弱電系統UPS電源防雷

網(wǎng)絡(luò )數據中心機房，安全監控系統機房等都配備了UPS電源。當雷電來(lái)臨時(shí)，UPS電源能否在正常運行的同時(shí)又可確保其所處系統的防雷安全。本文基于UPS電源的基本工作原理及其特點(diǎn)，對雷電對UPS電源的侵害進(jìn)行分析，并提出UPS電源系統的雷電防護措施。

一、UPS電源概述

1、UPS電源的基本工作原理

UPS電源的主要工作過(guò)程是濾波—整流—逆變，另外還包括像充電器及蓄電池、鎖相同步網(wǎng)絡(luò )、交流旁路供電通道、微處理器、通信接口等一些輔助工作的單元。

2、UPS的類(lèi)型及其特點(diǎn)

從主電路結構和不間斷供電的運行機制來(lái)看，目前技術(shù)成熟并已形成產(chǎn)品的各種UPS主要有3大類(lèi)：（1）后備式UPS；后備式UPS的特點(diǎn)是轉換效率高，當市電供電正常時(shí)，逆變器處于停止工作狀態(tài)，負載上得到的是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)易穩壓處理的市電，只有在市電供電不正常時(shí)，逆變器啟動(dòng)，向負載供電。其噪聲低、價(jià)格比較低廉。（2）在線(xiàn)互動(dòng)式UPS；在線(xiàn)互動(dòng)式產(chǎn)品屬UPS的中間型產(chǎn)品，具有穩壓精密、運行穩定、智能化和安全保護等特點(diǎn)。因此它既具有后備式轉換率高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，又具有在線(xiàn)式供電質(zhì)量高、轉換時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，且價(jià)格適中。（3）在線(xiàn)式UPS（又可分為：雙變換在線(xiàn)式UPS和雙向變換串并聯(lián)補償在線(xiàn)式UPS兩種）；在線(xiàn)式UPS的特點(diǎn)是在正常情況下無(wú)論有無(wú)市電，它總是由UPS的逆變器對負載供電，這樣就避免了所有由市電電網(wǎng)電壓波動(dòng)及*帶來(lái)的影響，真正實(shí)現了對負載的無(wú)*、穩壓、穩頻供電，且在由市電供電轉換到蓄電池供電時(shí)，無(wú)轉換時(shí)間。因此，其供電輸出的電源品質(zhì)高，保護性能最好，但是結構復雜，成本相對較高。

當今的UPS已在大量引進(jìn)微處理器監控技術(shù)的基礎上發(fā)展成為一種智能化UPS.同時(shí)，為更好地適應網(wǎng)絡(luò )環(huán)境的要求，UPS的智能網(wǎng)絡(luò )功能正向以簡(jiǎn)單網(wǎng)路管理協(xié)議為標準的廣域管理結構發(fā)展。這樣，微電子設備在UPS上的應用愈來(lái)愈廣泛。

UPS是強電與弱電相結合的精密電子設備，其構成中除大功率的電力元件外，還包括CPU板、邏輯控制板、整流器控制板、逆變器控制板等微電子控制部件。UPS微電子控制部件的主要元器件是各種集成電路（IC），而IC對電磁環(huán)境的要求較高，當IC處于幅度為0.3GS（高斯）的電磁脈沖環(huán)境下，會(huì )使機器發(fā)生誤動(dòng)作，電磁脈沖幅度為0.75GS時(shí)，IC元件會(huì )出現假性損壞，幅度為2.4GS時(shí)，IC元件將出現不可逆永久性損壞。對于微電子設備來(lái)講，危害最大的是雷電電磁脈沖，它無(wú)孔不入，隱含殺機。

二、UPS電源不能阻擋雷電流的侵害的原因

1、UPS安裝在重要設備的前端，所以當雷電直擊到低壓電源線(xiàn)或在電纜上產(chǎn)生感應雷電時(shí)，電源導線(xiàn)上的過(guò)電流過(guò)電壓經(jīng)過(guò)配電系統，首先沖擊UPS，而UPS穩壓范圍一般單相在160~260V，三相在320V~460V之間。要防止瞬間10~20kV的雷電沖擊波的過(guò)電壓幅值是不可能的，因此當雷擊來(lái)臨時(shí)，它最先受到雷電流的沖擊。

2、內部安裝有防雷器件的UPS分為兩種類(lèi)型：1）裝有不合標準的防雷器件的UPS.這類(lèi)是生產(chǎn)廠(chǎng)家為了節省成本，只是象征性地裝一組小功率的金屬氧化鋅壓敏電阻MOV，只能對很小的感應雷電有一定的防護作用。2）部分進(jìn)口UPS及國內著(zhù)名UPS廠(chǎng)生產(chǎn)的UPS，是根據國際IEC801-5的標準（抑制吸收電源供電線(xiàn)路輸入端的雷電電壓及電流的強浪涌，其沖擊電流為20kA，沖擊電壓為6kV，波形為8/20μs），安裝有標準的防雷器件。而這一類(lèi)UPS是否能完好的保護UPS本身，并達到保護其它后續電源及設備免遭雷電侵害的目的，經(jīng)長(cháng)期的監測的統計資料表明，直擊雷在一般低壓架空線(xiàn)路產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值高達100kV，電信線(xiàn)路高達40~60kV.感應雷電過(guò)電壓幅值在無(wú)屏蔽架空線(xiàn)上最高幅值達到20kV，無(wú)屏蔽地下電纜可達10kV，由此可知，即使裝有標準防雷器件的UPS，在其電源線(xiàn)路前端（配電室、房、柜及箱）沒(méi)有加裝有效的高能量防雷器件，這類(lèi)UPS同樣會(huì )遭到雷擊損壞。

