350，Iimp≥12.5kA，Up≤2.5kV。

2)电源SPD二级防护:安装于机房所在楼层配电柜的总输入端,实现对机房所在楼层供配电系统的整体防护。配置三相箱式SPD,标称放电电流选用40kA，预防感应雷击或操作过电压。

3)电源SPD三级防护:安装于机房配电箱电源总输入端,实现对机房供配电系统的整体防护。配置单相箱式SPD,标称放电电流选用20kA，预防感应雷击或操作过电压。

4)重要网络机柜或设备端采用模块式电源SPD，作为第四级防雷保护。标称放电电流选用5k4，预防感应雷击或操作过电压。

2.3.2 等电位连接设计

1)吊顶龙骨等电位连接:吊顶主龙骨采用轻钢龙骨，副龙骨采用T型(或三角型嵌入式钢制龙骨,在龙骨的连接、交叉处用自攻螺丝紧固加强连接性能,用6mm²多股铜芯线与机房专用地线连接一体。

2)钢骨架金属板墙面等电位连接：在机房四周采用金属骨架连接成一个整体的钢质骨架，与表面金属钢板电气连接。在骨架底部采用镀锌角钢做一条接地汇集环,与墙板及钢龙骨连接成一体，一直延伸到配电柜底部与接地汇流排相连接。

3)防静电地板等电位连接：中心机房内采用M型直流接地网系统工作地布局，即采用30mm×3mm的铜带在机房防静电地板下纵横组成网格。其交叉点做电气连接。各设备的逻辑地用编织铜线以最短的距离与网直接连接。这种接地的方式能给数据中心机房中各种设备提供一个可靠的信号基准电位。在这个直流地网系统中,从低的50Hz到高的百兆赫兹的频率范围,都能给各设备提供相同的电位。

防静电地板的钢质支架用6mm²多股铜芯线相互连接,再与接地汇集线焊接连成一体。

天花龙骨、墙面和地网为同一接地。由此中心机房的六面体形成一个等电位的法拉第笼,可以有效地防止雷电的干扰，同时对电磁辐射有一定的屏蔽作用，使机房内的设备免受雷击及电磁波的影响。

2. 结语

数据中心机房在办公智能化中发挥着重要的作用，但数据中心机房易受到雷击影响，而以往的数据中心机房防雷与接地设计方案时常出现缺陷，应根据数据中心机房所在的地理环境进行综合考虑, 经过合理的雷电风险分析, 针对雷害入侵机房设备的主要来源进行整体防护, 并根据现有的一些成熟的防雷技术经验, 采取经济有效的防护措施, 可以较好地保障计算机网络系统设备的安全稳定运行。

参考文献：

1. 中华人民共和国建设部. GB50057-2010 建筑物防雷设计规范[S].北京：中国标准出版社，2010．

2. 阳宏声，林为东，杨召绪等.浅谈雷灾调查鉴定方法[J].气象研究与应用，2012，33（2）：118-121.

3. 《建筑防雷工程与设计》[J].北京：气象出版社，2004.

4. GB50174-93《电子计算机机房设计规范》

5. IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》.

6. 赵志军.加强互联网数据中心机房防雷击的思考[J].科技创新与应用，2012(15).

7. 苏邦礼等.雷电与避雷工租M﹒广州:中山大学出版社,1996.