详解数据中心防雷问题

　　很多数据中心的管理者认为日常的雷击电压不能击坏设备，但是我们需要知道的是即使雷击所造成的感应电压不足于一次击坏网络设备，但经过长年累月的过压冲击，也会引起网络设备零件的老化，让网络设备使用寿命急剧下降，而旧设备就更加容易遭受破坏，严重地影响网络的性能稳定。介于对数据中心带来的这些灾难结果，今天我们就数据中心的防雷技术进行详细的分析及探讨。

　　遭雷劈的原因

　　地形复杂，丘陵地带容易形成对流性天气抬升;气候特点属于潮湿，导致雷雨容易吸收空气，直接对流放电;高层建筑越来越多。同时，雷电增多和全球变暖两者有密不可分的关系。

　　雷电入侵数据中心的途径：

　　一、直击雷是雷电直接击在建筑物上，产生电效应、热效应和机械力而导致建筑物损坏。建筑物受到直接雷击后，强大的雷击电流沿着接地引下线，经接地体入地后地电位会瞬间升高，产生高电位，引起地电位反击，损坏设备或造成人员伤亡。

　　二、雷电感应是雷电放电时，在附近导体上产生静电感应和电磁感应，它能使金属部件之间产生火花。雷电感应可以来自对地雷击，也可以来自云间放电，其中对地雷击由于距雷击点较近，产生的感应浪涌电压较大，作用半径也大，一般500米范围的电子信息设备均是其破坏对象;云中放电的感应浪涌电压虽然较小，但发生概率较高。静电感应是由于雷云先导的作用，使附近导体上感应出与先导通道符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和，在导体上的感应电荷得到释放，如不就近泄入地中就会产生很高的电位。电磁感应是由于电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近的导体产生很高的电动势。

　　三、雷电波的入侵是由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入室内，危及人身安全、损坏设备。根据雷电电磁脉冲防护理论和实践经验证明，电子信息设备损坏的主要原因是雷电感应浪涌电压造成的。它可以通过各种引线把感应浪涌电压波引入电子信息设备内部，破坏其芯片和接口。

　　数据中心非常注重的就是供电的持续性，因此防雷工作就不能忽视，性能比较优秀的网络设备本身就自带有防雷保护功能，在电源进来的线路上，就有用来吸收高压突波的线路设计。虽然产品带有防雷保护的功能，但是就雷电产生的感应电压有几千伏特或者上万伏特甚至更高，无论哪个品牌的路由器，单单路由器本身自带的防雷功能只可能解决一部分雷电所造成的危害，想进一步减少雷电引起的危害就要配备相应的防雷设备。

　　防雷保护措施

　　应装设独立避雷针或架空避雷线，是被保护的建筑物及风帽，放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。

　　排放爆炸危险气体，蒸汽或粉尘的放散管，呼吸阀和排风管等的管口外的以下空间应处于接闪器的保护范围内。

　　独立避雷针的杆塔，架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处，应至少设一根引下线。对用金属制成或有焊接，绑扎连接钢筋的杆塔，支柱，以利用其作为下引线。

　　独立避雷针，架空避雷线应用独立的接地装置，每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10Ω。在土壤电阻率高的地区，可适当增大冲击接地电阻。

　　当树木高于建筑物且不在接闪器保护范围之内时，树木与建筑物之间的净距不应小于125px。

　　防雷产品分析

　　一、接闪器

　　避雷针是最早的接闪器，也是目前世界上公认的最成熟的防直击雷装置。避雷带、避雷网、避雷线是避雷针的变形，其接闪原理是一致的。对避雷针的接闪原理的认识是有一个发展过程的，现在的滚球法理论比较全面地解释了接闪器吸引雷电的各种现象，被国内外标准所采纳。

　　消雷器消雷器是国内近年来有非常大影响的防雷产品。它是希望改变接闪器的材料和形状来产生电流中和雷云中的电荷，让雷云在消雷器的保护范围内无法建立起接闪所需的场强，以达到消雷的目的。由于消雷器所声称的效果完全满足了人们所希望的防雷效果，因此一段时间内消雷器风靡国内市场。

　　特殊避雷针还有一些避雷针承认自己接闪雷电，但其保护范围特别大，而且不会因为加装了避雷针而增大雷击概率。这一类产品在市场上的份额不大，没多少人去深究其技术原理的可行性。但在标准中规定任何接闪器都只能按滚球法校核保护范围。

　　二、引下线

　　一些厂家不在接闪器上作文章，却在引下线上采取措施，他们认为接闪器接闪时大量的雷电流通过引下线入地，会在周围的导体中产生感应雷，因此推出有屏蔽作用的引下线。必须指出：感应雷主要是由雷云的静电感应引起的，只屏蔽引下线作用并不大，而是要加强所有导线的屏蔽效果，才能削弱感应雷。

　　其实，在国标《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)中，对金属引下线的规定就已采取了降低引下线电磁干扰的措施，如多根引下线的分流作用，均匀对称的布置在建筑物四周可相互抵消内部电磁场，利用建筑物的钢筋框架这个很好的屏蔽笼(法拉第笼)接闪引下雷电流等。因此，普通金属引下线的方法在技术经济上都是可行的。

