孫赟

（澤宇科技工程有限公司）

1 引言

近日，國家頒布的“十四五規(guī)劃”明確提出強化國家戰(zhàn)略科技力量、加快壯大新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、加快大數(shù)據(jù)中心建設(shè)等戰(zhàn)略目標?？煽闯鰢壹訌娦畔踩?shù)據(jù)安全及科技安全的決心，為實現(xiàn)目標，數(shù)據(jù)中心成為信息化建設(shè)的基礎(chǔ)保證。而數(shù)據(jù)中心的各項防范指標則成為保障信息安全、數(shù)據(jù)安全、科技安全的重中之重。

對數(shù)據(jù)中心來說，其功能是作為數(shù)據(jù)載體及保障設(shè)備正常運行的獨立空間，考慮到數(shù)據(jù)安全，無論是設(shè)備受損，或是數(shù)據(jù)臨時無法調(diào)取，均是不可接受的。而相較數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)安全，數(shù)據(jù)中心的防雷性能卻少有人提及，數(shù)據(jù)中心確實不易遭受雷擊影響？抑或雷擊帶來的損失在可接受范圍內(nèi)嗎？答案是否定的。2005年，比利時谷歌的數(shù)據(jù)中心遭遇了4次雷擊，導致部分磁盤受損、數(shù)據(jù)丟失。2018 年，微軟美國中南區(qū)數(shù)據(jù)中心附近發(fā)生雷擊，Azure 服務(wù)出現(xiàn)問題，客戶儲存在中南區(qū)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)受到嚴重影響。上述兩項事例均因雷擊導致的數(shù)據(jù)丟失造成了無法估量的損失，由此可見，數(shù)據(jù)中心防雷接地系統(tǒng)對于保障數(shù)據(jù)安全起著至關(guān)重要的作用，為促進數(shù)據(jù)中心防雷性能的完善，下文將對數(shù)據(jù)中心防雷接地系統(tǒng)技術(shù)要點進行展開探討。

2 數(shù)據(jù)中心防雷接地系統(tǒng)技術(shù)要點

2.1 數(shù)據(jù)中心選址

①雷擊易發(fā)生在土壤電阻率較小及土壤電阻率變化明顯的地方。如山坡電阻率較小、土中埋藏有導電礦場地區(qū)、有大片土壤電阻率大但局部電阻率小時易產(chǎn)生雷擊，故數(shù)據(jù)中心選址應(yīng)避開山頂、山坡、山腳等土壤電阻率小及土壤電阻率變化明顯的區(qū)域。

②地形存在突變交界邊緣處、地面電阻率發(fā)生突變處及局部特別潮濕處。例如湖邊、海邊、河床等地帶易遭受雷擊，故非水蒸發(fā)冷卻類型數(shù)據(jù)中心，選址應(yīng)避開河床、海邊、湖邊等易受雷擊區(qū)域。

③地面特別突出的地方。因其離雷云最近，比其他地方集聚了更多的電荷，其尖端電場強度最大，易遭受雷擊，故數(shù)據(jù)中心選址應(yīng)避開開闊地勢中的突兀建筑物，降低受雷擊概率。

2.2 數(shù)據(jù)中心防雷接地系統(tǒng)

2.2.1 散流網(wǎng)布設(shè)

考慮到雷擊過電壓及雷電感應(yīng)瞬時電壓引發(fā)的電子設(shè)備過電壓情況，采用等電位連接方式降低電位差是十分有效的防范措施，所以，在機房鋪設(shè)散流網(wǎng)，可降低設(shè)備因雷電產(chǎn)生的電位差而擊穿、受損的概率?！禛B 50174‐2017 數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》規(guī)定“等電位連接網(wǎng)格應(yīng)采用不小于25mm2銅帶或裸銅線，并在防靜電地板下構(gòu)成邊長為0.6m～3m 的矩形網(wǎng)格”[1]。實際實施中，A、B級機房建議按照主銅排40mm×4mm，次銅排30mm×3mm，構(gòu)成邊長0.6m的正方形散流網(wǎng)進行建設(shè)，C級機房可結(jié)合規(guī)范、按照實際要求，網(wǎng)格銅排可降低至25mm2，散流網(wǎng)網(wǎng)格邊長可適度放寬直至3m。

