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[电磁兼容]UPS电源系统雷电防护措施 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2023-07-05

关键词： UPS电源防雷雷电防护

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。本文通过对UPS电源工作原理及特性的分析，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。
　　1引言
　　目前高等院校校园网络日趋普及，肩负起了教学和科研的重要使命。为了保证校园网络系统的安全运行，对于供电系统提出了较高的要求。如一般的微机和服务器所允许的瞬态供电中断时间在8~10ms，如果超出该范围，就会造成微机进入自检误动作状态，造成数据丢失或程序损坏，电网引起的400V瞬态过电压就足以造成微机偶发性自动关机。因此，可以提供高质量不间断的交流电源的UPS,逐渐成为大型微电子关键设备的必备设备。我国一些重要的信息部门，局域网数据中心、控制中心等也都配备了UPS电源。UPS电源能够提供净化的、不间断的交流电，但是，UPS能够兼顾防雷吗？这是本文重点讨论的问题。
　　2UPS电源概述
　　2.1UPS电源的分类
　　目前，市场上的UPS电源按其工作方式主要可以分为3大类：在线式，(2)在线互动式，(3)后备式。其中在线式UPS的特点是具有独立的整流、逆变、充电、旁路和维修旁路系统，在工作过程中用户一直处于逆变器工作状态，所有的供电都是“再生的”，可获得高质量的纯净的正弦波电源，价格相对昂贵。后备式的特点是转换效率高，当市电供电正常时，逆变器不工作，负载上得到的是经过简易稳压处理的市电，只有在市电供应不正常时，逆变器启动，向负载供电，价格比较低廉，在重要应用场合一般不予选用。在线互动式产品属UPS的中间型产品，既具有后备式转换率高、可靠性高的优点，又具有在线式供电质量高、切换时间短的优点，且价格适中。近年来，UPS电源的智能化程度提高很快，大部分UPS电源具有微处理器，故障自检功能以及标准通信端口。
　　2.2UPS电源的基本工作原理
　　如下图所示，为一典型的小型在线式UPS电源的原理框图，UPS电源的主要工作过程是滤波整流逆变，另外还包括许多辅助的单元，如：充电器及蓄电池、微处理器、通信接口等。由于UPS电源是安装在设备与市电之间的，可以滤除电网中的电磁干扰，因此，给人造成一种假象，UPS电源可以阻挡包括雷电在内的所有的电磁脉冲的侵入，事实上并非如此。
　　3雷电对于UPS电源的危害
　　关于雷电对于微电子设备的危害早已为工程技术人员所熟悉。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。根据我们对有关事故的统计表明，70%以上的雷击事故是从电源线侵入的，而UPS电源不能阻挡雷电流的侵入。原因有3。
　　(1)从2中的讨论可知，UPS电源的市电输入端口是滤波单元，一般包括MEI滤波器与RFI滤波器，而根据雷电流的频谱特点，其90%以上的能量集中于1MHz以下，直流成分占60%以上。当雷电来临，UPS位于电源线路的最前端，首当其中受到攻击。
　　(2)现在不少UPS增加了避雷功能，其原理是在UPS的输入端增加一个MOV避雷模块，有些部分进口名牌UPS及几家国内著名UPS生产厂家在其UPS内部，根据国际IEC801-5的标准加装了避雷模块，抑制吸收电源供电线路输入端的雷电电压及电流的强浪涌，其冲击电流为20KA，冲击电压为6kV，波形为8/20。然而统计资料表明，直击雷电在一般低压架空线路产生的过压幅值高达100kV，电信线路高达40~60kV。感应雷电过压幅值在无屏蔽架空线上最高标准达20kV，无屏蔽地下电缆可达10kV，如果没有按照规范设计的完整的防雷体系，即是这样的UPS也无法保护用电设备不受雷电侵害的。
