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弱電係統中UPS電源防雷重要性

2020-09-17 09:33來源:未知瀏覽:
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網絡數據中心機房,安全監控係統機房等都配備了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係統的防雷安全。本文基於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,並提出UPS電源係統的雷電防護措施。
 
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製來看,目前技術成熟並已形成產品的各種UPS主要有3大類:(1)後備式UPS;後備式UPS的特點是轉換效率高,當市電供電正常時,逆變器處於停止工作狀態,負載上得到的是經過簡易穩壓處理的市電,隻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。因此它既具有後備式轉換率高、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和雙向變換串並聯補償在線式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*帶來的影響,真正實現了對負載的無*、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,保護性能最好,但是結構複雜,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。
 
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、邏輯控製板、整流器控製板、逆變器控製板等微電子控製部件。UPS微電子控製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處於幅度為0.3GS(高斯)的電磁脈衝環境下,會使機器發生誤動作,電磁脈衝幅度為0.75GS時,IC元件會出現假性損壞,幅度為2.4GS時,IC元件將出現不可逆永久性損壞。對於微電子設備來講,危害最大的是雷電電磁脈衝,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係統,首先衝擊UPS,而UPS穩壓範圍一般單相在160~260V,三相在320V~460V之間。要防止瞬間10~20kV的雷電衝擊波的過電壓幅值是不可能的,因此當雷擊來臨時,它最先受到雷電流的衝擊。
 
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,隻是象征性地裝一組小功率的金屬氧化鋅壓敏電阻MOV,隻能對很小的感應雷電有一定的防護作用。2)部分進口UPS及國內著名UPS廠生產的UPS,是根據國際IEC801-5的標準(抑製吸收電源供電線路輸入端的雷電電壓及電流的強浪湧,其衝擊電流為20kA,衝擊電壓為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,並達到保護其它後續電源及設備免遭雷電侵害的目的,經長期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,即使裝有標準防雷器件的UPS,在其電源線路前端(配電室、房、櫃及箱)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,信號接口或遠程控製用通信線接口,有的沒有裝浪湧電路,有的僅裝有小功率的浪湧抑製電路,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,隻能對市電網過電壓或很小的雜散電流起到電源淨化和保護的作用。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,並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
 
三、UPS電源的雷電防護
 
直擊雷、感應雷和雷電電磁脈衝等都有可能對UPS電源造成損害,因此要做好UPS的防雷就必須嚴格遵守《建築物電子信息係統防雷技術規範》綜合防雷係統的要求,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,全麵規劃,切實做好接地和等電位連接。完善設備所在建築物外部防雷係統,按照國標《建築物防雷設計規範》(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範》(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;如果必須分設接地,則必須於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,在動力線進戶配電櫃、樓層配電櫃以及機房進戶配電盒,安裝適配的避雷器。對於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、盡可能遠的是泄放於地,而拒之於通信係統之外。均衡是減小雷電流在諸導電物體上產生的電位差,防止雷電流的反擊。
 
3、UPS電源的安裝位置要講究。依據國際電工委員會ICE1312一1((雷電電磁脈衝的防護》的建築物分區方法,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,為防範雷電流產生的強電磁場*,UPS電源放置離牆應有一定的距離,與外牆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。並把機器外殼屏蔽接地,機櫃門用導線與地加強連接,機櫃內成為LPZ2區。
 
避雷器應選用質量可靠,性能優良,並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之後,在無電湧發生時,SPD不應對電氣(電子)係統正常運行產生影響。2)安裝SPD之後,在有電湧發生的情況下,SPD能承受預期通過的雷電流而不損壞,並能箝製電湧電壓和分走電湧電流。3)在電湧電流通過後,SPD應迅速恢複高阻狀態,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,其長度不宜大於0.5m.所有連線應規整,平直,線徑應符合表4-1的要求
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