云南省昆明市西山區(qū)95429部隊 云南 昆明 650000

雷電放電時間短能量大，瞬時產(chǎn)生強大的電磁效應(yīng)，它通過不同方式侵入電氣設(shè)備內(nèi)部電路，造成電路誤動作導(dǎo)致設(shè)備不能正常運行，甚至使電氣設(shè)備整機或部件損壞，尤其對數(shù)據(jù)中心密集的電子系統(tǒng)極易產(chǎn)生巨大破壞，這就對數(shù)據(jù)中心的防雷接地系統(tǒng)提出了極高的要求。

1 防雷接地建設(shè)原則和要求

1.1 數(shù)據(jù)中心建筑防雷設(shè)計原則和依據(jù) 防雷和接地系統(tǒng)設(shè)計主要依照按照國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》(GB 50343-2004)以及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

數(shù)據(jù)中心的防雷設(shè)計必須按國家綜合防雷電子信息系統(tǒng)的要求進行設(shè)計，堅持預(yù)防為主，安全第一的設(shè)計指導(dǎo)方針。為更好地確保建筑物防雷設(shè)計的技術(shù)科學(xué)性，設(shè)計人員應(yīng)在防雷設(shè)計前評估現(xiàn)場的電磁環(huán)境。在進行數(shù)據(jù)中心建筑物防雷工程設(shè)計時，設(shè)計者首先應(yīng)認真地調(diào)查建筑物所在地點雷電活動的規(guī)律，并根據(jù)數(shù)據(jù)中心內(nèi)各分系統(tǒng)的功能特點，按系統(tǒng)工程的要求，整體規(guī)劃、綜合整改、多重措施保護，對數(shù)據(jù)中心內(nèi)外部防雷措施進行整體性綜合考慮。

1.2 數(shù)據(jù)中心機房對接地系統(tǒng)的要求 數(shù)據(jù)中心機房的接地布線問題，既是一個復(fù)雜的理論和技術(shù)問題，也是一個在實際施工中要求嚴(yán)格的具體現(xiàn)實問題。不同的計算機制造商在機房接地問題上都提出了不同的技術(shù)要求，數(shù)據(jù)中心使用管理單位在施工過程中是否真的能夠滿足接地系統(tǒng)的需求，是我們用來衡量一個數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

在數(shù)據(jù)中心機房的建設(shè)中，必須確保有一個可靠的接地系統(tǒng)。機房做好接地系統(tǒng)建設(shè)主要基于兩個原因：(1)確保人身和設(shè)備安全。如果數(shù)據(jù)中心接地系統(tǒng)做不好，不但可能會直接引起計算機故障、損毀重要部件，嚴(yán)重的還將直接危害操作人員的生命安全。(2)確保電子設(shè)備穩(wěn)定可靠運行。所有的電子設(shè)備的電路都基于工作參考點運行，也就是要求等電位連接，一個可靠的接地系統(tǒng)還可解決數(shù)據(jù)中心機房的防靜電和防干擾屏蔽問題。

因此，在數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)時，要根據(jù)廠家的技術(shù)要求和機房環(huán)境的實際情況建立好接地系統(tǒng)。目前數(shù)據(jù)中心機房的接地系統(tǒng)一般包括以下幾種：①防雷接地，②保護接地，③交流工作接地，④直流工作接地(也稱邏輯接地)，⑤防靜電接地，⑥屏蔽接地。

2 雷電防護措施

避雷針的發(fā)明為人類防護直擊雷的危害找到了安全屏障，但是，光有避雷針并不能杜絕雷害，數(shù)據(jù)中心的電子設(shè)備仍極易遭受感應(yīng)雷擊毀，預(yù)防感應(yīng)雷主要有以下幾種措施。

(1)等電位連接。從物理學(xué)上講，就是用銅導(dǎo)線把各種金屬物焊接起來以保證等電位，防雷措施中最為重要環(huán)節(jié)就是等電位連接。物體和結(jié)構(gòu)之間的連接也屬于等電位連接，如果結(jié)構(gòu)連接處電性連通不好，由接觸電阻所產(chǎn)生的電位差經(jīng)常會產(chǎn)生電火花放電，導(dǎo)致連接部位表層損壞，甚至引發(fā)火災(zāi)。

(2)分流。把室外來的所有電力線和信號線都通過避雷器再連接至接地線，每一個需要保護的電氣設(shè)備的金屬外殼都要安裝避雷器。其作用是通過避雷器把過電壓波分流進入大地，相當(dāng)于把所有雷電流的入侵通道進行堵截。

(3)接地。接地是最耗人力物力財力的防雷措施，在各種防雷技術(shù)中都是最受關(guān)注的環(huán)節(jié)，防雷施工的重難點問題就聚焦于接地施工。數(shù)據(jù)中心的各類電器設(shè)備密集，接地系統(tǒng)設(shè)計尤為復(fù)雜，地網(wǎng)施工是一個龐大的工程。

(4)屏蔽。利用銅或鋁等低阻性金屬制成的容器將需要隔離的對象包圍起來，一般采用良好接地的金屬網(wǎng)來實現(xiàn)電磁屏蔽，整個屏蔽體表面是導(dǎo)電且連續(xù)的，用來防止雷電產(chǎn)生的電磁脈沖磁場產(chǎn)生影響。顯然，屏蔽作用并不是絕對有效，并不能完全隔絕某一區(qū)域使其不受外來電力線和磁力線的影響。

