雷電對UPS電源的危害及避雷器的選型
UPS電源、防雷：133 4371 3384（岑）
本文摘自河南梓清電氣設備有限公司 作者：駐馬店UPS電源廠家
UPS電源被廣泛用于為計算機系統及其它信息系統提供可靠安全的供電電源。本文通過對UPS電源工作原理及特性的分析，討論了雷電對于UPS電源的危害，強調了UPS電源系統雷電防護的重要性并提出了防護措施。
一、引言
計算機信息系統和其它信息系統在各行各業的應用越來越廣，越來越多的重要數據、文字和圖像要由信息系統來處理和存儲，而信息系統的電氣電子設備都離不開可靠的電源，如果在工作中突然停電，則會導致所存儲數據和程序的丟失或損壞，從而造成巨大的經濟損失。因此，可以提供高質量不間斷的交流電源的UPS（UninterruptiblePowerSystem），逐漸成為大型微電子關鍵設備的*設備。UPS電源被廣泛用于為通信系統，計算機信息網絡系統及電力電子設備等提供可靠安全的不間斷供電電源，比如象金融系統網絡數據中心機房，安全監控系統機房等都配備了UPS電源。當雷電來臨時，UPS電源能否在正常運行的同時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，對雷電對UPS電源的侵害進行分析，并提出UPS電源系統的雷電防護措施。
二、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、鎖相同步網絡、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的類型及其特點。從主電路結構和不間斷供電的運行機制來看，目前技術成熟并已形成產品的各種UPS主要有3大類：（1）后備式UPS；后備式UPS的特點是轉換效率高，當市電供電正常時，逆變器處于停止工作狀態，負載上得到的是經過簡易穩壓處理的市電，只有在市電供電不正常時，逆變器啟動，向負載供電。其噪聲低、價格比較低廉。（2）在線互動式UPS；在線互動式產品屬UPS的中間型產品，具有穩壓精密、運行穩定、智能化和安全保護等特點。因此它既具有后備式轉換率高、可靠性高的優點，又具有在線式供電質量高、轉換時間短的優點，且價格適中。（3）在線式UPS（又可分為：雙變換在線式UPS和雙向變換串并聯補償在線式UPS兩種）；在線式UPS的特點是在正常情況下無論有無市電，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電壓波動及干擾帶來的影響，真正實現了對負載的無干擾、穩壓、穩頻供電，且在由市電供電轉換到蓄電池供電時，無轉換時間。因此，其供電輸出的電源品質高，保護性能，但是結構復雜，成本相對較高。
當今的UPS已在大量引進微處理器監控技術的基礎上發展成為一種智能化UPS。同時，為更好地適應網絡環境的要求，UPS的智能網絡功能正向以簡單網路管理協議為標準的廣域管理結構發展。這樣，微電子設備在UPS上的應用愈來愈廣泛。
三、雷電對UPS電源的危害
由2討論可知，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對電磁環境的要求較高，當IC處于幅度為0.3GS(高斯)的電磁脈沖環境下，會使機器發生誤動作，電磁脈沖幅度為0.75GS時，IC元件會出現假性損壞，幅度為2.4GS時，IC元件將出現不可逆*性損壞。對于微電子設備來講，危害zui大的是雷電電磁脈沖，它*，隱含殺機。
UPS電源不能阻擋雷電流的侵害，原因有以下三個方面：
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或在電纜上產生感應雷電時，電源導線上的過電流過電壓經過配電系統，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的雷電沖擊波的過電壓幅值是不可能的，因此當雷擊來臨時，它zui先受到雷電流的沖擊。
2、內部安裝有防雷器件的UPS分為兩種類型：1）裝有不合標準的防雷器件的UPS。這類是生產廠家為了節省成本，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）部分進口UPS及國內*UPS廠生產的UPS，是根據IEC801-5的標準（抑制吸收電源供電線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*的監測的統計資料表明，直擊雷在一般低壓架空線路產生的過電壓幅值高達100kV，電信線路高達40~60kV。感應雷電過電壓幅值在無屏蔽架空線上zui高幅值達到20kV，無屏蔽地下電纜可達10kV，由此可知，即使裝有標準防雷器件的UPS，在其電源線路前端（配電室、房、柜及箱）沒有加裝有效的高能量防雷器件，這類UPS同樣會遭到雷擊損壞。
3、智能化的UPS中，信號接口或遠程控制用通信線接口，有的沒有裝浪涌電路，有的僅裝有小功率的浪涌抑制電路，均無法防止感應雷擊，因此其信號或通信線接口也成為雷電波侵入的主要渠道。
綜上分析，沒有安裝防雷器件的UPS，可以說是沒有防雷功能，只能對市電網過電壓或很小的雜散電流起到電源凈化和保護的作用。當雷擊來臨時，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；從架空電源線和信號線上侵入的直擊雷過電壓和感應雷過電壓，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，同時也具有重要的現實意義。
四.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規范》綜合防雷系統的要求，做好以下幾點：
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，引下線以及防雷接地網等設施。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zui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行削弱，在動力線進戶配電柜、樓層配電柜以及機房進戶配電盒，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引入，必須在信號或通信線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。均衡是減小雷電在諸導電物體上生的電位差，防止雷電流的反擊。
3、UPS電源的安裝位置要講究。依據電工委員會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，在本區內的電磁場有可能衰減。就是UPS電源應安裝在LPZ1區內，同時，為防范雷電生的強電磁場干擾，UPS電源放置離墻應有一定的距離，與外墻立柱鋼筋引下線的距離≥0.83m，即設備處在雷電流磁場的安全區內。并把機器外殼屏蔽接地，機柜門用導線與地加強連接，機柜內成為LPZ2區。
4、避雷器（SPD）的選型與安裝
避雷器應選用質量可靠，性能優良，并經相關部門備案的產品。
1、選擇SPD，要滿足以下三條基本要求：1）安裝SPD之后，在無電涌發生時，SPD不應對電氣（電子）系統正常運行產生影響。2）安裝SPD之后，在有電涌發生的情況下，SPD能承受預期通過的雷電流而不損壞，并能箝制電涌電壓和分走電涌電流。3）在電涌電流通過后，SPD應迅速恢復高阻狀態，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所有連接導線應盡可能短，特別是接地線，其長度不宜大于0.5m。所有連線應規整，平直，線徑應符合表4-1的要求：
保護級別
SPD的類型
導線截面（mm2）
SPD連接相線銅導線
SPD接地端連接銅導線
*級
開關型或限壓型
16
25
第二級
限壓型
10
16
第三級
限壓型
6
10
第四級
限壓型
4
6
注：混合型SPD參照相應保護級別的截面積選擇。
五、結語
隨著UPS電源智能化程度的不斷提高，UPS電源已不僅僅是一臺電網斷電后可以繼續為負載供電的整機產品，而是一個局部的高度可靠，性能齊全、高智能化的供電中心，對于保證信息網絡的數據安全和暢通有著非常重要的作用，做好UPS電源的雷電防護工作則具有重要的現實意義。
UPS電源系統的雷電防護，是一項技術性、專業性很強的工作，在相關部門和專業技術人員的指導下進行。要注意全面系統地考慮問題，接閃、屏蔽、接地、等電位、分區防雷等各項因素應綜合考慮。隨著UPS技術的不斷發展，必將對UPS電源系統的防雷提出更高的要求。
