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如何做好UPS电源防雷保护措施工作

发布时间:2015-09-15 作(zuo)者:本站(zhan)编辑浏览次数:

    UPS电源被广泛用于为计算机系统及其它信息系统提供可靠安全的供电电源。而UPS是强电与弱电相结合的精密电子设备,其构成中除大功率的电力元件外,还包括CPU板、逻辑控制板、整流器控制板、逆变器控制板等微电子控制部件。UPS微电子控制部件的主要元器件是各种集成电路(IC),而IC对电磁环境的要求较高,当IC处于幅度为0.3GS(高斯)的电磁脉冲环境下,会使机器发生误动作,电磁脉冲幅度为0.75GS时,IC元件会出现假性损坏,幅度为2.4GS时,IC元件将出现不可逆永久性损坏。对于微电子设备来讲,危害最大的是雷电电磁脉冲,它无孔不入,隐含杀机。本文讨论了雷电对于UPS电源的危害,强调了UPS电源系统雷电防护的重要性并提出了防护措施。

  

    一、UPS电源(yuan)不能阻(zu)挡雷(lei)电流的(de)侵害(hai),原因(yin)有(you)以下三个(ge)方面(mian):

  

    1、UPS安装在(zai)重要(yao)设备的(de)前端(duan),所(suo)以当雷(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)(dian)直击到低压(ya)电(dian)(dian)(dian)源线或在(zai)电(dian)(dian)(dian)缆上产(chan)生感应雷(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)(dian)时,电(dian)(dian)(dian)源导线上的(de)过电(dian)(dian)(dian)流(liu)过电(dian)(dian)(dian)压(ya)经过配电(dian)(dian)(dian)系统,最先冲击UPS,而UPS稳压(ya)范围一般单相在(zai)160~260V,三相在(zai)320V~460V之间。要(yao)防止瞬(shun)间10~20kV的(de)雷(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)(dian)冲击波(bo)的(de)过电(dian)(dian)(dian)压(ya)幅值是不可能的(de),因(yin)此当雷(lei)(lei)(lei)击来(lai)临时,它最先受到雷(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)(dian)流(liu)的(de)冲击。

  

    2、内部安装有(you)防雷(lei)器件的UPS分为两种类型:


    1)装有(you)不合(he)标准(zhun)的(de)防(fang)雷器(qi)件的(de)UPS。这类是生产(chan)厂家为了(le)节省成本,只是象征性(xing)地装一组小功(gong)率(lv)的(de)金属氧化锌(xin)压(ya)敏电阻MOV,只能对很小的(de)感(gan)应雷电有(you)一定的(de)防(fang)护作用。


     2)部分进(jin)口UPS及(ji)国内部分UPS,是根(gen)据国际(ji)IEC801-5的(de)(de)(de)(de)标(biao)准(抑制吸收电(dian)源供电(dian)线(xian)路(lu)输(shu)入端(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)雷(lei)(lei)(lei)电(dian)电(dian)压(ya)及(ji)电(dian)流的(de)(de)(de)(de)强浪(lang)涌,其冲击(ji)电(dian)流为(wei)20kA,冲击(ji)电(dian)压(ya)为(wei)6kV,波形为(wei)8/20μs),安(an)装(zhuang)有(you)(you)标(biao)准的(de)(de)(de)(de)防(fang)雷(lei)(lei)(lei)器件(jian)(jian)。而(er)这一类的(de)(de)(de)(de)UPS能否完好的(de)(de)(de)(de)保(bao)(bao)护(hu)UPS自(zi)身的(de)(de)(de)(de)安(an)全,并达到保(bao)(bao)护(hu)其它(ta)后续电(dian)源及(ji)设备免遭(zao)雷(lei)(lei)(lei)电(dian)侵(qin)害的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de),经长期(qi)的(de)(de)(de)(de)监(jian)测的(de)(de)(de)(de)统计(ji)资料(liao)表明,直击(ji)雷(lei)(lei)(lei)在一般低(di)压(ya)架空线(xian)路(lu)产生的(de)(de)(de)(de)过电(dian)压(ya)幅(fu)值高达100kV,电(dian)信线(xian)路(lu)高达40~60kV。感(gan)应雷(lei)(lei)(lei)电(dian)过电(dian)压(ya)幅(fu)值在无屏蔽架空线(xian)上最高幅(fu)值达到20kV,无屏蔽地下(xia)电(dian)缆(lan)可达10kV,由此(ci)可见(jian),即使装(zhuang)有(you)(you)标(biao)准防(fang)雷(lei)(lei)(lei)器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)UPS,在其电(dian)源线(xian)路(lu)前(qian)端(duan)(duan)(配电(dian)室、房、柜及(ji)箱)没有(you)(you)加装(zhuang)有(you)(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)高能量防(fang)雷(lei)(lei)(lei)器件(jian)(jian),这类UPS同样会遭(zao)到雷(lei)(lei)(lei)击(ji)损坏。

  

