数据中心防雷SPD技术漫谈
雷电是大自然里一种普遍现象，在世界的任意角落都会有雷电天气出现，只不过数量不同而已。雷电对大地及地面物体的放电现象成为雷击，这种放电过程会产生强烈的闪电并伴随巨大的声音，对被击物体有严重的危害，会在物体的两端形成强烈的压差，如果是人则超过220V将对人体造成伤害，如果是电子设备，则会造成一些元器件的故障，防雷成为了各个技术领域都不能回避的问题。在数据中心里，过电压防护是安全运行的重要环节，一般都会在数据中心里增加防雷装置，但如果防雷装置质量不佳或配置不当，在过电压冲击下会导致防护装置失效，引起电源短路，导致设备故障，甚至引发火灾事故，所以选择合适的防雷装置亦非常关键，否则即使有防雷装置，也起不到防雷的效果。
SPD又叫浪涌保护器，是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”，它的作用是把串入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。SPD用于限制瞬态过电压和分泄电涌电流的部件，它至少含有一个非线性元件。按照其工作原理，SPD分为电压开关型、限压型和组合型三类。电压开关型SPD，无电涌出现时为高阻抗，当出现电压电涌时突变为低阻抗，通常采用放电间隙、充气放电管做电压开关型SPD的组件，具有不连续电压、电流的特性。限压型SPD。无电涌出现时为高阻抗，随着电涌电流和电压的增加，阻抗连续变小，通常采用压敏电阻做限压型SPD的组件，具有连续电压、电流的特性。组合型SPD，由电压开关型元件和限压型元件组合而成的SPD，其特性随所加电压特性可以表现为电压开关型、限压型或电压开关型和限压型。不管是哪种SPD，基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等，其目的都是限制瞬态的过电压，来达到保护被雷击的设备。
SPD技术甚至比数据中心出现的还早，在数据中心还没有出现之前，人们已经开始懂得如何防雷了，并且设计了一些SPD设备，所以SPD的技术发展过程已比较长，有很多明确的标准与规范。比如在IEC60364-4-43、YD5098-2005《通讯局(站)防雷与接地工程设计规范》、TB/T2311-2008铁路信号设备用浪涌保护器的规定、GB/T21431-2008《建筑物防雷装置检测技术规范》、GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》、GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》等规范都对SPD的技术要求有详细说明，一款合格的SPD产品必须要符合多重设计标准，之所以SPD技术一直在发展，也是因为雷电的成因和触发的危害都较为复杂，在雷击的情况下，SPD失效时，有时依然起不到保护电子设备的效果，这样SPD的技术也在不断地完善与发展，以便适应各种雷电场合，对不同的电子设备进行防护。
数据中心是大量电子设备集中的场所，对雷电更加敏感，所以做好数据中心的防雷工作是重中之重，这样不能简单地在供电入口放入一个SPD就以为万事大吉了，其实则不然。基于数据中心环境的重要性，可以专门对数据中心做一些特别的设计，以便达到很好的防雷效果。首先，数据中心里部署SPD时，可以考虑多级保护的方式。在机房建筑总配电处均安装了首级SPD，机房配电处安装二级或者三级SPD，在机房内部的UPS上甚至还可以安装四级SPD，这样通过多层防护达到保护电子设备不受雷电影响的目的。不同层级的SPD放电电流的标准大小不同，层层保护，最终将雷电产生的压差消除掉。其次，SPD接线方式也有讲究，有普通接线方式、凯文接线方式和SP+N型接线方式，SP+N型接线是近些年来被推荐的接线方式。在机房配电SPD两端引线产生的过电压会导致机房内设备受到损害，应尽量采用凯文接线方式连接SPD，可将SPD装于配电箱附近;在低压配电系统中采用3P+N型接线方式，采用正确的接线方式，是数据中心防雷设计和检测的关键。再次，要选择合适的SPD，不同型号的SPD防过压过流的阈值是不同的，要根据数据中心整体的电子设备的工作电压电流范围来确定，SPD范围过大，起不到防雷效果，SPD范围过小，又会因为SPD过早起作用而造成系统业务的中断，所以要选择合适的SPD。根据数据中心设备的设计标准，要求的正常电压电流波动范围，来选择SPD，这样选择的SPD即不会特别灵敏，也不会反映迟钝。最后，SPD在受到高(中)压系统的暂时过电压或频繁的操作过电压冲击下，常常出现击穿短路现象。SPD上的过电压作用时间远大于雷电电磁脉冲产生的过电作用时间，在过电压作用期间，电源线路中的工频电流会大量涌入SPD，造成SPD击穿、短路，如果SPD不能及时与电源线路分离，就会引燃着火，造成火灾事故。在这种情况下，SPD反之增加了安全隐患，没有很好起到防雷保护的效果。造成这类问题主要是使用的微断空开、熔断器、断路器等作用SPD的后备保护装置，与SPD配合上存在着局限性，导致在雷电过电压和内部过电压作用下配电系统起火，应该极力去避免这类事故的发生，是否SPD在数据中心防雷上反而起到了反作用，造成了更多严重的影响。
SPD技术是古老的防雷技术，在近几年得到一些发展，但是依然不能杜绝其自身原因引发的故障，也没有专门用于数据中心的SPD设备出现，对于数据中心要求很高的场合，针对其使用特点，设计一些专有的SPD，这样才能确保在受到雷击的情况下，依然保持数据中心设备稳定运行。
作者：何妍
来源：51CTO
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