　　(3)UPS电源，特别是智能化的UPS电源，本身含有大量的集成电路。而且越来越多的UPS带有智能管理系统，信号线也成为雷电电磁脉冲侵入的通道。正因为此，关于UPS电源遭受雷电侵害的案例屡见不鲜，特别是在雷暴日比较多的雷击区。
　　如一台安装在海南某单位的UPS电源，自安装后运行半年均很正常，但是在遇到一次雷击以后，UPS就频繁出现在开机运行一段时间后，莫名奇妙地出现从逆变器供电自动转换到交流旁路电源供电的故障。
　　从雷电灾害损失事例类型来看，90%以上涉及电脑网络及通讯系统，而且基本上都有UPS电源。所以一定要对UPS电源及其监控系统的雷电防护引起足够的重视。
　　4UPS电源的雷电防护
　　对UPS电源系统及通信端口的雷电防护，应根据国家规定的有关规范，并根据应用环境的具体情况，因地制宜制定出切实可行的解决方案,建立有效的、科学的、经济的防雷系统。针对UPS系统的特点，其雷电防护应重点把握以下几点：
　　4.1要完善外部防雷设施，做好机房接地，根据《电子计算机房设计规范》，交流、直流工作地、保护地、防雷接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值要求确定，如必须分设接地，则必须于两地之间加装等电位共地联结器。不管采用怎样的接地系统，等电位连接都是非常重要的。UPS保护的往往都是大型的数据系统，对雷电反击更为敏感，即使很小的电位反击，也往往造成不必要的损失。
　　4.2要采取多级雷电防护措施。《建筑物防雷设计规范》、IEC61312-1都有明确的防雷分区的概念，将需要雷电防护的区域分为：
　　LPZOA(OA区),该区内的各物体都可能遭受直接雷击，同时在该区内雷电产生的电磁场能自由传播，没有衰减。
　　LPZOB(OB区),该区内的各物体在接闪器的保护范围内，不会遭受直接雷击，但该区内的雷电电磁场因没有屏蔽装置，雷电产生的电磁场也能自由传播，没有衰减。
　　LPZ1(1区)，该区内的各个物体因在建筑内，不会遭受直接雷击，流经各导体的电流比LPZOB区更小，本区内的雷电电磁场根据屏蔽措施的不同而有不同衰减。
　　LPZ2(2区)，当需要进一步减小雷电和电磁场时，应引入后续防雷区，并按照需要保护系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。
　　雷电防护的中心内容是泄放和均衡，泄放将雷电流尽可能多的、尽可能远的是泄放于地，而拒之于通信系统之外。所谓多级防护就是按照电磁兼容的原理，分层次地对雷电流进行削弱，在动力线进户配电柜、楼层配电柜以及机房进户配电盒，安装适当规格的避雷器。对于有信号或通信接口的UPS，为防止雷电波从信号或通信线引入，必须在信号或通信线接口处加装相应的信号避雷器。
　　4.3避雷器的选择与安装
　　避雷器产品市场目前比较丰富，应尽量选择有信誉、质量可靠的避雷器，避雷器的接地线应不少于6mm2,以最直最短的引线连接，在接线方式上最好采用凯文接线方式，最大限度地减少引线上的感应电压。
　　UPS电源专用防雷箱和UPS电源必须进行接地，接地电阻一般应不大于4欧姆，防雷器和UPS电源要进行等电位连接，UPS输出线路要有地线。接地系统最好采用高质量的接地模块，这些可以保证接地电阻的可靠性和抗腐蚀性，也避免了每间隔1-2年改造地网，为使用单位节省了费用。
　　5结束语
　　随着UPS电源智能化程度的提高，UPS电源往往已经不仅仅是一台电网停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，对于保证信息网络的数据安全与畅通有着重要作用。分析UPS电源雷电防护的重要性与必要性，是本文的目的所在，希望引起大家对此问题的重视。对UPS电源系统的雷电防护，是一专业性很强的工作，最好在专业人员的指导下进行。要注意系统化的考虑问题。接闪、屏蔽、接地、等电位、分区防雷等各项因素综合考虑，作好接地系统是防雷系统的基础与关键，特别是在一些新建校区中是不容忽视的重要因素。

文章出自: 世科网