隨著電子信息技術的飛速發展,信息網絡已成為人們日常工作和生活中必不可少的應用工具,作為信息網絡支撐點的電子信息系統機房,承擔著電子信息的傳輸、運算、存儲等功能,而數據中心機房又是電子信息系統機房中的一個重要門類,它大量使用了電子技術、通訊技術和計算機技術,采用了大規模及超大規模集成電路,信息化和網絡化程度越來越高,但它們常置于復雜的電磁環境中,有的甚至暴露于室外,這都可能遭受雷擊,產生雷擊過電壓,并侵入設備,將設備損毀。為此,建立數據中心機房時,必須認真考慮機房防雷接地系統,以保證數據中心機房可靠安全運行。

一、雷電的種類及危害

雷電,是由雷云(帶電的云層)對地面建筑物及大地的自然放電引起的。它分直擊雷、電磁脈沖、球形雷、云閃四種。直擊雷和球形雷都會對人和建筑物造成危害。直擊雷就是在云體上聚集大量電荷,它需要找到一個通道來泄放,如建筑物、鐵塔等,直擊雷是威力最大的雷電,而球形雷的威力比直擊雷小。電磁脈沖主要影響電子設備,它是受感應作用所致。云閃由于是在兩塊云之間或一塊云的兩邊發生,所以對人類危害最小。

雷電產生的高溫、沖擊波以及電磁輻射等物理效應,使其能在瞬間產生巨大的破壞作用,常常危害人身安全和擊毀建筑物等。就數據中心機房而言,對電子設備造成影響的主要是直接雷和電磁脈沖。

1、直接雷擊

數據中心機房所在的建筑物遭受從建筑物頂部或側面竄入的直接雷擊,其瞬間電流一般高達10～100kA,強大的雷電流往往通過建筑物避雷裝置導入到地網,由于地網本身有電阻,會產生極高的地電位,形成地電位反擊,從而對建筑物內的電子設施等造成一定的破壞。

2、電磁脈沖

強大的電磁脈沖產生的雷電流通過建筑物的防雷引下線時會在其周圍產生極強的磁場,在此磁場范圍內的電線電纜、金屬導體等導電物體上又會產生感應電流,形成一定幅值的沖擊電壓,造成對數據中心機房內的信號線路、通信設備、供配電系統和計算機信息系統的影響和干擾,嚴重時甚至會造成中斷。根據相關研究材料介紹,當磁感應強度達到0.07Gs時,計算機會誤動作,當磁感應強度達到2.4Gs時,無屏蔽的電子設備元器件會出現永久性的損壞。

二、防雷接地建設原則和要求

1、參考標準

數據中心機房的防雷接地應按現行國家標準《建筑物防雷設計規范》(GB50057-2000)和《建筑物電子信息系統防雷技術規范》(GB50343-2004)的有關規定執行。

2、具體要求

1）數據中心機房的接地設施應滿足人身安全及電子信息系統正常運行的相關要求;

2）防雷接地、防靜電接地、屏蔽接地、防電擊接地等保護性接地和交流工作接地、直流工作接地、信號接地等功能性接地宜共用一組接地裝置。其接地電阻要求小于1Ω;若防雷接地單獨設置接地裝置時,其余幾種接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻不應大于其中最小值,并應按現行國家標準《建筑物防雷設計規范》要求采取防止反擊措施。

3）在機房設置等電位聯結端子箱。用接地母線與大樓綜合接地體相連。機房內需鋪設接地銅排網(等電位連接地網),機房內金屬管道、線槽、地板支架、吊頂和墻體龍骨以及機柜外殼等不帶電的金屬結構均應與等電位接地網相連。

4）對接地有特殊要求需單獨設置接地線的電子信息設備,其接地線與其它接地線之間的連接,在保證不受干擾的情況下,應盡量同路徑敷設,以減小形成的環路面積。

三、數據中心機房防雷接地方法與措施

本項目以浙江廣播電視集團國際影視中心綜合大樓4～6層的數據中心機房集群為例,對數據機房的接地方法與措施進行探討。建筑物的綜合防雷系統包含外部防雷和內部防雷兩方面內容。由于本項目數據中心機房位于樓宇內,它的建筑防雷等已由大樓本身的外部防雷系統考慮實施,故本文僅對數據中心機房內部的防雷系統進行分析研究。機房內部防雷接地系統如圖1所示。

系統主要包括公用接地(大樓聯合接地排)、等電位連接、防雷接地(浪涌保護器)、機房工作接地、機房靜電釋放系統(保護接地)等。如上所述,除防雷接地外,其它各項接地也是防雷措施的一部分,它們互不可分,相互滲透,共同組成了機房綜合防雷系統。

1、公用接地

公用接地(大樓聯合接地排)指的是建筑物的綜合接地,它又是一個總等電位體,因此,根據要求,以上等電位連接地、防靜電接地、交流工作接地、直流工作接地、機房防雷接地等均需連接到大樓的公用接地裝置上。公用接地裝置在大樓建設時已考慮,經測試,其接地電阻約0.1Ω。