3、智能化的UPS中，信號接口或遠程控制用通信線(xiàn)接口，有的沒(méi)有裝浪涌電路，有的僅裝有小功率的浪涌抑制電路，均無(wú)法防止感應雷擊，因此其信號或通信線(xiàn)接口也成為雷電波侵入的主要渠道。

綜上分析，沒(méi)有安裝防雷器件的UPS，可以說(shuō)是沒(méi)有防雷功能，只能對市電網(wǎng)過(guò)電壓或很小的雜散電流起到電源凈化和保護的作用。當雷擊來(lái)臨時(shí)，它本身首先被擊壞；內裝防雷器件的UPS，也不能完善地保護其自身，并達到保護其它設備的電源免遭雷電侵害；從架空電源線(xiàn)和信號線(xiàn)上侵入的直擊雷過(guò)電壓和感應雷過(guò)電壓，是造成智能型UPS損害的主要原因。因此，加強對UPS電源的雷電防護措施是十分必要的，同時(shí)也具有重要的現實(shí)意義

三、UPS電源的雷電防護

直擊雷、感應雷和雷電電磁脈沖等都有可能對UPS電源造成損害，因此要做好UPS的防雷就必須嚴格遵守《建筑物電子信息系統防雷技術(shù)規范》綜合防雷系統的要求，做好以下幾點(diǎn)：

1、要將外部防雷措施和內部防雷措施統籌兼顧，全面規劃，切實(shí)做好接地和等電位連接。完善設備所在建筑物外部防雷系統，按照國標《建筑物防雷設計規范》（GB50057-94（2000年版）），安裝接閃器，引下線(xiàn)以及防雷接地網(wǎng)等設施。做好機房接地，根據國標《電子計算機房設計規范》（GB50174-1993），交流工作地、直流工作地、安全保護地、防雷接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值要求確定；如果必須分設接地，則必須于兩地之間加裝等電位共地聯(lián)結器。

2、要采取多級防護措施。所謂多級防護就是按照電磁兼容的原理，分層次地對雷電流進(jìn)行削弱，在動(dòng)力線(xiàn)進(jìn)戶(hù)配電柜、樓層配電柜以及機房進(jìn)戶(hù)配電盒，安裝適配的避雷器。對于有信號或通信接口的UPS，為防止雷電波從信號或通信線(xiàn)引入，必須在信號或通信線(xiàn)接口處加裝相應的信號避雷器。雷電防護的中心內容是泄放和均衡，泄放將雷電流盡可能多的、盡可能遠的是泄放于地，而拒之于通信系統之外。均衡是減小雷電流在諸導電物體上產(chǎn)生的電位差，防止雷電流的反擊。

3、UPS電源的安裝位置要講究。依據國際電工委員會(huì )ICE1312一1（（雷電電磁脈沖的防護》的建筑物分區方法，UPS電源機房屬LPZ1區，在本區內的物體不可能遭受直接雷擊，在本區內的電磁場(chǎng)有可能衰減。就是UPS電源應安裝在LPZ1區內，同時(shí)，為防范雷電流產(chǎn)生的強電磁場(chǎng)*，UPS電源放置離墻應有一定的距離，與外墻立柱鋼筋引下線(xiàn)的距離≥0.83m，即設備處在雷電流磁場(chǎng)的安全區內。并把機器外殼屏蔽接地，機柜門(mén)用導線(xiàn)與地加強連接，機柜內成為L(cháng)PZ2區。

避雷器應選用質(zhì)量可靠，性能優(yōu)良，并經(jīng)相關(guān)部門(mén)備案的產(chǎn)品。

1、選擇SPD，要滿(mǎn)足以下三條基本要求：1）安裝SPD之后，在無(wú)電涌發(fā)生時(shí)，SPD不應對電氣（電子）系統正常運行產(chǎn)生影響。2）安裝SPD之后，在有電涌發(fā)生的情況下，SPD能承受預期通過(guò)的雷電流而不損壞，并能箝制電涌電壓和分走電涌電流。3）在電涌電流通過(guò)后，SPD應迅速恢復高阻狀態(tài)，切斷工頻續流。

2、一般，將SPD安裝在被保護設備以及UPS前端，SPD所有連接導線(xiàn)應盡可能短，特別是接地線(xiàn)，其長(cháng)度不宜大于0.5m.所有連線(xiàn)應規整，平直，線(xiàn)徑應符合表4-1的要求