雷电是大自然里一种普遍现象,在世界的任意角落都会有雷电天气出现,只不过数量不同而已。雷电对大地及地面物体的放电现象成为雷击,这种放电过程会产生强烈的闪电并伴随巨大的声音,对被击物体有严重的危害,会在物体的两端形成强烈的压差,如果是人则超过220V将对人体造成伤害,如果是电子设备,则会造成一些元器件的故障,防雷成为了各个技术领域都不能回避的问题。在数据中心里,过电压防护是安全运行的重要环节,一般都会在数据中心里增加防雷装置,但如果防雷装置质量不佳或配置不当,在过电压冲击下会导致防护装置失效,引起电源短路,导致设备故障,甚至引发火灾事故,所以选择合适的防雷装置亦非常关键,否则即使有防雷装置,也起不到防雷的效果。

SPD又叫浪涌保护器,是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置,过去常称为“避雷器”,它的作用是把串入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内,或将强大的雷电流泄流入地,保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。SPD用于限制瞬态过电压和分泄电涌电流的部件,它至少含有一个非线性元件。按照其工作原理,SPD分为电压开关型、限压型和组合型三类。电压开关型SPD,无电涌出现时为高阻抗,当出现电压电涌时突变为低阻抗,通常采用放电间隙、充气放电管做电压开关型SPD的组件,具有不连续电压、电流的特性。限压型SPD。无电涌出现时为高阻抗,随着电涌电流和电压的增加,阻抗连续变小,通常采用压敏电阻做限压型SPD的组件,具有连续电压、电流的特性。组合型SPD,由电压开关型元件和限压型元件组合而成的SPD,其特性随所加电压特性可以表现为电压开关型、限压型或电压开关型和限压型。不管是哪种SPD,基本元器件有:放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等,其目的都是限制瞬态的过电压,来达到保护被雷击的设备。

SPD技术甚至比数据中心出现的还早,在数据中心还没有出现之前,人们已经开始懂得如何防雷了,并且设计了一些SPD设备,所以SPD的技术发展过程已比较长,有很多明确的标准与规范。比如在IEC60364-4-43、YD5098-2005《通讯局(站)防雷与接地工程设计规范》、TB/T2311-2008铁路信号设备用浪涌保护器的规定、GB/T21431-2008《建筑物防雷装置检测技术规范》、GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》、GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》等规范都对SPD的技术要求有详细说明,一款合格的SPD产品必须要符合多重设计标准,之所以SPD技术一直在发展,也是因为雷电的成因和触发的危害都较为复杂,在雷击的情况下,SPD失效时,有时依然起不到保护电子设备的效果,这样SPD的技术也在不断地完善与发展,以便适应各种雷电场合,对不同的电子设备进行防护。

数据中心是大量电子设备集中的场所,对雷电更加敏感,所以做好数据中心的防雷工作是重中之重,这样不能简单地在供电入口放入一个SPD就以为万事大吉了,其实则不然。基于数据中心环境的重要性,可以专门对数据中心做一些特别的设计,以便达到很好的防雷效果。首先,数据中心里部署SPD时,可以考虑多级保护的方式。在机房建筑总配电处均安装了首级SPD,机房配电处安装二级或者三级SPD,在机房内部的UPS上甚至还可以安装四级SPD,这样通过多层防护达到保护电子设备不受雷电影响的目的。不同层级的SPD放电电流的标准大小不同,层层保护,最终将雷电产生的压差消除掉。其次,SPD接线方式也有讲究,有普通接线方式、凯文接线方式和SP+N型接线方式,SP+N型接线是近些年来被推荐的接线方式。在机房配电SPD两端引线产生的过电压会导致机房内设备受到损害,应尽量采用凯文接线方式连接SPD,可将SPD装于配电箱附近;在低压配电系统中采用3P+N型接线方式,采用正确的接线方式,是数据中心防雷设计和检测的关键。再次,要选择合适的SPD,不同型号的SPD防过压过流的阈值是不同的,要根据数据中心整体的电子设备的工作电压电流范围来确定,SPD范围过大,起不到防雷效果,SPD范围过小,又会因为SPD过早起作用而造成系统业务的中断,所以要选择合适的SPD。根据数据中心设备的设计标准,要求的正常电压电流波动范围,来选择SPD,这样选择的SPD即不会特别灵敏,也不会反映迟钝。最后,SPD在受到高(中)压系统的暂时过电压或频繁的操作过电压冲击下,常常出现击穿短路现象。SPD上的过电压作用时间远大于雷电电磁脉冲产生的过电作用时间,在过电压作用期间,电源线路中的工频电流会大量涌入SPD,造成SPD击穿、短路,如果SPD不能及时与电源线路分离,就会引燃着火,造成火灾事故。在这种情况下,SPD反之增加了安全隐患,没有很好起到防雷保护的效果。造成这类问题主要是使用的微断空开、熔断器、断路器等作用SPD的后备保护装置,与SPD配合上存在着局限性,导致在雷电过电压和内部过电压作用下配电系统起火,应该极力去避免这类事故的发生,是否SPD在数据中心防雷上反而起到了反作用,造成了更多严重的影响。

SPD技术是古老的防雷技术,在近几年得到一些发展,但是依然不能杜绝其自身原因引发的故障,也没有专门用于数据中心的SPD设备出现,对于数据中心要求很高的场合,针对其使用特点,设计一些专有的SPD,这样才能确保在受到雷击的情况下,依然保持数据中心设备稳定运行。

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