對數據中心來說,其功能是作為數據載體及保障設備正常運行的獨立空間,考慮到數據安全,無論是設備受損,或是數據臨時無法調取,均是不可接受的。而相較數據中心的網絡安全,數據中心的防雷性能卻少有人提及,數據中心確實不易遭受雷擊影響?抑或雷擊帶來的損失在可接受范圍內嗎?答案是否定的。2005年,比利時谷歌的數據中心遭遇了4次雷擊,導致部分磁盤受損、數據丟失。2018年,微軟美國中南區數據中心附近發生雷擊,Azure服務出現問題,客戶儲存在中南區數據中心的數據受到嚴重影響。上述兩項事例均因雷擊導致的數據丟失造成了無法估量的損失,由此可見,數據中心防雷接地系統對于保障數據安全起著至關重要的作用。
數據中心防雷接地系統技術要點
2.1 數據中心選址
①雷擊易發生在土壤電阻率較小及土壤電阻率變化明顯的地方。如山坡電阻率較小、土中埋藏有導電礦場地區、有大片土壤電阻率大但局部電阻率小時易產生雷擊,故數據中心選址應避開山頂、山坡、山腳等土壤電阻率小及土壤電阻率變化明顯的區域。
②地形存在突變交界邊緣處、地面電阻率發生突變處及局部特別潮濕處。例如湖邊、海邊、河床等地帶易遭受雷擊,故非水蒸發冷卻類型數據中心,選址應避開河床、海邊、湖邊等易受雷擊區域。
③地面特別突出的地方。因其離雷云最近,比其他地方集聚了更多的電荷,其尖端電場強度最大,易遭受雷擊,故數據中心選址應避開開闊地勢中的突兀建筑物,降低受雷擊概率。
機房數據中心防雷接地,信號浪涌保護器,計算機防雷,防雷器
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2.2地凱防雷數據中心防雷接地系統
2.2.1 散流網布設
考慮到雷擊過電壓及雷電感應瞬時電壓引發的電子設備過電壓情況,采用等電位連接方式降低電位差是十分有效的防范措施,所以,在機房鋪設散流網,可降低設備因雷電產生的電位差而擊穿、受損的概率。《GB 50174-2017 數據中心設計規范》規定“等電位連接網格應采用不小于25mm2銅帶或裸銅線,并在防靜電地板下構成邊長為0.6m~3m的矩形網格”,實際實施中,A、B級機房建議按照主銅排40mm×4mm,次銅排30mm×3mm,構成邊長0.6m的正方形散流網進行建設,C級機房可結合規范、按照實際要求,網格銅排可降低至25mm2時,散流網網格邊長可適度放寬直至3m。
.2.2地凱防雷接地裝置選擇
數據中心應采用聯合接地模式,如接地網根據功能進行獨立設置,不僅造價較高,各接地網中將存在電壓差,容易損壞設備,另外,隨著機房設備的增加,可能同時存在交流供電及直流供電等設備,各設備接地要求不同,導致機房接地布線需重新規劃、接地網重新建設成本增加等問題,所以從經濟及技術方面綜合考慮,數據中心宜采用聯合接地模式。
《數據中心設計規范)(GB50174-2017)規定“保護性接地和功能性接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻應按其中最小值確定” [1]。《民用建筑電氣設計標準}(GB 51348-2019)規定“建筑物各電氣系統的接地,除另有規定外,應采用同一接地裝置,接地裝置阻值應符合其中最小值要求。各系統不能確定接地阻值時,接地電阻不應大于1Ω [2]。而相關規范中規定交流工作接地及安全保護接地阻值要求≤4Ω、防雷保護接地電阻阻值要求≤10Ω,綜上,數據中心接地采用聯合接地形式時,接地電阻阻值要求<1Ω。
《建筑物電子信息系統防雷技術規范}(GB50343-2012)規定“當機房基礎采用硅酸鹽水泥和周圍土壤含水量不低于4%,且基礎外表面無防水層時,應優先考慮采用基礎內鋼筋作為接地裝置 [3]。通常,連接建筑物基礎內鋼筋可滿足接地電阻<1Ω的要求,可采用基礎內鋼筋作為接地裝置進行設計施工。
