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淺議數(shù)據(jù)中心的雷電防護(hù)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(yùn)營商也將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)市場，整個(gè)行業(yè)正在朝著協(xié)同托管、集中計(jì)算的環(huán)境轉(zhuǎn)移。正因如此，IDC機(jī)房應(yīng)運(yùn)而生氣
機(jī)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(jī)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(gè)必然結(jié)果。傳統(tǒng)的局站和機(jī)房，其物理實(shí)體一般為單個(gè)房間或建筑，在單個(gè)機(jī)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(jī)房相比，IDC機(jī)房的分工更加細(xì)致明確，并依靠規(guī)模來實(shí)現(xiàn)效率和利益最大化。其大都由多個(gè)機(jī)房或建筑構(gòu)成，并作為一個(gè)建筑群或園區(qū)的形式存在。其中的每個(gè)機(jī)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(hù)方面，IDC機(jī)房與傳統(tǒng)局站機(jī)房存在著很大的不同。本文將根據(jù)IDC機(jī)房的特點(diǎn)以及現(xiàn)場檢測總結(jié)的情況，對(duì)IDC機(jī)房的雷電防護(hù)給出一些建議。
2.IDC機(jī)房的外部雷電防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)
外部雷電防護(hù)裝置是建筑物雷電防護(hù)的最外層屏障，也是建筑物雷電防護(hù)的主要手段是所有建筑物雷電防護(hù)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(diǎn)引導(dǎo)入地消散，避免產(chǎn)生熱效應(yīng)或機(jī)械損壞，并避免在容易引發(fā)爆炸或火災(zāi)的危險(xiǎn)環(huán)境中產(chǎn)生危險(xiǎn)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(hù)的第一道關(guān)口，目前最常見的就是避雷針。在設(shè)計(jì)確定接閃器的保護(hù)范圍時(shí)，常用的方法有保護(hù)角法、滾球法和網(wǎng)格法三種。在GB/T21714.3《雷電防護(hù)第三部分:建筑物的物理損壞和生命危險(xiǎn)》(以下簡稱GB21714.3)中，對(duì)保護(hù)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(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中也根據(jù)被保護(hù)建筑物的特性及雷電防護(hù)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(hù)角、引下線間的典型距離、避免危險(xiǎn)火花的間隔距離、接地極的尺寸等重要參數(shù)。因此，對(duì)于建筑物的外部LPS的設(shè)計(jì)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(jì)。
在傳統(tǒng)局站機(jī)房中，其建筑物頂部通常會(huì)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(shí)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(hù)范圍，使得整個(gè)建筑都在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。是使用滾球法確定保護(hù)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(shí)，球體之外的部分為保護(hù)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(hù)范圍內(nèi)。
對(duì)于IDC機(jī)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(huì)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(jī)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(gè)大樓在其保護(hù)范圍之內(nèi)。
但隨著IDC機(jī)房內(nèi)部設(shè)備的擴(kuò)容，后期往往會(huì)增加很多配套設(shè)施，如冷卻塔及其配套的控制箱等。此時(shí)，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(hù)范圍之外。
圖2是樓頂無鐵塔時(shí)，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(hù)范圍也相應(yīng)減小。后期擴(kuò)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(hù)范圍之外。
因此，對(duì)于IDC機(jī)房，除了在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)其具體環(huán)境條件等因素，確定雷電防護(hù)等級(jí)，并合理使用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的參數(shù)設(shè)計(jì)安裝外部LPS外，當(dāng)需要增加其它外部設(shè)備設(shè)施時(shí)，也應(yīng)請專業(yè)的設(shè)計(jì)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(jì)，以保證新增的設(shè)備設(shè)施處于外部LPS的保護(hù)范圍之內(nèi)。具體的設(shè)計(jì)要求和方法可參見GB21714.3。
3.IDC機(jī)房的內(nèi)部雷電防護(hù)措施及維護(hù)
IDC機(jī)房通常都有獨(dú)立的配電機(jī)房，主要由高壓配電機(jī)房和低壓配電機(jī)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(jī)等;低壓配電系統(tǒng)包括UPS、蓄電池和低壓配電柜等。配電機(jī)房內(nèi)部雷電防護(hù)的最主要措施是使用過電壓防護(hù)設(shè)備和等電位連接。
高壓配電系統(tǒng)的過電壓防護(hù)設(shè)計(jì)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(jī)房曰常維護(hù)中。高壓配電系統(tǒng)主要通過安裝高壓防雷器來保證防護(hù)。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(jī)房設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，為了保護(hù)機(jī)房設(shè)備的安全，通常使用電涌保護(hù)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(jī)房的低壓配電系統(tǒng)防雷可采用三級(jí)防雷措施第一級(jí)防雷設(shè)在大樓總進(jìn)線的低壓配電處，第二級(jí)防雷設(shè)在UPS的輸入端或機(jī)房所在樓層的分配電處，第三級(jí)防雷設(shè)在機(jī)房的各列頭柜進(jìn)線處�，F(xiàn)場可通過考核低壓電涌保護(hù)器的啟動(dòng)電壓、漏電流、殘壓等指標(biāo)來判斷低壓電涌保護(hù)器是否劣化。
等電位連接是機(jī)房內(nèi)部雷電防護(hù)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(jī)架之間的電位差H。除了保護(hù)設(shè)備安全外，也保證了機(jī)房內(nèi)操作人員的安全。IDC機(jī)房中因其設(shè)備眾多，因此經(jīng)常會(huì)有疏漏。所以，除了需要在工程驗(yàn)收環(huán)節(jié)嚴(yán)謹(jǐn)把關(guān)以外，還應(yīng)在IDC機(jī)房正式運(yùn)營后，定期進(jìn)行檢查各設(shè)備機(jī)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(diǎn)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(diǎn)，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(yùn)用。對(duì)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(jì)，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(jī)房冷卻設(shè)施的雷電防護(hù)
IDC機(jī)房的高度集中化造就了其高效的運(yùn)營效率，同時(shí)也帶來了通風(fēng)散熱等一系列問題。為了解決機(jī)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(jī)房建筑中，雖然也會(huì)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(jī)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(shí)，也處于鐵塔的保護(hù)范圍內(nèi)
但在IDC機(jī)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(shí)冷卻塔的占地就成為突出問題。大部分IDC機(jī)房會(huì)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(shí)還能保證冷卻塔的通風(fēng)，提高制冷效率。在實(shí)際應(yīng)用中，很多機(jī)房的樓頂基本會(huì)被冷卻塔占滿。
從上文可知，由于IDC機(jī)房避雷針安裝位置的降低，往往會(huì)使得樓頂?shù)脑O(shè)施處于外部LPS的保護(hù)范圍之外。
5.結(jié)語
以上是IDC機(jī)房的雷電防護(hù)中常見的一些問題分析及建議�？梢钥闯�，IDC機(jī)房的雷電防護(hù)與通用建筑或機(jī)房還是有所不同的。因此，IDC機(jī)房的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)可以說是一個(gè)綜合性的工程，需要統(tǒng)籌考慮。不僅要根據(jù)實(shí)際情況，考慮建筑物本身的雷電防護(hù)，還要在進(jìn)行外部設(shè)施及配套設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)考慮雷電防護(hù)方面的要求。此外，對(duì)于IDC機(jī)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(hù)設(shè)計(jì)。
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