UPS電源系統(tǒng)雷電防護(hù)措施

目前高等院校校園網(wǎng)絡(luò)日趨普及，肩負(fù)起了教學(xué)和科研的重要使命。為了保證校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對于供電系統(tǒng)提出了較高的要求。如一般的微機(jī)和服務(wù)器所允許的瞬態(tài)供電中斷時(shí)間在8~10ms，如果超出該范圍，就會造成微機(jī)進(jìn)入自檢誤動作狀態(tài)，造成數(shù)據(jù)丟失或程序損壞，電網(wǎng)引起的400V瞬態(tài)過電壓就足以造成微機(jī)偶發(fā)性自動關(guān)機(jī)。因此，可以提供高質(zhì)量不間斷的交流電源的UPS,逐漸成為大型微電子關(guān)鍵設(shè)備的必備設(shè)備。我國一些重要的信息部門，局域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、控制中心等也都配備了UPS電源。UPS電源能夠提供凈化的、不間斷的交流電，但是，UPS能夠兼顧防雷嗎？這是本文重點(diǎn)討論的問題。

UPS電源概述

2.1UPS電源的分類

目前，市場上的UPS電源按其工作方式主要可以分為3大類：在線式，(2)在線互動式，(3)后備式。其中在線式UPS的特點(diǎn)是具有獨(dú)立的整流、逆變、充電、旁路和維修旁路系統(tǒng)，在工作過程中用戶一直處于逆變器工作狀態(tài)，所有的供電都是“再生的”，可獲得高質(zhì)量的純凈的正弦波電源，價(jià)格相對昂貴。后備式的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，當(dāng)市電供電正常時(shí)，逆變器不工作，負(fù)載上得到的是經(jīng)過簡易穩(wěn)壓處理的市電，只有在市電供應(yīng)不正常時(shí)，逆變器啟動，向負(fù)載供電，價(jià)格比較低廉，在重要應(yīng)用場合一般不予選用。在線互動式產(chǎn)品屬UPS的中間型產(chǎn)品，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、切換時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，且價(jià)格適中。近年來，UPS電源的智能化程度提高很快，大部分UPS電源具有微處理器，故障自檢功能以及標(biāo)準(zhǔn)通信端口。

2.2UPS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，另外還包括許多輔助的單元，如：充電器及蓄電池、微處理器、通信接口等。由于UPS電源是安裝在設(shè)備與市電之間的，可以濾除電網(wǎng)中的電磁干擾，因此，給人造成一種假象，UPS電源可以阻擋包括雷電在內(nèi)的所有的電磁脈沖的侵入，事實(shí)上并非如此。

雷電對于UPS電源的危害

關(guān)于雷電對于微電子設(shè)備的危害早已為工程技術(shù)人員所熟悉。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(jī)。根據(jù)我們對有關(guān)事故的統(tǒng)計(jì)表明，70%以上的雷擊事故是從電源線侵入的，而UPS電源不能阻擋雷電流的侵入。原因有3。

(1)從2中的討論可知，UPS電源的市電輸入端口是濾波單元，一般包括MEI濾波器與RFI濾波器，而根據(jù)雷電流的頻譜特點(diǎn)，其90%以上的能量集中于1MHz以下，直流成分占60%以上。當(dāng)雷電來臨，UPS位于電源線路的最前端，首當(dāng)其中受到攻擊。

(2)現(xiàn)在不少UPS增加了避雷功能，其原理是在UPS的輸入端增加一個(gè)MOV避雷模塊，有些部分進(jìn)口名牌UPS及幾家國內(nèi)著名UPS生產(chǎn)廠家在其UPS內(nèi)部，根據(jù)國際IEC801-5的標(biāo)準(zhǔn)加裝了避雷模塊，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8/20。然而統(tǒng)計(jì)資料表明，直擊雷電在一般低壓架空線路產(chǎn)生的過壓幅值高達(dá)100kV，電信線路高達(dá)40~60kV。感應(yīng)雷電過壓幅值在無屏蔽架空線上最高標(biāo)準(zhǔn)達(dá)20kV，無屏蔽地下電纜可達(dá)10kV，如果沒有按照規(guī)范設(shè)計(jì)的完整的防雷體系，即是這樣的UPS也無法保護(hù)用電設(shè)備不受雷電侵害的。

(3)UPS電源，特別是智能化的UPS電源，本身含有大量的集成電路。而且越來越多的UPS帶有智能管理系統(tǒng)，信號線也成為雷電電磁脈沖侵入的通道。正因?yàn)榇?，關(guān)于UPS電源遭受雷電侵害的案例屢見不鮮，特別是在雷暴日比較多的雷擊區(qū)。