當建筑物接地阻值不滿足要求時,應重點對土壤電阻率及地質情況進行復查,判斷經濟及技術方面是否符合設置人工接地極條件。若符合,建議按《接地裝置安裝標準設計圖集》(14D504)中“埋地角鋼接地極安裝”的方式進行設計施工;若不符合,應考慮增加降阻劑、延長接地極長度及深度、埋設接地模塊、更換為其他類型接地極等方式降低接地電阻阻值直至符合要求。
2.2.3地凱科技防雷等電位連接方式選擇
數據中心內電氣及電子設備的金屬外殼、機柜、金屬管線、靜電地板、彩鋼板等處均應以最短距離與散流網網格進行連接,一般連接方式分為S型星型和M型網格型,應根據機房規模等級及設備頻率等參數進行選擇。
S型星型結構一般適用于電子信息設備較少的機房內,所有設備及鋼構件導體均單獨引至ERP接地參考點處,類似于放射式連接,《建筑物電子信息系統防雷技術規范}(GB50343-2012)規定“S”型星型等電位連接結構適用于1MHz以下低頻率電子信息系統的功能性接地” [3]。
M型網格型結構一般適用于電子信息設備較多的機房內,所有設備及鋼構件導體就近連接于等電位網格內,通過多個等電位連接點與接地系統進行連接,且每臺設備均應用兩條長度不同的連接導體與等電位網格相連,《建筑物電子信息系統防雷技術規范》(GB50343-2012)規定“M型網格型等電位連接結構適用于1MHz以上電子信息系統的功能性接地” [3]。
機房數據中心防雷接地,信號浪涌保護器,計算機防雷,防雷器
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2.3直擊雷防范
直擊雷是帶電云層與建筑物、其他物體、大地或防雷裝置之間發生的迅猛放電現象,并伴隨由此而產生的電效應、熱效應或機械力等一系列的破壞作用 [4]。
數據中心通常位于建筑物內部,無直接被雷擊風險,但直擊雷擊中建筑物,沿著建筑物接閃器、防雷引下線快速釋放,產生強大的雷電流,如果接閃器或引下線與進入機房內的管線相連,極有可能損壞設備,甚至造成人員傷亡。因此,機房設備接地引入線嚴禁從大樓接閃器、防雷引下線等處直接接入,防止雷擊時將雷擊電流直接引入機房,造成不必要的損失。
2.4感應雷防范
感應雷一般由電磁感應產生,通過電力線路,信號饋線感應雷電壓入侵數據中心,造成網絡系統設備的大面積損壞。因此,需采取對機房內的電源及信號線路加裝SPD、采用屏蔽線纜等手段,防止感應雷危害網絡系統的情況發生。
當建筑總配電箱電源線由建筑外引入時,總配電箱需設置按照一類(10/350μ s)實驗的電涌保護器,電壓保護水平≤2.5kV,最大沖擊電流應取I i mp≥12.5kA。
為進一步降低沖擊電壓,分配電箱處應配置二類(8/20u s實驗的電涌保護器,電壓保護水平≤2kV,在數據中心配電箱需配置二類或復合波實驗的三類浪涌保護器,電壓保護水平≤1.2kV,標稱放電電流I n值應根據電子信息系統的雷電保護等級進行選擇 [5-6]。
2.5雷電反擊防范
雷電反擊指遭受直擊雷的金屬體(包括接閃器、接地引下線和接地體),在接閃瞬間與周圍與它們連接的金屬物體、設備、線路、人體之間產生巨大的電位差,發生放電的現象。
數據中心通常采用聯合接地系統,等電位連接后,當局部電位提升時,可有效降低各房間、設備等的電位差,防止機房內設備受損。因此,對進入建筑物的金屬管線,如金屬管、電源線、信號線等,應就近連接到地網的等電位端子排上,可有效防止雷電反擊現象的發生。
實際項目可能因建筑物接地電阻無法達標、規定必須采用獨立接地裝置等問題。而采用兩套獨立接地裝置,例如電子設備接地系統與防雷接地系統分開設置,此時,兩接地系統的安全距離不宜小于20m。當兩地網之間的距離小于該安全距離時,則需在兩地網間用等電位連接器進行可靠連接。等電位連接器正常工作狀態下兩接地網不導通,當一個接地系統遭受雷擊,電壓上升至等電位連接器導通電壓時,等電位連接器導通,消除電網間電位差,防止雷電反擊現象的發生。
審核編輯黃宇
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