3 電源防雷的設(shè)計

數(shù)據(jù)中心的防雷主要包括建筑防雷、電源防雷和信號防雷三個部分，建筑防雷一般在建筑物設(shè)計時一并考慮，信號防雷主要指進入樓內(nèi)的各類信號專線的防雷保護，本文重點對中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心的電源防雷部分進行設(shè)計。數(shù)據(jù)中心電源防雷示意圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)中心電源防雷示意圖

3.1 第一級防雷器 在數(shù)據(jù)中心10KV總進線的低壓配電室部署第一級避雷保護裝置，采用大通流量的防雷箱，最大通流量為120k A，限制電壓小于等于2000V，響應(yīng)時間小于等于100ns，地線采用25mm2銅線進行連接，可選用BSPB380C-120P防雷浪涌保護箱，防雷箱應(yīng)該同時具備以下功能。

(1)自動延時聲光報警設(shè)計。

(2)FS遙信觸點的設(shè)計。

(3)在線電壓顯示。

(4)實時監(jiān)控三相防雷模塊工作狀態(tài)。

(5)雷擊計數(shù)器，記錄雷擊發(fā)生次數(shù)。

(6)防雷器主要元器件采用模塊化設(shè)計。

3.2 第二級防雷器 在各樓層的二級配電柜或機房的UPS的輸入端部署第二級避雷保護裝置，使用8/20us波形、最大通流量為60k A的浪涌保護器，限制電壓小于等于2000V，響應(yīng)時間小于等于100ns，可選用BSPM380-60LT防雷浪涌保護器，防雷器前安裝D32型空開，該防雷器同時采用以下模塊。

(1)AS聲光報警模塊。附帶聲音與燈光報警的功能底座，當(dāng)有模塊損壞時，提醒維護人員更換。

(2)FS遙信觸點模塊。維護人員可實時監(jiān)控防雷器的工作狀態(tài)。當(dāng)防雷器不能正常工作時，只需對已失效的模塊更換，可不停電進行更換，有效降低維護費用。

3.3 第三級電源防雷器 在機房各PDU進線輸入端部署第三級避雷保護裝置，使用8/20us波形、最大通流量為40k A的浪涌保護器，限制電壓小于等于2000V，可選用BSPM220-20LT防雷浪涌保護器，防雷器前安裝D20型空開。

對于重要設(shè)備(如路由器等)可加裝精細電源防雷器，最大通流量為10k A，限制電壓小于等于1500V，作為機房設(shè)備的末端電源防護。模塊化設(shè)計，可帶電插拔，用于工程控制系統(tǒng)、信號流回路、計算機系統(tǒng)之過壓保護，安裝采用串聯(lián)方式進行連接，抑制線路上的高壓脈沖，對重要后端設(shè)備進行保護。

4 防雷接地對其他接地的干擾

4.1 防雷接地的概念 防雷接地，是為了使雷電流及浪涌電流安全泄入大地，以有效保護建筑物及其內(nèi)工作人員和電氣設(shè)備安全的一種接地。所有建筑物、通信線纜、電子設(shè)備等不允許帶電的金屬連接部分以及一切公共設(shè)施管道的金屬部件必須與防雷接地裝置直接連接。按照工信部和中華人民共和國的國家標(biāo)準(zhǔn)《計算站場地技術(shù)條件》(GB2887-89)文中的規(guī)定：獨立的防雷接地系統(tǒng)的電阻值應(yīng)不大于10歐。

4.2 防雷接地與其他接地的距離問題 一般情況下，數(shù)據(jù)中心機房的防雷接地系統(tǒng)，由設(shè)計方在進行建筑設(shè)計時一并進行設(shè)計。在設(shè)計機房其他地線系統(tǒng)時，應(yīng)與防雷系統(tǒng)的接地極保證足夠的距離，否則將嚴(yán)重影響電氣設(shè)備工作。一旦受到雷擊電流的通過，接地極周圍大地瞬時產(chǎn)生相當(dāng)高的電位，如果在防雷系統(tǒng)接地板附近還有其他接地系統(tǒng)，將對其產(chǎn)生相當(dāng)大的干擾。所以，防雷的接地極必須與其他接地系統(tǒng)保持相當(dāng)距離。

防雷接地與其他接地應(yīng)保持多少距離?這個問題一直是接地專家們爭論未決的問題，在國內(nèi)外都無定論。雖然無定論，但有一個原則：在條件允許的范圍內(nèi)應(yīng)該盡量把距離拉得大一些，盡量使避雷接地遠離計算機機房，遠離計算機諸接地極。

在高大建筑群密集的地方，想把避雷接地離其他接地距離拉得遠一些是不可能的，有的地方樓與樓之間的距離也只有十幾米乃至幾米遠，要設(shè)計好計算機機房的各種接地，就顯得格外難辦，有的單位為了解決好這個問題曾多次組織論證，但結(jié)果還是不理想。比較合理的還是采用"共用接地"的方法，共用接地系統(tǒng)的接地電阻值取所有接地系統(tǒng)的最小值。