    3、智能(neng)化(hua)的(de)UPS本身含(han)有大(da)量的(de)集成电(dian)路(lu)(lu)。而(er)且越来越多的(de)UPS带(dai)有智能(neng)管理(li)系(xi)统,信(xin)(xin)号线(xian)也成为雷(lei)电(dian)电(dian)磁脉冲侵(qin)入的(de)通道。信(xin)(xin)号接口(kou)(kou)或(huo)远程(cheng)控制用通信(xin)(xin)线(xian)接口(kou)(kou),有的(de)没有装浪(lang)(lang)涌电(dian)路(lu)(lu),有的(de)仅装有小功率的(de)浪(lang)(lang)涌抑制电(dian)路(lu)(lu),均(jun)无法防止感应雷(lei)击,因此(ci)其(qi)信(xin)(xin)号或(huo)通信(xin)(xin)线(xian)接口(kou)(kou)也成为雷(lei)电(dian)波侵(qin)入的(de)主要渠道。关于UPS电(dian)源遭受雷(lei)电(dian)侵(qin)害(hai)的(de)案例屡见不鲜,特别是在雷(lei)暴日比较多的(de)雷(lei)击区。

  

    综上分(fen)析,未安装防(fang)(fang)雷(lei)(lei)(lei)器(qi)(qi)件的(de)UPS是不(bu)具备防(fang)(fang)雷(lei)(lei)(lei)功(gong)能,只(zhi)能对(dui)市电(dian)(dian)(dian)网过(guo)电(dian)(dian)(dian)压或(huo)很小的(de)杂散电(dian)(dian)(dian)流起到电(dian)(dian)(dian)源(yuan)净化(hua)和保(bao)护的(de)作用。当(dang)雷(lei)(lei)(lei)击来临时,它本身首先被击坏;内装防(fang)(fang)雷(lei)(lei)(lei)器(qi)(qi)件的(de)UPS,也不(bu)可能完善地保(bao)护其(qi)自身,并达到保(bao)护其(qi)它设(she)备的(de)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)免遭雷(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)(dian)侵害(hai);从(cong)架空电(dian)(dian)(dian)源(yuan)线(xian)和信号线(xian)上侵入的(de)直击雷(lei)(lei)(lei)过(guo)电(dian)(dian)(dian)压和感应雷(lei)(lei)(lei)过(guo)电(dian)(dian)(dian)压,是造成智能型UPS损害(hai)的(de)主要(yao)原因。因此(ci),加强对(dui)UPS电(dian)(dian)(dian)源(yuan)的(de)雷(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)(dian)防(fang)(fang)护措(cuo)施是十分(fen)必(bi)要(yao)的(de),同(tong)时也具有重(zhong)要(yao)的(de)现(xian)实(shi)意(yi)义。

  

    二、UPS电(dian)源的雷电(dian)防护  

  

    直(zhi)击雷(lei)(lei)(lei)、感应雷(lei)(lei)(lei)和雷(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)电(dian)(dian)磁脉冲等都有可能对UPS电(dian)(dian)源造成损(sun)害,因此要(yao)做好(hao)UPS的防(fang)(fang)雷(lei)(lei)(lei)就必须严格遵(zun)守《建筑物电(dian)(dian)子信息系(xi)(xi)统防(fang)(fang)雷(lei)(lei)(lei)技术规范》综(zong)合防(fang)(fang)雷(lei)(lei)(lei)系(xi)(xi)统的要(yao)求,做好(hao)以(yi)下几点:

  

    1、要将外部防(fang)雷(lei)(lei)措施(shi)和内部防(fang)雷(lei)(lei)措施(shi)统筹兼(jian)顾,全面规划,切实(shi)做好接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)(di)和等电位连接(jie)(jie)。完善设备所(suo)在建筑物外部防(fang)雷(lei)(lei)系统,按照(zhao)国标《建筑物防(fang)雷(lei)(lei)设计(ji)规范》(GB50057-94(2000年版(ban))),安(an)装接(jie)(jie)闪(shan)器,引下线(xian)以及防(fang)雷(lei)(lei)接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)(di)网(wang)等设施(shi)。做好机(ji)房接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)(di),根(gen)据国标《电子计(ji)算机(ji)房设计(ji)规范》(GB50174-1993),交(jiao)流工(gong)作地(di)(di)(di)(di)(di)、直流工(gong)作地(di)(di)(di)(di)(di)、安(an)全保护地(di)(di)(di)(di)(di)、防(fang)雷(lei)(lei)接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)(di)宜共用一(yi)组接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)(di)装置(zhi),其(qi)(qi)接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)(di)电阻按其(qi)(qi)中最小值要求确定(ding);如(ru)果必须分(fen)设接(jie)(jie)地(di)(di)(di)(di)(di),则必须于两(liang)地(di)(di)(di)(di)(di)之间加装等电位共地(di)(di)(di)(di)(di)联结器。

  

