6.1.4 HPC集群机房防雷的具体措施

6.1.4 HPC集群机房防雷的具体措施

建筑物防雷的具体措施,一般涉及机房位置的设置、建筑物的防雷、SPD的选用等。

6.1.4.1 HPC集群机房位置的设置

一般而言,除了独立建设的信息系统机房外,大多数信息系统机房是随主体建筑而设置的。对于这种在建筑物主体内设置的机房而言,其所设置的位置、楼层等对于防雷安全来说是至关重要的。例如一栋100m高的建筑,从屋顶的接闪器通过防雷引下线到接地极的距离约为100m。这100m长的引下线,是有一定阻抗的。当要求接地电阻为1Ω时,并不是说仅在接地极处是1Ω,而是要将引下线的电阻一并考虑在内。通常,防雷接地的引下线是采用建筑柱子中的两根≥Φl6的主钢筋。这些钢筋作为雷电流的引下导体,具有一定的电阻。在数十千安乃至数百千安的大电流流过时,在其上各点位置上会有不同的电压降。这些电压对建筑内的信息系统机房会产生一定的危害,而且随着建筑高度的降低,其电阻值和电压降均会减小,相对而言,其产生危害的可能性也随之降低。因此,对于HPC集群机房位置,从防雷的角度希望设置的层数不要过高,也就是说,越低越好。

除此之外,关于HPC集群机房在建筑平面中所设置的位置,也需要重点考虑。由于在雷击时有很大的雷电流从引下线上流过,将会产生强大的瞬变磁场,强磁场对周围的导体(如钢筋混凝土中的钢筋、配电管线、建筑中的弱电管线等)产生感应,形成电流。这些雷电流、瞬变磁场、感应电流等将对设置在其附近的电子信息系统产生一定的影响或危害。对于此类影响,最有效的解决方式之一就是将HPC集群机房位置设置在建筑物的内区。但是,许多建筑的形式和平面布局已经限定了不可能将机房设置在内区。在这种情况下,可以考虑将机房内为信息系统供电的线路、插座以及信息系统数据出入口等的设置,离开建筑外墙,离开防雷引下线通过的柱子及其周围一定的距离。这样就降低了雷电流产生强大磁场而对HPC集群机房中设备因感应、耦合而造成的损坏。

6.1.4.2 建筑物的防雷

按照《建筑物防雷设计规范》(GB 50057-2010)的规定,关于信息系统防止雷击电磁脉冲的措施,首先要关注建筑物的防雷措施,这是外部防雷措施。一般建筑物的防雷措施主要是采用接闪器、引下线和接地装置。建筑高度超过45m的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物应采取防侧击的保护措施。接闪器采用避雷针、避雷带(网)或两者混合的方式,还宜利用建筑物的金属屋面作为接闪器,但应符合规范要求,不应采用装有放射性物质的接闪器。屋面上的突出物,如卫星和公用天线接收装置、节日彩灯航空障碍灯和屋面风冷机组等,应在防雷装置保护范围内。若按滚球法计算不在保护范围内时,应另设避雷针、避雷带加以保护,并与屋面防雷装置相连。引下线应优先利用建筑物钢筋混凝土柱或剪力墙中的主钢筋,还宜利用建筑物的消防梯钢柱、金属烟囱等作为引下线。当用钢筋混凝土柱中钢筋、钢柱作为自然引下线,并同时采用基础钢筋做接地装置时,不设断接卡,但应在室内外适当地点设若干与柱内钢筋相连的连接板,供测量、外接人工接地体和做等电位连接用。对砖混结构的建筑物,在外墙四周另设引下线,并在离地1.8m处装断接卡,其1.7m至地下0.3m一段应采取保护措施。接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时,应将地梁内钢筋连成环形接地装置;没有钢筋混凝土地梁时,可在建筑物周边内无钢筋的闭合条形混凝土基础内,用40×4的镀锌扁钢直接敷设在槽坑外沿,形成环形接地。

6.1.4.3 SPD的选用

HPC集群机房的电源是从建筑物内的变配电室引来的,在变配电室,首先要设置第一级SPD,一般是在低压侧主进开关附近装设。当从变配电室引出电源电缆至HPC集群机房时,全程经过了一定的距离,为了防止雷电电磁脉冲的影响,必须在机房电源柜(箱)的进线处设置第二级SPD。根据机房规模及距离第二级SPD的远近,有的在设备处还需要设置第三级SPD。鉴于HPC集群机房的重要性,建议SPD应选择全模式暂态电压浪涌保护,包括L-N、L-L、L-G(N-G依系统需要设置)。

当信息系统的数据传输线采用铜缆进出建筑物时,需要考虑设置SPD。值得指出的是,当进出建筑物的数据传输线采用光缆时,需要了解光缆是否带有金属外皮,一般光缆为了增强其抗拉强度而增加了金属外皮,在这种情况下,需要设置SPD。若无金属外皮,则可以不设置。信息传输用的天线和馈线,由于装设在屋顶或室外,对这些天馈线,需要设置SPD。

SPD的选用应使其能够承受预期通过的雷电流,这是从SPD本身安全以及系统安全考虑。SPD还应能限制线路的过电压,并且能熄灭雷电流通过后的工频续流。在选择SPD时,还应考虑SPD与被保护设备的保护配合。SPD的电压保护值应始终小于被保护设备的冲击耐受电压值,只有这样才能起到保护作用,否则容易造成SPD还未动作,而被保护设备却遭受损害。另外,装设多少级SPD应根据被保护对象,即被保护的信息系统设备的雷电电磁脉冲防护等级来确定。在对SPD进行连接时,应按要求使连线尽量短,一般不超过0.5m。

如果进线端SPD的电压保护水平与被保护设备的冲击耐受电压相比过高,则必须在设备处加装第二级SPD。

为对电子信息系统机房设备提供最佳的保护,使得被保护设备既能承受更强的电流又有较小的残余电压,通常应用SPD作为一级及二级保护。一级保护能承受高电压和大电流,并应能快速灭弧。二级保护用来减少系统端的残余电压,它应具有较高的斩波能力。两级SPD之间的最短距离为l0m。

当进线端的SPD与被保护电气设备之间的距离大于30m时,应在离被保护设备尽可能近的地方安装另一个SPD。反之,如果不增加一级保护,由于电缆距离较长,SPD上的残压加上电缆感应电压仍可能损坏设备,不能起到保护作用。