2.2.2 接地裝置選擇

數(shù)據(jù)中心應(yīng)采用聯(lián)合接地模式，如接地網(wǎng)根據(jù)功能進行獨立設(shè)置，不僅造價較高，各接地網(wǎng)中將存在電壓差，容易損壞設(shè)備，另外，隨著機房設(shè)備的增加，可能同時存在交流供電及直流供電等設(shè)備，各設(shè)備接地要求不同，導致機房接地布線需重新規(guī)劃、接地網(wǎng)重新建設(shè)成本增加等問題，所以從經(jīng)濟及技術(shù)方面綜合考慮，數(shù)據(jù)中心宜采用聯(lián)合接地模式。

《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》（GB 50174‐2017）規(guī)定“保護性接地和功能性接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻應(yīng)按其中最小值確定”[1]?！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計標準》（GB 51348‐2019）規(guī)定“建筑物各電氣系統(tǒng)的接地，除另有規(guī)定外，應(yīng)采用同一接地裝置，接地裝置阻值應(yīng)符合其中最小值要求。各系統(tǒng)不能確定接地阻值時，接地電阻不應(yīng)大于1Ω”[2]。而相關(guān)規(guī)范中規(guī)定交流工作接地及安全保護接地阻值要求≤4Ω、防雷保護接地電阻阻值要求≤10Ω，綜上，數(shù)據(jù)中心接地采用聯(lián)合接地形式時，接地電阻阻值要求≤1Ω。

《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343‐2012）規(guī)定“當機房基礎(chǔ)采用硅酸鹽水泥和周圍土壤含水量不低于4%，且基礎(chǔ)外表面無防水層時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋作為接地裝置”[3]。通常，連接建筑物基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋可滿足接地電阻≤1Ω的要求，可采用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋作為接地裝置進行設(shè)計施工。

當建筑物接地阻值不滿足要求時，應(yīng)重點對土壤電阻率及地質(zhì)情況進行復查，判斷經(jīng)濟及技術(shù)方面是否符合設(shè)置人工接地極條件。若符合，建議按《接地裝置安裝標準設(shè)計圖集》（14D504）中“埋地角鋼接地極安裝”的方式進行設(shè)計施工；若不符合，應(yīng)考慮增加降阻劑、延長接地極長度及深度、埋設(shè)接地模塊、更換為其他類型接地極等方式降低接地電阻阻值直至符合要求。

2.2.3 等電位連接方式選擇

數(shù)據(jù)中心內(nèi)電氣及電子設(shè)備的金屬外殼、機柜、金屬管線、靜電地板、彩鋼板等處均應(yīng)以最短距離與散流網(wǎng)網(wǎng)格進行連接，一般連接方式分為S型星型和M型網(wǎng)格型，應(yīng)根據(jù)機房規(guī)模、等級及設(shè)備頻率等參數(shù)進行選擇。

S 型星型結(jié)構(gòu)一般適用于電子信息設(shè)備較少的機房內(nèi)，所有設(shè)備及鋼構(gòu)件導體均單獨引至ERP接地參考點處，類似于放射式連接，《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343‐2012）規(guī)定“S 型星型等電位連接結(jié)構(gòu)適用于1MHz 以下低頻率電子信息系統(tǒng)的功能性接地”[3]。

M 型網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)一般適用于電子信息設(shè)備較多的機房內(nèi)，所有設(shè)備及鋼構(gòu)件導體就近連接于等電位網(wǎng)格內(nèi)，通過多個等電位連接點與接地系統(tǒng)進行連接，且每臺設(shè)備均應(yīng)用兩條長度不同的連接導體與等電位網(wǎng)格相連，《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343‐2012）規(guī)定“M 型網(wǎng)格型等電位連接結(jié)構(gòu)適用于1MHz 以上電子信息系統(tǒng)的功能性接地”[3]。

