长光电源公司数据中心防雷知识及接地方法

1.雷电的产生
　　
CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司　　人们通常把发生闪电的云称为雷雨云,其实有几种云都与闪电有关,如层积云、雨层云、积云、积雨云，最重要的则是积雨云，一般专业书中讲的雷雨云就是指积雨云。
　　
　　云的形成过程是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。使空气中水汽达到饱和是形成云的一个必要条件,其主要方式有：(1)水汽含量不变，空气降温冷却;(2)温度不变，增加水汽含量;(3)既增加水汽含量，又降低温度。
　　
　　但对云的形成来说，降温过程是最主要的过程。而降温冷却过程中又以上升运动而引起的降温冷却作用最为普遍。积雨云就是一种在强烈垂直对流过程中形成的云。由于地面吸收太阳的辐射热量远大于空气层，所以白天地面温度升高较多，夏日这种升温更为明显，所以近地面的大气的温度由于热传导和热辐射也跟着升高，气体温度升高必然膨胀，密度减小，压强也随着降低，根据力学原理它就要上升，上方的空气层密度相对说来就较大，就要下沉。热气流在上升过程中膨CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司胀降压，同时与高空低温空气进行热交换，于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴，就形成了云。在强对流过程中，云中的雾滴进一步降温，变成过冷水滴、冰晶或雪花,并随高度逐渐增多。在冻结高度(-10摄氏度)，由于过冷水大量冻结而释放潜热，使云顶突然向上发展，达到对流层顶附近后向水平方向铺展，形成云砧，是积雨云的显著特征。
　　
　　积雨云形成过程中，在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的“闪电”。
　　
　　雷电以其巨大的破坏力给人类、社会带来了惨重的灾难，尤其是近几年来，雷电灾害频繁发生，对国民经济造成的危害日趋严重。我们应当加强防雷意识，与气象部门积极合作，做好预防工作，将雷害损失降到最低限度。
　　
　　2.雷电的破坏
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　　雷电的破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差达到一定程度(25—30kV/cm)时，所发生的猛烈放电现象。
　　
　　通常雷击有三种形式，直击雷、感应雷、球形雷。
　　
　　直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。避雷针等装置可将“直击雷”产生的高电压、强电流迅速引入大地，消除雷击的影响，从而起到保护设施的作用。
　　
　　感应雷是当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，地面某些范围由于散流电阻大，出现局部高电压，或在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压而发生闪击现象的二次雷。虽然在避雷针的保护CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司范围内，物体可免遭直接雷击，但“感应雷”可在电力、通信、网络、卫星天线及有线电视等线缆上产生高压感应和电流“浪涌”，并通过导线引入配电间、机房、办公室和住宅等，使电源、通讯及电子设备不可避免地受到损害。因此，防止这些现代社会的雷害显得十分紧迫和必要。
　　
　　3.电涌的来源
　　
　　电涌可来自电气装置外部,也可来自电气装置内部,即来自电气装置内的电器设备。
　　
　　来自外部的电涌：这种电涌由雷电或公用电网开关的投切引起，这两类有害的电源扰动都可扰乱计算机和微机信息处理系统的工作，引起停工或永久性设备损坏。
　　
　　CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司当云层上有电荷储蓄，云层下表面产生极性相反的等量电荷时，将引起雷电放电。其后的情况就像一个大电池组或一个大电容器的放电那样，云层和地面间的电荷电位高达若干百万伏。发生雷击时以若干千安设计的电流通过雷击放电，经过所有设备和大地返回云层，从而完成电的通路。不幸的是这个雷电通路常常取道重要或贵重的设备。电涌防护的关键概念是给雷电感应电流提供一个通向大地的短捷有效的通路。这样雷电涌流将从设备外分流。所示为设备处雷电流减少的情况。大的雷击电流值常被例举应用，其实它发生的可能性很小。
　　
　　来自内部的电涌：来自内部的电涌是经常发生的，诸如来自空调机、空压机、电弧焊机、电泵、电梯、开关电源和其它一些感性负荷的电涌。例如一台20hp的感应电动机(线电压230V，4级，Y结线)在最大转矩时每相具有约39J的储存能量,当其标称方根值电流被截断时，它将产生瞬态过电压。它经常发生，和它自同一配电箱供电的其它负荷将因此易受损坏或工作失常。

CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司本文价格估算的主要假设如下：200kVA左右容量塔式UPS价格为A，200-400kVA(不含400kVA)单价与200kVA一致，400kVA-800kVA塔式UPS单价为200kVA的90%，模块化价格在塔式的基础上上浮30%。

