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淺議數(shù)據(jù)中心的雷電防護論文
1引言
隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，通信的概念已不僅僅局限于傳統(tǒng)的語音和短信業(yè)務(wù)，通信服務(wù)和信息服務(wù)的概念日趨融合。因此，越來越多的運營商也將關(guān)注點轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)市場，整個行業(yè)正在朝著協(xié)同托管、集中計算的環(huán)境轉(zhuǎn)移。正因如此，IDC機房應(yīng)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(chǔ)設(shè)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(xì)化的一個必然結(jié)果。傳統(tǒng)的局站和機房，其物理實體一般為單個房間或建筑，在單個機房或建筑內(nèi)部署了從電源到傳輸、數(shù)據(jù)、交換等多種設(shè)備。
與傳統(tǒng)局站和機房相比，IDC機房的分工更加細(xì)致明確，并依靠規(guī)模來實現(xiàn)效率和利益最大化。其大都由多個機房或建筑構(gòu)成，并作為一個建筑群或園區(qū)的形式存在。其中的每個機房及建筑功能更為單一，專注于某一特定業(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(tǒng)局站機房存在著很大的不同。本文將根據(jù)IDC機房的特點以及現(xiàn)場檢測總結(jié)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(shè)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(cè)面的閃繳，將雷電流從雷擊點引導(dǎo)入地消散，避免產(chǎn)生熱效應(yīng)或機械損壞，并避免在容易引發(fā)爆炸或火災(zāi)的危險環(huán)境中產(chǎn)生危險火花。其主要由接閃器、引下線及接地裝置組成。
其中，接閃器是直擊雷防護的第一道關(guān)口，目前最常見的就是避雷針。在設(shè)計確定接閃器的保護范圍時，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:建筑物的物理損壞和生命危險》(以下簡稱GB21714.3)中，對保護角法和網(wǎng)格法的使用做出了嚴(yán)格限制，并指出滾球法適用于任何場合。同時，標(biāo)準(zhǔn)中也根據(jù)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(shù)。因此，對于建筑物的外部LPS的設(shè)計選擇，建議參考標(biāo)準(zhǔn)中給出的參數(shù)，使用滾球法進(jìn)行設(shè)計。
在傳統(tǒng)局站機房中，其建筑物頂部通常會安裝天線、鐵塔等外部設(shè)施，接閃器也通常安裝在鐵塔的頂部，此時鐵塔也作為外部LPS的一部分。由于鐵塔的高度通常較高，相應(yīng)地也提高了接閃器的保護范圍，使得整個建筑都在接閃器的保護范圍內(nèi)。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(biāo)準(zhǔn)要求，滾球半徑r選取30米，當(dāng)球體與外部LPS接觸時，球體之外的部分為保護范圍。從圖中可以看出，樓頂外部設(shè)施均處于避雷針和避雷帶的保護范圍內(nèi)。
對于IDC機房，由于其業(yè)務(wù)類型主要是數(shù)據(jù)及信息服務(wù)，因此一般很少會安裝鐵塔，其外部LPS的設(shè)置更類似于通用建筑：在建筑物頂部中心及四角設(shè)置避雷針，并在外墻四周設(shè)置避雷帶。其中，主避雷針通常設(shè)置在樓頂?shù)淖罡呓ㄖ珉娞輽C房頂部。通常情況下，只要接閃器的安裝位置及參數(shù)選擇合適，也能保證整個大樓在其保護范圍之內(nèi)。
但隨著IDC機房內(nèi)部設(shè)備的擴容，后期往往會增加很多配套設(shè)施，如冷卻塔及其配套的控制箱等。此時，就有可能造成后續(xù)安裝的設(shè)施暴露在原有外部LPS的保護范圍之外。
圖2是樓頂無鐵塔時，避雷針高度降低后的滾球法示意圖。從圖中可以看出，隨著避雷針高度的降低，外部LPS的保護范圍也相應(yīng)減小。后期擴容后的樓頂冷卻塔等設(shè)施也進(jìn)入滾球內(nèi)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(shè)計時應(yīng)該根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的參數(shù)設(shè)計安裝外部LPS外，當(dāng)需要增加其它外部設(shè)備設(shè)施時，也應(yīng)請專業(yè)的設(shè)計人員根據(jù)其安裝位置及原有外部LPS參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計，以保證新增的設(shè)備設(shè)施處于外部LPS的保護范圍之內(nèi)。具體的設(shè)計要求和方法可參見GB21714.3。
