数据中心机房防雷接地系统技术要点
1引言
国家颁布的“十四五规划”明确提出强化国家战略科技力量、加快壮大新一代信息技术产业、加快大数据中心建设等战略目标。可看出国家加强信息安全、数据安全及科技安全的决心，为实现目标，数据中心成为信息化建设的基础保证。而数据中心的各项防范指标则成为保障信息安全、数据安全、科技安全的重中之重。
对数据中心来说，其功能是作为数据载体及保障设备正常运行的独立空间，考虑到数据安全，无论是设备受损，或是数据临时无法调取，均是不可接受的。而相较数据中心的网络安全，数据中心的防雷性能却少有人提及，数据中心确实不易遭受雷击影响？抑或雷击带来的损失在可接受范围内吗？答案是否定的。2005年，比利时谷歌的数据中心遭遇了4次雷击，导致部分磁盘受损、数据丢失。2018年，微软美国中南区数据中心附近发生雷击，Azure服务出现问题，客户储存在中南区数据中心的数据受到严重影响。上述两项事例均因雷击导致的数据丢失造成了无法估量的损失，由此可见，数据中心防雷接地系统对于保障数据安全起着至关重要的作用，为促进数据中心防雷性能的完善，下文将对数据中心防雷接地系统技术要点进行展开探讨。
2数据中心防雷接地系统技术要点
2.1数据中心选址
①雷击易发生在土壤电阻率较小及土壤电阻率变化明显的地方。如山坡电阻率较小、土中埋藏有导电矿场地区、有大片土壤电阻率大但局部电阻率小时易产生雷击，故数据中心选址应避开山顶、山坡、山脚等土壤电阻率小及土壤电阻率变化明显的区域。
②地形存在突变交界边缘处、地面电阻率发生突变处及局部特别潮湿处。例如湖边、海边、河床等地带易遭受雷击，故非水蒸发冷却类型数据中心，选址应避开河床、海边、湖边等易受雷击区域。
③地面特别突出的地方。因其离雷云最近，比其他地方集聚了更多的电荷，其尖端电场强度最大，易遭受雷击，故数据中心选址应避开开阔地势中的突兀建筑物，降低受雷击概率。
2.2数据中心防雷接地系统
2.2.1散流网布设
考虑到雷击过电压及雷电感应瞬时电压引发的电子设备过电压情况，采用等电位连接方式降低电位差是十分有效的防范措施，所以，在机房铺设散流网，可降低设备因雷电产生的电位差而击穿、受损的概率。《GB50174-2017数据中心设计规范》规定“等电位连接网格应采用不小于25mm²铜带或裸铜线，并在防静电地板下构成边长为0.6m～3m的矩形网格”，实际实施中，A、B级机房建议按照主铜排40mm×4mm，次铜排30mm×3mm，构成边长0.6m的正方形散流网进行建设，C级机房可结合规范、按照实际要求，网格铜排可降低至25mm²时，散流网网格边长可适度放宽直至3m。
2.2.2接地装置选择
数据中心应采用联合接地模式，如接地网根据功能进行独立设置，不仅造价较高，各接地网中将存在电压差，容易损坏设备，另外，随着机房设备的增加，可能同时存在交流供电及直流供电等设备，各设备接地要求不同，导致机房接地布线需重新规划、接地网重新建设成本增加等问题，所以从经济及技术方面综合考虑，数据中心宜采用联合接地模式。
《数据中心设计规范)(GB50174-2017)规定“保护性接地和功能性接地宜共用一组接地装置，其接地电阻应按其中最小值确定”。《民用建筑电气设计标准}(GB51348-2019)规定“建筑物各电气系统的接地，除另有规定外，应采用同一接地装置，接地装置阻值应符合其中最小值要求。各系统不能确定接地阻值时，接地电阻不应大于1Ω。而相关规范中规定交流工作接地及安全保护接地阻值要求≤4Ω、防雷保护接地电阻阻值要求≤10Ω，综上，数据中心接地采用联合接地形式时，接地电阻阻值要求<1Ω。
《建筑物电子信息系统防雷技术规范}(GB50343-2012)规定“当机房基础采用硅酸盐水泥和周围土壤含水量不低于4%，且基础外表面无防水层时，应优先考虑采用基础内钢筋作为接地装置。通常，连接建筑物基础内钢筋可满足接地电阻<1Ω的要求，可采用基础内钢筋作为接地装置进行设计施工。
当建筑物接地阻值不满足要求时，应重点对土壤电阻率及地质情况进行复查，判断经济及技术方面是否符合设置人工接地极条件。若符合，建议按《接地装置安装标准设计图集》(14D504)中“埋地角钢接地极安装”的方式进行设计施工；若不符合，应考虑增加降阻剂、延长接地极长度及深度、埋设接地模块、更换为其他类型接地极等方式降低接地电阻阻值直至符合要求。