　　同等基本容量下投资对比

　　并联冗余系统是Tier2及Tier3等级数据中心对UPS系统的要求，其实质是消除UPS功率部分的单点故障。针对此类场景，塔式UPS系统一般采用N+1并机的方式，而模块化UPS可采用功率模块N+X冗余。功率模块N+X冗余通过配置不同的数目的冗余功率模块，可达到极高可靠性。一般情况下，采用每5个功率模块冗余1个模块的配置方式。根据需求模块化UPS也可采用机架冗余的方式。因为对于备电时间相同的同容量系统，无论是模块化还是塔式UPS，配电与电池投入基本相当，不再包含在比较范围内。表 1对最常用的200kVA、400kVA和500kVA基本容量需求时在模块化UPS模块冗余、机架冗余及塔式UPS冗余三种方案下的投资对比。

CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司　　表 1 不同配置方案投资对比

　　由表1可知，模块化UPS可通过N+X配置大幅节约投资，而模块化机架冗余方案投资较高，主要来源于单价的差异。对于2N系统，模块化UPS同样因单价比塔式高30%，主机费用也会相应高出30%。2(N+X)配置时的分析等同于并机冗余系统，取决于模块化UPS的配置。

　CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司　但需要注意的是，虽然模块化UPS机架冗余方案初期投资相比塔式UPS略高，但在10年的生命周期内其TCO远低于塔式UPS，主要有以下几个方面的原因：

　　模块化UPS一般具备更高的输出功率因数，满足同样的负载需求，实际基本容量需求可能会略小于塔式机;

　　塔式机的一体化设计造成运输及安装困难，工程成本提高;

　　塔式机运行效率一般比模块化UPS低2%，假定300kW负载，塔式、模块化机架冗余和模块化UPS模块冗余运行效率分别为93%、95%和96%，空调COP为3，UPS系统容量为500kVA，假设A为20万元，那么三种配置的TCO(仅考虑初期投资与电费)如图 1所示。由图 1可见，即使采用模块化UPS机架1+1冗余方案，在3.5年内节约的电费收益即可与初期多投资的成本持平，之后则模块化TCO低于塔式机;在不考虑能源成本增长的条件下，10年的生命周期内模块化机架冗余方案可节约约50万元;如果使用模块化UPS模块冗余方案，则可节约130万元以上。

CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司　　图 1 不同配置下TCO增长曲线

CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司　　模块化UPS带来额外的可用性优势可减少服务费用并大幅降低业务中断风险。热插拔设计使维护扩容非常简单，在有备件的情况下10分钟运维人员即可通过更换故障单元快速消除故障，而塔式UPS故障则需要原厂处理，下电维护，故障恢复周期长，使业务断电的潜在风险大大增加。

　　考虑扩容时模块化与塔式UPS投资对比

　　1) 模块化UPS可更精确地实现“按需投资”

　　因为扩容带来的潜在风险，塔式UPS难以实现随负载增长而扩容的建设模式。对于传统塔式UPS，即使配电系统输入输出开关已配置，要实现扩容也必须购买原厂服务，且扩容过程操作复杂，易引入断电风险，所以在可能的情况下，用户需要尽量避免扩容操作，而是考虑未来数年的扩容需求，并依据未来满负荷状态规划UPS系统容量。

CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司　　而模块化UPS以其在线扩容的特性可轻松实现边成长边投资。模块化UPS客户只需将机架容量配置到位，当负载增长时，客户自主添加模块并在操作屏幕上进行简单操作即可完成扩容。此外，模块化UPS单模块颗粒度相比传统塔式UPS更小，从而可根据负载需求，更精确地匹配负载容量，实现完全的按需投资，达到最佳的经济性。

　　因扩容性难易不同，对于塔式UPS系统来说，最适合的建设方式是UPS按最终负载容量购置。而模块化UPS系统来说，最合适的建设方式是配电按最终容量购置，而UPS边成长边扩容。

　　2) 配电应按最终需求容量配置”

CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司　　出于成本与后期扩容难易程度两个因素的考虑，UPS输入输出配电应按最终容量需求配置。在扩容为计划扩容时，UPS配电系统的ATS、防雷器、总输入空开、总输出空开、输入、输出母线均应按最终容量配置，测量、显示仪表及机架等造价相对较低，那么实际上按最终需求配置和不按最终需求配置的差别只是主路空开、旁路空开和输出空开三个空开，其价值相比与整个机房投资比例非常小，按最终容量配置并不会导致机房投资大幅增加，反之，扩容时新加入UPS的从输入母线引电与并联会大幅增加工作量和施工难度，因此UPS输入输出配电系统应按UPS最终配置预留好扩容接口。下文的分析均基于配电已按最终容量需求配置这一假设。

　CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司　3) 不同配置下UPS系统初期投资对比

　　如上所述，塔式UPS系统建设的最优策略是“一步到位”，按终期容量需求配置UPS。在实际应用中，考虑初期投资或未来需求难以评估时，也有采用分期投入方式。下文以如下需求为例，对不同建设方式的投资进行分析：假设最初负载基本容量为200kVA，后续负载基本容量将扩展为400kVA，电池备电15min。电池系统投资按为1+1系统主机投资的2/3估算。具体见表2、表3与表4。CGB蓄电池，长光蓄电池，武汉长光电源有限公司