網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心機(jī)房,安全監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)房等都配備了UPS電源。當(dāng)雷電來(lái)臨時(shí),UPS電源能否在正常運(yùn)行的同時(shí)又可確保其所處系統(tǒng)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(duì)雷電對(duì)UPS電源的侵害進(jìn)行分析,并提出UPS電源系統(tǒng)的雷電防護(hù)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的類型及其特點(diǎn)
從主電路結(jié)構(gòu)和不間斷供電的運(yùn)行機(jī)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:(1)后備式UPS;后備式UPS的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高,當(dāng)市電供電正常時(shí),逆變器處于停止工作狀態(tài),負(fù)載上得到的是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)易穩(wěn)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(fù)載供電。其噪聲低、價(jià)格比較低廉。(2)在線互動(dòng)式UPS;在線互動(dòng)式產(chǎn)品屬UPS的中間型產(chǎn)品,具有穩(wěn)壓精密、運(yùn)行穩(wěn)定、智能化和安全保護(hù)等特點(diǎn)。因此它既具有后備式轉(zhuǎn)換率高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn),又具有在線式供電質(zhì)量高、轉(zhuǎn)換時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn),且價(jià)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(lián)補(bǔ)償在線式UPS兩種);在線式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(duì)負(fù)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(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無(wú)*、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電,且在由市電供電轉(zhuǎn)換到蓄電池供電時(shí),無(wú)轉(zhuǎn)換時(shí)間。因此,其供電輸出的電源品質(zhì)高,保護(hù)性能最好,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本相對(duì)較高。
當(dāng)今的UPS已在大量引進(jìn)微處理器監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展成為一種智能化UPS.同時(shí),為更好地適應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的廣域管理結(jié)構(gòu)發(fā)展。這樣,微電子設(shè)備在UPS上的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。
UPS是強(qiáng)電與弱電相結(jié)合的精密電子設(shè)備,其構(gòu)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(duì)電磁環(huán)境的要求較高,當(dāng)IC處于幅度為0.3GS(高斯)的電磁脈沖環(huán)境下,會(huì)使機(jī)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(xiàn)假性損壞,幅度為2.4GS時(shí),IC元件將出現(xiàn)不可逆永久性損壞。對(duì)于微電子設(shè)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(jī)。
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(shè)備的前端,所以當(dāng)雷電直擊到低壓電源線或在電纜上產(chǎn)生感應(yīng)雷電時(shí),電源導(dǎo)線上的過(guò)電流過(guò)電壓經(jīng)過(guò)配電系統(tǒng),首先沖擊UPS,而UPS穩(wěn)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(dāng)雷擊來(lái)臨時(shí),它最先受到雷電流的沖擊。
2、內(nèi)部安裝有防雷器件的UPS分為兩種類型:1)裝有不合標(biāo)準(zhǔn)的防雷器件的UPS.這類是生產(chǎn)廠家為了節(jié)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(duì)很小的感應(yīng)雷電有一定的防護(hù)作用。2)部分進(jìn)口UPS及國(guó)內(nèi)著名UPS廠生產(chǎn)的UPS,是根據(jù)國(guó)際IEC801-5的標(biāo)準(zhǔn)(抑制吸收電源供電線路輸入端的雷電電壓及電流的強(qiáng)浪涌,其沖擊電流為20kA,沖擊電壓為6kV,波形為8/20μs),安裝有標(biāo)準(zhǔn)的防雷器件。而這一類UPS是否能完好的保護(hù)UPS本身,并達(dá)到保護(hù)其它后續(xù)電源及設(shè)備免遭雷電侵害的目的,經(jīng)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)的統(tǒng)計(jì)資料表明,直擊雷在一般低壓架空線路產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值高達(dá)100kV,電信線路高達(dá)40~60kV.感應(yīng)雷電過(guò)電壓幅值在無(wú)屏蔽架空線上最高幅值達(dá)到20kV,無(wú)屏蔽地下電纜可達(dá)10kV,由此可知,即使裝有標(biāo)準(zhǔn)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(huì)遭到雷擊損壞。