2、等電位連接

等電位連接接地就是防電擊接地,它的作用為保護絕緣被擊穿時人身和設備的安全,在絕緣未被擊穿時也有保護人身安全的作用,同時為IT設備提供基準電位,保證所有電子線路在一個基準平面上工作,從而提高設備工作的穩定性。根據數據中心機房建設防雷規范有關要求,機房內所有設備的可導電金屬外殼、各類金屬管道、金屬線槽、建筑物金屬結構等均應作等電位連接,不應有對地絕緣的孤立導體。為此,在實施過程中,必須認真對待。

本項目機房采用SM混合型等電位聯合接地方式,一是在機房地板下設置若干等電位聯接端子箱,并與地下一層總等電位節點(大樓聯合接地排)相連,它是通過采用40×4mm鍍鋅扁鋼從弱電井引接。二是鋪設用30×3mm銅排構成等電位聯接接地干線,間距1200×1200mm,呈網狀結構,并與等電位聯接端子箱相連,形成機房等地位連接接地整體,詳見圖2。

3、機房防雷接地

建立數據中心機房防雷接地的目的就是要避免雷電的侵襲,從而保護信息系統設備和人身的安全。為防止電磁脈沖(感應雷)沿機房電源線進入,損壞機房內設備,在低壓側各配電柜進線處設置避雷器,即浪涌保護器(SPD)。它是一種為各種電子設備提供安全防護的電子裝置。當電氣回路因受突然產生尖峰電流或者電壓時,浪涌保護器能在極短的時間內導通分流,從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。由于從地下低壓配電室到四樓、五樓機房距離較長,為了解決SPD上的殘壓和電纜感應電壓的問題,本項目機房整套電源系統設計了三級防雷器,第一級SPD避雷器安裝在地下一層低壓配電柜內,第二級安裝在機房同層UPS機房,第三級安裝在機房電源柜的進線端。這樣與建筑物整體構成多級電源防雷,可有效地對電源系統進行防護。

4、機房交流工作接地

機房交流工作接地的作用是為確保人身和設備的安全。數據中心機房的供配電(包括工藝電和動力電)采用TN-S三相五線制供電方式(見圖3)。交流設備中的交流工作地(零線,也稱N線)是將其中性點用絕緣導線串聯起來連接到配電柜的中性線上,然后通過零線接地;保護接地(地線,也稱PE線)單獨接地,和零線沒有任何電氣連接。采用TN-S系統保證了設備外殼正常狀態無電流,抗干擾性強,既保證了設備安全,也保證了工作人員的安全。

5、靜電釋放系統

由于靜電無法有效消除,只能靠屏蔽措施和可靠接地進行抑制,因此,須對數據中心機房的地面、墻面、吊頂及金屬機柜等作相應處理,以形成一個良好的機房靜電釋放系統。機房鋪設防靜電活動地板。其靜電性能指標應符合相關規定,且應具有相應的防火、環保、耐污耐磨性能。

各類金屬管道、金屬線槽、建筑物金屬結構等作等電位連接,具體工藝是:

靜電活動地板下的機房地面應有靜電泄放措施和防靜電接地構造,為此,數據中心機房內防靜電地板每隔2根支架用靜電泄放地線相接(25平方毫米編織銅帶)來鋪設呈網狀結構的靜電泄漏地網,間距為1200×1200mm,并需與機房內等電位端子箱可靠連接;

中心數據機房的吊頂主龍骨和墻面輕鋼龍骨均采用靜電泄放線與接地干線連接,敷設間距不大于3m并接入機房內等電位端子箱;

暖通管道及支架采用6平方毫米阻燃銅芯軟線與接地干線連接,每個機房不少于4處;

行間空調采用6平方毫米阻燃銅芯軟線與接地干線連接;

機房內金屬橋架采用16平方毫米阻燃銅芯軟線與接地干線連接,每30m長度不少于2處;

機房內服務器機柜和網絡機柜接地端子采用2條長度不等的6平方毫米阻燃銅芯軟線作為不等邊接地支線與接地干線連接,機柜上的服務器、交換器和其它IT設備的接地均采用4平方毫米阻燃銅芯軟線與本機柜接地端子相連。機柜支架的接地采用16平方毫米阻燃銅芯軟線與接地干線連接,每列機柜不少于2處。

應用簡介

目前,位于浙江某大樓內的5個數據中心機房、4個監控機房均應用了上述防雷接地系統的技術,經測試,幾個機房接地電阻均小于1Ω,平均值約為0.4Ω,遠優于規范要求。機房自建成運行以來,已經歷了夏天和春天的雷雨季節,未出現雷擊造成設備損壞的情況。

結束語

數據中心機房防雷接地系統建設看似容易,實際處理較難,為此,必須根據機房要求,對防雷接地、等電位連接、SPD設置防靜電接地等作全面認真的分析和處理,只有這樣,才能對數據中心機房的設備安全可靠運行起到保護作用。

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