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UPS電源的雷電防護

來源:德恩拓 發布時間:2013-11-20 10:21:14

 UPS的類型及其特點

從主電路結構和不間斷供電的運行機制來看,目前技術成熟并已形成產品的各種 UPS主要有3大類:

后備式UPS;后備式UPS的特點是轉換效率高,當市電供電正常時,逆變器處于停止工作狀態,負載上得到的是經過簡易穩壓處理的市電,只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。

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。因此它既具有后備式轉換率高、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。

在線式UPS(又可分為:雙變換在線式UPS和雙向變換串并聯補償在線式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干擾帶來的影響,真正實現了對負載的無干擾、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,但是結構復雜,成本相對較高。
隨著電子信息技術和通信事業迅猛發展,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,為了更好地適應網絡環境的要求,UPS的智能網絡功能正向以SNMP(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。雷電對UPS電源的危害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CP U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對電磁環境的要求較高,當IC處于幅度為0 .3GS(高斯)的電磁脈沖環境下,使機器發生誤動作,電磁脈沖幅度為 

75GS時,IC元件出現假性損壞,幅度為 

4GS時,IC元件將出現不可逆永久性損壞。對于微電子設備來講,危害最大的是雷電電磁脈沖,它無孔不入,隱含殺機。UPS電源不能阻擋雷電流的侵害,原因有以下三個方面:

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系統,首先沖擊UPS,UPS穩壓范圍一般單相在 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,因此當雷擊來臨時,它最先受到雷電流的沖擊。

內部安裝有防雷器件的UPS分為兩種類型:

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,只是象征性地裝一組小功率的金屬氧化鋅壓敏電阻MOV,只能對很小的感應雷電有一定的防護作用。 

部分進口UPS及國內著名UPS廠生產的UPS,是根據國際I EC801-5的標準(抑制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),安裝有標準的防雷器件。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、柜及箱)沒有加裝有效的高能量防雷器件,這類UPS同樣
遭到雷擊損壞。 

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,只能對市電網過電壓或很小的雜散電流起到電源凈化和保護的作用。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,并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。

 UPS電源的雷電防護

直擊雷、感應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的防雷就必須嚴格遵守《建筑物電子信息系統防雷技術規范》(GB50343-2004)的綜合防雷系統的要求,做好以下幾點:

要將外部防雷措施和內部防雷措施統籌兼顧,全面規劃,切實做好接地和等電位連接。

完善設備所在建筑物外部防雷系統,按照國標《建筑物防雷設計規范》(GB50057-942000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;如果必須分設接地,則必須于兩地之間加裝等電位共地聯結器。
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2004)如下表6.5.1的要求: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、盡可能遠的是泄放于地,而拒之于通信系統之外。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。

UPS電源的安裝位置要講究。 

依據國際電工委員 ICE13121((雷電電磁脈沖的防護》的建筑物分區方法,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,為防范雷電流產生的強電磁場干擾,UPS電源放置離墻應有一定的距離,與外墻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。并把機器外殼屏蔽接地,機柜門用導線與地加強連接,機柜內成為LPZ2區。 避雷器(SPD)的選型與安裝 

避雷器應選用質量可靠,性能優良,并經相關部門備案的產品。

選擇SPD,要滿足以下三條基本要求:1)安裝SPD之后,在無電涌發生時, SPD不應對電氣(電子)系統正常運行產生影響。2)安裝SPD之后,在有電涌發生的情況下,SPD能承受預期通過的雷電流而不損壞,并能制電涌電壓和分走電涌電流。3)在電涌電流通過后,SP D應迅速恢復高阻狀態,切斷工頻續流。

一般,將SP D安裝在被保護設備以及UPS前端,SP D所有連接導線應盡可能短,特別是接地線,其長度不宜大于.5m。所有連線應規整,平直,線徑應符合《建筑物電子信息系統防雷技術規范》(GB50343

保護級別SPD的類型導線截面(m m 

SPD連接相線銅導線 SPD接地端連接銅導線 

第一級開關型或限壓型16 25 

第二級限壓型10 16 

第三級限壓型6 10 

第四級 限壓型4 6

注:混合型SPD參照相應保護級別的截面積選擇。 

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