3、智能化的UPS中,信號(hào)接口或遠(yuǎn)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(wú)法防止感應(yīng)雷擊,因此其信號(hào)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(shuō)是沒有防雷功能,只能對(duì)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(hù)的作用。當(dāng)雷擊來(lái)臨時(shí),它本身首先被擊壞;內(nèi)裝防雷器件的UPS,也不能完善地保護(hù)其自身,并達(dá)到保護(hù)其它設(shè)備的電源免遭雷電侵害;從架空電源線和信號(hào)線上侵入的直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓,是造成智能型UPS損害的主要原因。因此,加強(qiáng)對(duì)UPS電源的雷電防護(hù)措施是十分必要的,同時(shí)也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義
三、UPS電源的雷電防護(hù)
直擊雷、感應(yīng)雷和雷電電磁脈沖等都有可能對(duì)UPS電源造成損害,因此要做好UPS的防雷就必須嚴(yán)格遵守《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》綜合防雷系統(tǒng)的要求,做好以下幾點(diǎn):
1、要將外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施統(tǒng)籌兼顧,全面規(guī)劃,切實(shí)做好接地和等電位連接。完善設(shè)備所在建筑物外部防雷系統(tǒng),按照國(guó)標(biāo)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94(2000年版)),安裝接閃器,引下線以及防雷接地網(wǎng)等設(shè)施。做好機(jī)房接地,根據(jù)國(guó)標(biāo)《電子計(jì)算機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50174-1993),交流工作地、直流工作地、安全保護(hù)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(shè)接地,則必須于兩地之間加裝等電位共地聯(lián)結(jié)器。
2、要采取多級(jí)防護(hù)措施。所謂多級(jí)防護(hù)就是按照電磁兼容的原理,分層次地對(duì)雷電流進(jìn)行削弱,在動(dòng)力線進(jìn)戶配電柜、樓層配電柜以及機(jī)房進(jìn)戶配電盒,安裝適配的避雷器。對(duì)于有信號(hào)或通信接口的UPS,為防止雷電波從信號(hào)或通信線引入,必須在信號(hào)或通信線接口處加裝相應(yīng)的信號(hào)避雷器。雷電防護(hù)的中心內(nèi)容是泄放和均衡,泄放將雷電流盡可能多的、盡可能遠(yuǎn)的是泄放于地,而拒之于通信系統(tǒng)之外。均衡是減小雷電流在諸導(dǎo)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(jù)國(guó)際電工委員會(huì)ICE1312一1((雷電電磁脈沖的防護(hù)》的建筑物分區(qū)方法,UPS電源機(jī)房屬LPZ1區(qū),在本區(qū)內(nèi)的物體不可能遭受直接雷擊,在本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)有可能衰減。就是UPS電源應(yīng)安裝在LPZ1區(qū)內(nèi),同時(shí),為防范雷電流產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)*,UPS電源放置離墻應(yīng)有一定的距離,與外墻立柱鋼筋引下線的距離≥0.83m,即設(shè)備處在雷電流磁場(chǎng)的安全區(qū)內(nèi)。并把機(jī)器外殼屏蔽接地,機(jī)柜門用導(dǎo)線與地加強(qiáng)連接,機(jī)柜內(nèi)成為L(zhǎng)PZ2區(qū)。
避雷器應(yīng)選用質(zhì)量可靠,性能優(yōu)良,并經(jīng)相關(guān)部門備案的產(chǎn)品。
1、選擇SPD,要滿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(yīng)對(duì)電氣(電子)系統(tǒng)正常運(yùn)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(yù)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(yīng)迅速恢復(fù)高阻狀態(tài),切斷工頻續(xù)流。
2、一般,將SPD安裝在被保護(hù)設(shè)備以及UPS前端,SPD所有連接導(dǎo)線應(yīng)盡可能短,特別是接地線,其長(zhǎng)度不宜大于0.5m.所有連線應(yīng)規(guī)整,平直,線徑應(yīng)符合表4-1的要求
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