    2、要采取多(duo)(duo)级防(fang)护(hu)措施。所谓多(duo)(duo)级防(fang)护(hu)就是(shi)按(an)照电(dian)(dian)磁兼容的原理(li),分层(ceng)(ceng)次地对(dui)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)流(liu)进(jin)(jin)行削弱(ruo),在动力线(xian)进(jin)(jin)户(hu)配(pei)电(dian)(dian)柜(ju)、楼层(ceng)(ceng)配(pei)电(dian)(dian)柜(ju)以及(ji)机房进(jin)(jin)户(hu)配(pei)电(dian)(dian)盒(he),安装适(shi)配(pei)的避雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)器。对(dui)于有信(xin)(xin)号或通信(xin)(xin)接口的UPS,为(wei)防(fang)止(zhi)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)波从信(xin)(xin)号或通信(xin)(xin)线(xian)引入,必(bi)须在信(xin)(xin)号或通信(xin)(xin)线(xian)接口处加装相应的信(xin)(xin)号避雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)器。雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)防(fang)护(hu)的中(zhong)心(xin)内容是(shi)泄放和(he)均衡(heng),泄放将雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)流(liu)尽可(ke)能(neng)多(duo)(duo)的、尽可(ke)能(neng)远的是(shi)泄放于地,而拒之于通信(xin)(xin)系(xi)统之外(wai)。均衡(heng)是(shi)减小(xiao)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)流(liu)在诸(zhu)导(dao)电(dian)(dian)物体上产生的电(dian)(dian)位差,防(fang)止(zhi)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)电(dian)(dian)流(liu)的反击。

  

    3、UPS电(dian)(dian)源的安装(zhuang)位(wei)置要讲究。依(yi)据国际电(dian)(dian)工委员会ICE1312一(yi)(yi)1((雷电(dian)(dian)电(dian)(dian)磁脉冲(chong)的防护(hu)》的建筑物分区(qu)方(fang)法,UPS电(dian)(dian)源机房属LPZ1区(qu),在本区(qu)内(nei)(nei)的物体不可(ke)能遭受直接(jie)雷击,在本区(qu)内(nei)(nei)的电(dian)(dian)磁场(chang)(chang)有可(ke)能衰减。就是UPS电(dian)(dian)源应(ying)安装(zhuang)在LPZ1区(qu)内(nei)(nei),同时,为(wei)(wei)防范(fan)雷电(dian)(dian)流(liu)产(chan)生的强(qiang)电(dian)(dian)磁场(chang)(chang)干扰(rao),UPS电(dian)(dian)源放(fang)置离(li)墙应(ying)有一(yi)(yi)定的距离(li),与外(wai)墙立(li)柱钢筋引下线的距离(li)≥0.83m,即设备处在雷电(dian)(dian)流(liu)磁场(chang)(chang)的安全(quan)区(qu)内(nei)(nei)。并把机器外(wai)壳屏蔽接(jie)地,机柜门(men)用导线与地加强(qiang)连接(jie),机柜内(nei)(nei)成为(wei)(wei)LPZ2区(qu)。

  

    4、避(bi)雷(lei)器(SPD)的选型与(yu)安装

  避雷(lei)器应选用质(zhi)量可靠,性能(neng)优良,并经相关部(bu)门备案的产品。

  

    1、选(xuan)择(ze)SPD,要(yao)满足(zu)以下三条基本要(yao)求:1)安装SPD之(zhi)后(hou),在无电(dian)(dian)涌(yong)发生时,SPD不(bu)(bu)应对电(dian)(dian)气(电(dian)(dian)子)系统正常运行产生影响(xiang)。2)安装SPD之(zhi)后(hou),在有电(dian)(dian)涌(yong)发生的情(qing)况下,SPD能承受预期通(tong)(tong)过的雷电(dian)(dian)流(liu)而不(bu)(bu)损坏(huai),并能箝制电(dian)(dian)涌(yong)电(dian)(dian)压和分走电(dian)(dian)涌(yong)电(dian)(dian)流(liu)。3)在电(dian)(dian)涌(yong)电(dian)(dian)流(liu)通(tong)(tong)过后(hou),SPD应迅速恢(hui)复高阻状态,切断工频续流(liu)。

  

    2、一(yi)般,将(jiang)SPD安(an)装在被保护设备以及(ji)UPS电源前端(duan),SPD所(suo)有连(lian)(lian)接(jie)导线(xian)应(ying)尽可能短,特(te)别是接(jie)地(di)线(xian),其(qi)长度(du)不(bu)宜大于0.5m。所(suo)有连(lian)(lian)线(xian)应(ying)规整,平直(zhi),线(xian)径应(ying)符合表4-1的要求:


保(bao)护级别

SPD的类(lei)型

导线截面(mm2)

SPD连接相线(xian)铜(tong)导线(xian)

SPD接地端(duan)连接铜导线(xian)

第一级

开关型或限压型

16

25

第二级(ji)

限(xian)压型

10

16

第三(san)级

限压型

6

10

第四级

限压型

4

6

注:混(hun)合型SPD参照相应(ying)保护级别的截面(mian)积选择(ze)

    随着UPS电源智能化程度的不断提高,UPS电源已不再单纯是一台电网断电后可以继续为负载供电的整机产品,而是一个局部的高度可靠,性能齐全、高智能化的供电中心,在对保证信息网络的数据安全和畅通发挥着非常重要的作用,因此做好UPS电源的雷电防护工作则具有重要的现实意义。