弱電系統(tǒng)UPS電源防雷

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心機房，安全監(jiān)控系統(tǒng)機房等都配備了UPS電源。當(dāng)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(tǒng)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(tǒng)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

從主電路結(jié)構(gòu)和不間斷供電的運行機制來看，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的特點是轉(zhuǎn)換效率高，當(dāng)市電供電正常時，逆變器處于停止工作狀態(tài)，負(fù)載上得到的是經(jīng)過簡易穩(wěn)壓處理的市電，只有在市電供電不正常時，逆變器啟動，向負(fù)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(chǎn)品屬UPS的中間型產(chǎn)品，具有穩(wěn)壓精密、運行穩(wěn)定、智能化和安全保護等特點。因此它既具有后備式轉(zhuǎn)換率高、可靠性高的優(yōu)點，又具有在線式供電質(zhì)量高、轉(zhuǎn)換時間短的優(yōu)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(lián)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(fù)載供電，這樣就避免了所有由市電電網(wǎng)電壓波動及*帶來的影響，真正實現(xiàn)了對負(fù)載的無*、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，無轉(zhuǎn)換時間。因此，其供電輸出的電源品質(zhì)高，保護性能最好，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本相對較高。

當(dāng)今的UPS已在大量引進微處理器監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展成為一種智能化UPS.同時，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)用愈來愈廣泛。

UPS是強電與弱電相結(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，會使機器發(fā)生誤動作，電磁脈沖幅度為0.75GS時，IC元件會出現(xiàn)假性損壞，幅度為2.4GS時，IC元件將出現(xiàn)不可逆永久性損壞。對于微電子設(shè)備來講，危害最大的是雷電電磁脈沖，它無孔不入，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(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，電源導(dǎo)線上的過電流過電壓經(jīng)過配電系統(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的雷電沖擊波的過電壓幅值是不可能的，因此當(dāng)雷擊來臨時，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，只能對很小的感應(yīng)雷電有一定的防護作用。2）部分進口UPS及國內(nèi)著名UPS廠生產(chǎn)的UPS，是根據(jù)國際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UPS本身，并達到保護其它后續(xù)電源及設(shè)備免遭雷電侵害的目的，經(jīng)長期的監(jiān)測的統(tǒng)計資料表明，直擊雷在一般低壓架空線路產(chǎn)生的過電壓幅值高達100kV，電信線路高達40~60kV.感應(yīng)雷電過電壓幅值在無屏蔽架空線上最高幅值達到20kV，無屏蔽地下電纜可達10kV，由此可知，即使裝有標(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(yīng)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(wǎng)過電壓或很小的雜散電流起到電源凈化和保護的作用。當(dāng)雷擊來臨時，它本身首先被擊壞；內(nèi)裝防雷器件的UPS，也不能完善地保護其自身，并達到保護其它設(shè)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(yīng)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(xiàn)實意義
三、UPS電源的雷電防護

直擊雷、感應(yīng)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(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：

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)，按照國標(biāo)《建筑物防雷設(shè)計規(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。做好機房接地，根據(jù)國標(biāo)《電子計算機房設(shè)計規(guī)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(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(yīng)的信號避雷器。雷電防護的中心內(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)國際電工委員會ICE1312一1（（雷電電磁脈沖的防護》的建筑物分區(qū)方法，UPS電源機房屬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)的電磁場有可能衰減。就是UPS電源應(yīng)安裝在LPZ1區(qū)內(nèi)，同時，為防范雷電流產(chǎn)生的強電磁場*，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)備處在雷電流磁場的安全區(qū)內(nèi)。并把機器外殼屏蔽接地，機柜門用導(dǎo)線與地加強連接，機柜內(nèi)成為LPZ2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，在無電涌發(fā)生時，SPD不應(yīng)對電氣（電子）系統(tǒng)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(yù)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(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