如一臺安裝在海南某單位的UPS電源，自安裝后運(yùn)行半年均很正常，但是在遇到一次雷擊以后，UPS就頻繁出現(xiàn)在開機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，莫名奇妙地出現(xiàn)從逆變器供電自動轉(zhuǎn)換到交流旁路電源供電的故障。

從雷電災(zāi)害損失事例類型來看，90%以上涉及電腦網(wǎng)絡(luò)及通訊系統(tǒng)，而且基本上都有UPS電源。所以一定要對UPS電源及其監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護(hù)引起足夠的重視。

UPS電源的雷電防護(hù)

對UPS電源系統(tǒng)及通信端口的雷電防護(hù)，應(yīng)根據(jù)國家規(guī)定的有關(guān)規(guī)范，并根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的具體情況，因地制宜制定出切實(shí)可行的解決方案,建立有效的、科學(xué)的、經(jīng)濟(jì)的防雷系統(tǒng)。針對UPS系統(tǒng)的特點(diǎn)，其雷電防護(hù)應(yīng)重點(diǎn)把握以下幾點(diǎn)：

要完善外部防雷設(shè)施，做好機(jī)房接地，根據(jù)《電子計(jì)算機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》，交流、直流工作地、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。不管采用怎樣的接地系統(tǒng)，等電位連接都是非常重要的。UPS保護(hù)的往往都是大型的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對雷電反擊更為敏感，即使很小的電位反擊，也往往造成不必要的損失。

要采取多級雷電防護(hù)措施?！督ㄖ锓览自O(shè)計(jì)規(guī)范》、IEC61312-1都有明確的防雷分區(qū)的概念，將需要雷電防護(hù)的區(qū)域分為：

LPZOA(OA區(qū)),該區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭受直接雷擊，同時(shí)在該區(qū)內(nèi)雷電產(chǎn)生的電磁場能自由傳播，沒有衰減。

LPZOB(OB區(qū)),該區(qū)內(nèi)的各物體在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)，不會遭受直接雷擊，但該區(qū)內(nèi)的雷電電磁場因沒有屏蔽裝置，雷電產(chǎn)生的電磁場也能自由傳播，沒有衰減。

LPZ1(1區(qū))，該區(qū)內(nèi)的各個(gè)物體因在建筑內(nèi)，不會遭受直接雷擊，流經(jīng)各導(dǎo)體的電流比LPZOB區(qū)更小，本區(qū)內(nèi)的雷電電磁場根據(jù)屏蔽措施的不同而有不同衰減。

LPZ2(2區(qū))，當(dāng)需要進(jìn)一步減小雷電和電磁場時(shí)，應(yīng)引入后續(xù)防雷區(qū)，并按照需要保護(hù)系統(tǒng)所要求的環(huán)境選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。

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。所謂多級防護(hù)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，安裝適當(dāng)規(guī)格的避雷器。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。

避雷器的選擇與安裝

避雷器產(chǎn)品市場目前比較豐富，應(yīng)盡量選擇有信譽(yù)、質(zhì)量可靠的避雷器，避雷器的接地線應(yīng)不少于6mm2,以最直最短的引線連接，在接線方式上最好采用凱文接線方式，最大限度地減少引線上的感應(yīng)電壓。

UPS電源專用防雷箱和UPS電源必須進(jìn)行接地，接地電阻一般應(yīng)不大于4歐姆，防雷器和UPS電源要進(jìn)行等電位連接，UPS輸出線路要有地線。接地系統(tǒng)最好采用高質(zhì)量的接地模塊，這些可以保證接地電阻的可靠性和抗腐蝕性，也避免了每間隔1-2年改造地網(wǎng)，為使用單位節(jié)省了費(fèi)用。

結(jié)束語

隨著UPS電源智能化程度的提高，UPS電源往往已經(jīng)不僅僅是一臺電網(wǎng)停電后可以繼續(xù)為負(fù)載供電的整機(jī)產(chǎn)品，而是一個(gè)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(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)安全與暢通有著重要作用。分析UPS電源雷電防護(hù)的重要性與必要性，是本文的目的所在，希望引起大家對此問題的重視。對UPS電源系統(tǒng)的雷電防護(hù)，是一專業(yè)性很強(qiáng)的工作，最好在專業(yè)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行。要注意系統(tǒng)化的考慮問題。接閃、屏蔽、接地、等電位、分區(qū)防雷等各項(xiàng)因素綜合考慮，作好接地系統(tǒng)是防雷系統(tǒng)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，特別是在一些新建校區(qū)中是不容忽視的重要因素。