　　三、低压电源避雷器

　　通信站80%的雷击事故是由雷电波侵入电源线造成。因此，低压交流避雷器发展非常迅速，而以MOV材料为主的避雷器在市场上占有统治地位。

　　保护电路MOV避雷器的失效有短路和开路两种形式，强大的雷电流可能将避雷器击坏，形成开路故障，这时避雷器模块的外形往往会被破坏。避雷器也可能因时间长材料老化而动作电压下降，当动作电压下降到低于线路工作电压的水平时，避雷器通过交流电流增加，避雷器发热，最终会破坏MOV器件的非线性特性，导致避雷器部分短路烧毁。电源线路故障造成的工作电压升高也可能产生类似情况。避雷器的开路故障不影响电源供电，要检查动作电压才能发现，因此避雷器需定期检查。

　　避雷器的残压只是避雷器的技术指标，真正加在设备上的过电压还要在残压的基础上加上避雷器与电源线、地线连接的两段导线电感产生的附加电压，因此正确的安装避雷器也是降低设备过电压的重要措施。

　　四、通信线路避雷器

　　通信线路避雷器的技术要求较高，因为除了满足防雷技术要求外，还须保证传输指标符合要求。加上与通信线路相连的设备耐压很低，对防雷器件的残压要求严格，因此在选择防雷器件时较困难。

　　理想的通信线路防雷器件应是电容小、残压低、通流大、响应快。最简单的电路是在高频芯线上并联一个小磁芯电感，就可以构成高通滤波的避雷器。对于点频通信天线也可采用四分之一波长的短路线构成带通滤波器，防雷效果更好，但这两种方法都会将天馈线上传送的直流短路，其应用范围有限。

　　五、接地装置

　　接地是防雷的基础，标准规定的接地方法是采用金属型材铺设水平或垂直地极，在腐蚀强烈的地区可以采用镀锌和加大金属型材的截面积的方法抗腐，也可以采用非金属导体做地极，如石墨地极和硅酸盐水泥地极。更合理的方法是利用现代建筑的基础钢筋做地极，有事半功倍之效。

　　由于过去对防雷认识的局限性，片面强调降低接地电阻的重要性，导致一些厂家推出各种接地产品，声称能降低地电阻。如降阻剂、高分子地极、非金属地极等。

　　接地电阻主要受土壤电阻率和地极与土壤接触电阻有关，在构成地网时与形状和地极数量也有关系，降阻剂和各种接地极无非是改善地极与土壤的接触电阻或接触面积。但土壤电阻率起决定作用，其它的都较易改变，如果土壤电阻率太高就只有工程浩大的换土或改良土壤的方法才能有效，其它方法都难以凑效。

　　选用防雷产品的注意事项

　　一、设计是否有利于用户并且容易安装

　　理想的产品应该是一个小型、紧凑并且能够安装在现有的空间内，同时易于安装。

　　二、一次能够处理的最大电流

　　最大电流(即峰流)是指一个电涌防护器的处理最大电流的能力。Bellcore实验室为了保护它高度计算机化的实验中心,进行了广泛的调研,确定了电涌防护器处理最大电流的能力和所需的技术参数，一个20千安的电涌防护器即可满足要求，起到防电涌、保护设备的作用。由此可见，在任何建筑物内的分支线供电箱处安装一个80千安的电涌防护器，便足以解决任何可能出现的电涌问题。对多雷击区的贵重电气设备，应在建筑物进口的交流配电箱处安装一个较大的防护器，型号从160千安到400千安。

　　三、吸收能量的能力

　　电涌防护器吸收能量的能力以焦耳(joule)来衡量，焦耳值越高，电涌防护器的使用寿命越长。

　　四、钳制电压的能力

　　也就是将过电压钳制到电器设备所能承受的安全范围之内的能力。计算机被设计在一定电压范围内使用，如果超出了这个范围就会导致计算机的损坏。因此电涌防护器必须把过电压钳制到安全水平,1998年6月1日开始实施的GA173-1998标准规定用于220/380伏电力系统的计算机防雷保安器(电涌防护器)的钳制电压应小于或等于2000伏。

　　五、符合国际和国家标准

　　电涌防护器应符合国际标准，包括UL1449、ANSI/IEEE、NEMA和IEC。在我国同样有相应的标准,公安部公共信息网络安全监察局要求：所有用于保护计算机的防雷保安器(本文中称为电涌防护器)，都必须根据GA173-1998的标准通过检测并获得销售许可证后，方可销售。

　　六、产品的可靠性及客户单

　　了解客户单以及厂家从事产品生产的历史有助于了解厂家的信誉和其产品的可靠性。

　　七、质量保证

　　保质期限的长短体现了制造商对其产品是否能不出问题、能长久的保护设备的自信心。一旦产品出现问题，客户是否能得到快速免费的服务，也是用户应考虑的因素之一。

　　时至盛夏，暴雨、雷电天气较多，由于数据中心通信和供电电缆多从室外引入数据中心，易遭受雷电的侵袭，数据中心建筑的防雷设计尤其重要，而在通常的站区建筑设计中往往忽视这一点，数据中心的建筑防雷除应有效地保护建筑自身的安全之外，也应为设备的防雷及工作接地打下良好的基础，只有建立多层次的计算机防雷系统，才能确保计算机信息系统的安全运行，最大限度地防御和减轻雷电灾害对计算机信息系统造成的危害和损失。