2.3 直擊雷防范

直擊雷是帶電云層與建筑物、其他物體、大地或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象，并伴隨由此而產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)或機械力等一系列的破壞作用[4]。

數(shù)據(jù)中心通常位于建筑物內(nèi)部，無直接被雷擊風險，但直擊雷擊中建筑物，沿著建筑物接閃器、防雷引下線快速釋放，產(chǎn)生強大的雷電流，如果接閃器或引下線與進入機房內(nèi)的管線相連，極有可能損壞設(shè)備，甚至造成人員傷亡。因此，機房設(shè)備接地引入線嚴禁從大樓接閃器、防雷引下線等處直接接入，防止雷擊時將雷擊電流直接引入機房，造成不必要的損失。

2.4 感應(yīng)雷防范

感應(yīng)雷一般由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，通過電力線路，信號饋線感應(yīng)雷電壓入侵數(shù)據(jù)中心，造成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備的大面積損壞。因此，需采取對機房內(nèi)的電源及信號線路加裝SPD、采用屏蔽線纜等手段，防止感應(yīng)雷危害網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的情況發(fā)生。

當建筑總配電箱電源線由建筑外引入時，總配電箱需設(shè)置按照一類（10/350μs）實驗的電涌保護器，電壓保護水平≤2.5kV，最大沖擊電流應(yīng)取Iimp≥12.5kA。

為進一步降低沖擊電壓，分配電箱處應(yīng)配置二類（8/20μs）實驗的電涌保護器，電壓保護水平≤2kV，在數(shù)據(jù)中心配電箱需配置二類或復合波實驗的三類浪涌保護器，電壓保護水平≤1.2kV，標稱放電電流In值應(yīng)根據(jù)電子信息系統(tǒng)的雷電保護等級進行選擇[5‐6]。

2.5 雷電反擊防范

雷電反擊指遭受直擊雷的金屬體（包括接閃器、接地引下線和接地體），在接閃瞬間與周圍與它們連接的金屬物體、設(shè)備、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的電位差，發(fā)生放電的現(xiàn)象。

數(shù)據(jù)中心通常采用聯(lián)合接地系統(tǒng)，等電位連接后，當局部電位提升時，可有效降低各房間、設(shè)備等的電位差，防止機房內(nèi)設(shè)備受損。因此，對進入建筑物的金屬管線，如金屬管、電源線、信號線等，應(yīng)就近連接到地網(wǎng)的等電位端子排上，可有效防止雷電反擊現(xiàn)象的發(fā)生。

實際項目可能因建筑物接地電阻無法達標、規(guī)定必須采用獨立接地裝置等問題。而采用兩套獨立接地裝置，例如電子設(shè)備接地系統(tǒng)與防雷接地系統(tǒng)分開設(shè)置，此時，兩接地系統(tǒng)的安全距離不宜小于20m。當兩地網(wǎng)之間的距離小于該安全距離時，則需在兩地網(wǎng)間用等電位連接器進行可靠連接。等電位連接器正常工作狀態(tài)下兩接地網(wǎng)不導通，當一個接地系統(tǒng)遭受雷擊，電壓上升至等電位連接器導通電壓時，等電位連接器導通，消除電網(wǎng)間電位差，防止雷電反擊現(xiàn)象的發(fā)生。

3 結(jié)語

綜上，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)安全牽涉面很廣，而防雷接地系統(tǒng)作為其中一個重要的環(huán)節(jié)，起著舉足輕重的作用。為保證數(shù)據(jù)中心的防雷性能，應(yīng)在數(shù)據(jù)中心選址、數(shù)據(jù)中心防雷接地系統(tǒng)、直擊雷防范、感應(yīng)雷防范及雷電反擊防范等方面做好工作，才能確保防雷接地系統(tǒng)符合新時代數(shù)據(jù)中心的要求，保證數(shù)據(jù)中心承擔起數(shù)據(jù)安全保障的任務(wù)。