数据中心基础设施工程师必知必会|第二期，防雷篇

本篇文章是本系列的第二篇文章，保护数据中心免受雷击并非易事，通过这篇文章您将会了解到以下概念：

l  防雷主要考虑事项以及雷电的危害；

l  主要用于防雷的产品和保护方法。

电涌保护：至关重要的安全需求

1)     电涌的定义

电涌或暂态电涌是一种持续时间少于正常电压波形半个周期的过电压。电涌可以有正极性或负极性，会增加或减少正常电压波形，通常是随时间的推移振荡和衰减。

2)     电涌保护的一般作用

当设施管理人员想到电涌保护装置(SPD)，首先想到的可能是保护敏感的电气设备免受电涌。大多数设施主管都熟悉SPD在保护计算机、服务器和其他IT设备方面的重要性，以及用于构建物联网设备的有线集线器。

3)     电涌保护的重要意义

事实上，SPD在许多不同的建筑系统是必要的，以保护生命和安全，包括应急照明、门禁、火警警报、通信，甚至电梯和自动扶梯。这些重要系统的应急电力也必须受到保护，不受火灾、天气事件、事故、公用事业开关，甚至设施内大功率设备的开关所造成的冲击。尽管有新的规范要求，许多设施主管还没有完全认识到电涌对他们的生命安全系统的潜在影响。最近一次ASCO防电涌保护(ASCO)/建筑运行管理(BOM)调查显示，只有50%的受访者认为生命安全风险是电涌的潜在影响。

受访者认为电涌可能会带来的危害比例

电涌的危害

1)     电涌是服务器的大危害来源

设施管理人员知道，来自内部和外部来源的电涌可能会损坏设备，导致停机、昂贵的维修和业务中断——这些都是评估SPD价值时需要考虑的重要因素。在ASCO/BOM调查中，89%的受访者将设备损坏确定为电力激增的影响。

当谈到电涌带来的风险时，设施管理人员的担忧是合理的。虽然电涌不是设备遇到的唯一电能质量问题，但电涌会导致数据损坏和灾难性的设备损坏，以及降低设备性能和缩短其使用寿命的增量损坏。

ASCO/BOM的调查显示，大多数设施主管都有电力激增的破坏性影响的经验，52%的主管报告在过去三年中至少有一次这样的设备损坏。

受访者遇到电力激增的次数

2)    电涌带来的停机损失

设备停机是另一个主要的问题——77%的ASCO/BOM调查的应答者提到了这个风险。当被问及他们归因于电力激增的停机时间时，30%的人报告停机时间为6小时或更长，其中4%的人认为停机时间为48小时或更长。

电涌造成的系统停机时间是一方面，更多的情况下，人们不得不重新安装受影响的设备，但是这个过程中往往伴随着较长的设备等待修复时间。

受访者认为电力激增停机时间

数据中心防治电涌的意义

数据中心中微处理器无处不在。很多低于人感知能力的静电也会导致敏感的电子设备发生故障，导致数据损坏甚至设备锁住。早期大型数据中心更新时，安装SPD是为了保护重要数据。事实上，现代数据中心在边缘的设施中也有SPD，以保护无线电和数据操作。随着高度依赖精密现代电子元件的数字设备的涌入，SPD在配电系统中比以往任何时候都更重要。现代的数字设备往往比老式设备更加精密，这使得它们对电涌更加敏感。

损害带来的成本提升

电涌保护装置防止昂贵的设备被电涌损坏。SPD不仅保护了设备的初始投资，而且还防止了在设备停机或设备停机时可能发生的收入损失。这就是为什么数据中心的服务器，以及银行、贸易公司和医院中的CT扫描仪或核磁共振等敏感医疗设备都受到SPD的保护。

一些工厂管理人士曾试图量化电力激增给企业带来的成本。在ASCO/BOM调查中，56%的人认为修理或更换损坏设备的成本在5000美元到50000美元之间。

受访者认为电涌带来的损失金额

数据中心电涌考虑事项和规范

1)    针对于电涌的危害，保障数据中心运行的四个主要考虑事项如下：

l  对人员的保护，

l  供电线路的保护和能源供应的维护;

l  数据处理和存储的保护，

l  建筑物的保护。

2)     我国主要的电涌保护规范：

l  GB/T 19271.3-2005 雷电电磁脉冲的防护 第3部分：对浪涌保护器的要求；

l  GB 18802.1-2011 低压电涌保护器（SPD） 第1部分：低压配电系统的电涌保护器性能要求和试验方法；

l  GB/T 18802.22-2008 低压电涌保护器 第22部分：电信和信号网络的电涌保护器（SPD）选择和使用导则；

l  GB/T 18802.311-2007 低压电涌保护器件 第311部分：气体放电管（GDT）规范。

3)    其他各国主要遵循的电气标准

表1：世界各国遵循的电气标准

电涌保护器

1)    电涌保护器的定义

电涌保护器（SPD），也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，电涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免电涌对回路中其他设备的损害。电涌保护器，适用于交流50/60HZ，额定电压220V至380V的供电系统中，对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护，适用于家庭住宅、第三产业以及工业领域电涌保护的要求。

2)    电涌保护器分类

电涌保护器按其工作原理分类可以分为：电压开关型、限压型及组合型。

ü  电压开关型SPD：在没有瞬时过电压时呈现高阻抗，一旦响应雷电瞬时过电压，其阻抗就突变为低阻抗，允许雷电流通过，也被称为“短路开关型SPD”；

ü  限压型SPD：当没有瞬时过电压时，为高阻抗，但随电涌电流和电压的增加，其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性，有时被称为“钳压型SPD”；

ü  组合型SPD：由电压开关型组件和限压型组件组合而成，可以显示为电压开关型或限压型或两者兼有的特性，这决定于所加电压的特性。

3)     电涌保护器实例

北京突破电气有限公司最新推出的APISMOON曦月系列SPD电涌保护器，包括交流用SPD电涌保护器和直流用SPD电涌保护器，适用于IDC数据中心的交流和直流供配电系统的第二级、第三级和末端配电的雷电防护。

突破电气电涌保护器产品例图