2.2.3等电位连接方式选择
数据中心内电气及电子设备的金属外壳、机柜、金属管线、静电地板、彩钢板等处均应以最短距离与散流网网格进行连接，一般连接方式分为S型星型和M型网格型，应根据机房规模等级及设备频率等参数进行选择。
S型星型结构一般适用于电子信息设备较少的机房内，所有设备及钢构件导体均单独引至ERP接地参考点处，类似于放射式连接，《建筑物电子信息系统防雷技术规范}(GB50343-2012)规定“S”型星型等电位连接结构适用于1MHz以下低频率电子信息系统的功能性接地”。
M型网格型结构一般适用于电子信息设备较多的机房内，所有设备及钢构件导体就近连接于等电位网格内,通过多个等电位连接点与接地系统进行连接，且每台设备均应用两条长度不同的连接导体与等电位网格相连，《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2012)规定“M型网格型等电位连接结构适用于1MHz以上电子信息系统的功能性接地”。
2.3直击雷防范
直击雷是带电云层与建筑物、其他物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并伴随由此而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。
数据中心通常位于建筑物内部，无直接被雷击风险，但直击雷击中建筑物，沿着建筑物接闪器、防雷引下线快速释放，产生强大的雷电流，如果接闪器或引下线与进入机房内的管线相连，极有可能损坏设备，甚至造成人员伤亡。因此，机房设备接地引入线严禁从大楼接闪器、防雷引下线等处直接接入，防止雷击时将雷击电流直接引入机房，造成不必要的损失。
2.4感应雷防范
感应雷一般由电磁感应产生，通过电力线路，信号馈线感应雷电压入侵数据中心，造成网络系统设备的大面积损坏。因此，需采取对机房内的电源及信号线路加装SPD、采用屏蔽线缆等手段，防止感应雷危害网络系统的情况发生。
当建筑总配电箱电源线由建筑外引入时，总配电箱需设置按照一类(10/350μs)实验的电涌保护器，电压保护水平≤2.5kV，最大冲击电流应取Iimp≥12.5kA。
为进一步降低冲击电压，分配电箱处应配置二类(8/20us实验的电涌保护器，电压保护水平≤2kV，在数据中心配电箱需配置二类或复合波实验的三类浪涌保护器，电压保护水平≤1.2kV，标称放电电流In值应根据电子信息系统的雷电保护等级进行选择。
2.5雷电反击防范
雷电反击指遭受直击雷的金属体(包括接闪器、接地引下线和接地体)，在接闪瞬间与周围与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，发生放电的现象。
数据中心通常采用联合接地系统，等电位连接后，当局部电位提升时，可有效降低各房间、设备等的电位差，防止机房内设备受损。因此，对进入建筑物的金属管线，如金属管、电源线、信号线等，应就近连接到地网的等电位端子排上，可有效防止雷电反击现象的发生。
实际项目可能因建筑物接地电阻无法达标、规定必须采用独立接地装置等问题。而采用两套独立接地装置，例如电子设备接地系统与防雷接地系统分开设置，此时，两接地系统的安全距离不宜小于20m。当两地网之间的距离小于该安全距离时，则需在两地网间用等电位连接器进行可靠连接。等电位连接器正常工作状态下两接地网不导通，当一个接地系统遭受雷击，电压上升至等电位连接器导通电压时，等电位连接器导通，消除电网间电位差，防止雷电反击现象的发生。
3结语
综上，数据中心的数据安全牵涉面很广，而防雷接地系统作为其中一个重要的环节，起着举足轻重的作用。为保证数据中心的防雷性能，应在数据中心选址、数据中心防雷接地系统、直击雷防范、感应雷防范及雷电反击防范等方面做好工作，才能确保防雷接地系统符合新时代数据中心的要求，保证数据中心承担起数据安全保障的任务。
（作者：孙赟）
本文标题：数据中心机房防雷接地系统技术要点
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