3.IDC機房的內(nèi)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(tǒng)包括高壓配電柜、變壓器和柴油發(fā)電機等;低壓配電系統(tǒng)包括UPS、蓄電池和低壓配電柜等。配電機房內(nèi)部雷電防護的最主要措施是使用過電壓防護設(shè)備和等電位連接。
高壓配電系統(tǒng)的過電壓防護設(shè)計通常由電力部門負(fù)責(zé)，但高壓配電系統(tǒng)的定期檢查應(yīng)被納入到機房曰常維護中。高壓配電系統(tǒng)主要通過安裝高壓防雷器來保證防護。通�，F(xiàn)場檢查可通過考核高壓防雷器的直流參考電壓和漏電流等指標(biāo)來判斷高壓防雷器的性能。
低壓配電系統(tǒng)最容易遭受雷電的干擾，產(chǎn)生瞬間過電壓，并進(jìn)一步影響機房設(shè)備的正常運行。因此，為了保護機房設(shè)備的安全，通常使用電涌保護器(SPD)將過電壓限制在設(shè)備能承受的范圍之內(nèi)，并將浪涌電流引導(dǎo)入地氣
IDC機房的低壓配電系統(tǒng)防雷可采用三級防雷措施第一級防雷設(shè)在大樓總進(jìn)線的低壓配電處，第二級防雷設(shè)在UPS的輸入端或機房所在樓層的分配電處，第三級防雷設(shè)在機房的各列頭柜進(jìn)線處�，F(xiàn)場可通過考核低壓電涌保護器的啟動電壓、漏電流、殘壓等指標(biāo)來判斷低壓電涌保護器是否劣化。
等電位連接是機房內(nèi)部雷電防護的重要手段，科學(xué)合理的等電位連接可減小設(shè)備之間、機架之間的電位差H。除了保護設(shè)備安全外，也保證了機房內(nèi)操作人員的安全。IDC機房中因其設(shè)備眾多，因此經(jīng)常會有疏漏。所以，除了需要在工程驗收環(huán)節(jié)嚴(yán)謹(jǐn)把關(guān)以外，還應(yīng)在IDC機房正式運營后，定期進(jìn)行檢查各設(shè)備機架等金屬構(gòu)件是否能良好接地，其連接電阻值是否在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。
此外，還有一點值得注意，目前數(shù)據(jù)中心中傳統(tǒng)的UPS配電系統(tǒng)已經(jīng)顯示出效率低、占地面積大等特點，因此，高壓直流配電系統(tǒng)迅速發(fā)展，并在很多新建數(shù)據(jù)中心中被普遍運用。對于高壓直流配電系統(tǒng)，需要嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計，特別是高壓直流系統(tǒng)中的SPD和斷路器，需要選擇具有直流分?jǐn)嗄芰Φ膶Ｓ迷O(shè)備。
4.IDC機房冷卻設(shè)施的雷電防護
IDC機房的高度集中化造就了其高效的運營效率，同時也帶來了通風(fēng)散熱等一系列問題。為了解決機房內(nèi)大量設(shè)備的通風(fēng)散熱問題，其空調(diào)系統(tǒng)基本采用大型水冷空調(diào)系統(tǒng)，冷卻塔是此類空調(diào)系統(tǒng)中不可缺少組成部分。
在傳統(tǒng)機房建筑中，雖然也會使用此類空調(diào)系統(tǒng)，但由于設(shè)備密度較低，空調(diào)主要是為辦公環(huán)境提供服務(wù)，兼顧機房設(shè)備制冷。因此，冷卻塔數(shù)量較少，并且大都設(shè)置在地面。安裝在建筑物頂部時，也處于鐵塔的保護范圍內(nèi)
但在IDC機房中，由于設(shè)備高度集中，數(shù)量龐大，為了保證制冷效率和效果，需要配備大量的冷卻塔，此時冷卻塔的占地就成為突出問題。大部分IDC機房會選擇將冷卻塔安裝在建筑物頂部，這樣不但節(jié)省了用地，同時還能保證冷卻塔的通風(fēng)，提高制冷效率。在實際應(yīng)用中，很多機房的樓頂基本會被冷卻塔占滿。
從上文可知，由于IDC機房避雷針安裝位置的降低，往往會使得樓頂?shù)脑O(shè)施處于外部LPS的保護范圍之外。
5.結(jié)語
以上是IDC機房的雷電防護中常見的一些問題分析及建議�？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(shè)計可以說是一個綜合性的工程，需要統(tǒng)籌考慮。不僅要根據(jù)實際情況，考慮建筑物本身的雷電防護，還要在進(jìn)行外部設(shè)施及配套設(shè)施設(shè)計時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(shè)備設(shè)施，還應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行特殊要求的雷電防護設(shè)計。
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