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UPS电源的雷电防护

来源:德恩拓 发布时间:2013-11-20 10:21:14

 UPS的类型及其特点

从主电路结构和不间断供电的运行机制来看,目前技术成熟并已形成产品的各种 UPS主要有3大类:

后备式UPS;后备式UPS的特点是转换效率高,当市电供电正常时,逆变器处于停止工作状态,负载上得到的是经过简易稳压处理的市电,只有在市电供电不正常时,逆变器启动,向负载供电。其噪声低、价格比较低廉。

在线互动式UPS;在线互动式产品属UPS的中间型产品,具有稳压精密、运行稳定、智能化和安全保护等特点。因此它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、转换时间短的优点,且价格适中。

在线式UPS(又可分为:双变换在线式UPS和双向变换串并联补偿在线式UPS两种);在线式UPS的特点是在正常情况下无论有无市电,它总是由UPS的逆变器对负载供电,这样就避免了所有由市电电网电压波动及干扰带来的影响,真正实现了对负载的无干扰、稳压、稳频供电,且在由市电供电转换到蓄电池供电时,无转换时间。因此,其供电输出的电源品质高,保护性能最好,但是结构复杂,成本相对较高。
随着电子信息技术和通信事业迅猛发展,当今的UPS已在大量引进微处理器监控技术的基础上发展成为一种智能化UPS。同时,为了更好地适应网络环境的要求,UPS的智能网络功能正向以SNMP(简单网路管理协议)为标准的广域管理结构发展。这样,微电子设备在 UPS上的应用愈来愈广泛。雷电对UPS电源的危害UPS是强电与弱电相结合的精密电子设备,其构成中除大功率的电力元

件外,还包括CP U板、逻辑控制板、整流器控制板、逆变器控制板等微电子控制部件。 UPS微电子控制部件的主要元器件是各种集成电路(IC),而IC对电磁环境的要求较高,当IC处于幅度为0 .3GS(高斯)的电磁脉冲环境下,使机器发生误动作,电磁脉冲幅度为 

75GS时,IC元件出现假性损坏,幅度为 

4GS时,IC元件将出现不可逆永久性损坏。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。UPS电源不能阻挡雷电流的侵害,原因有以下三个方面:

UPS安装在重要设备的前端,所以当雷电直击到低压电源线或在电缆上产生感应雷电时,电源导线上的过电流过电压经过配电系统,首先冲击UPS,UPS稳压范围一般单相在 160~260V,三相在320V~460V之间。要防止瞬间10 ~20kV的雷电冲击波的过电压幅值是不可能的,因此当雷击来临时,它最先受到雷电流的冲击。

内部安装有防雷器件的UPS分为两种类型:

装有不合标准的防雷器件的UPS。这类是生产厂家为了节省成本,只是象征性地装一组小功率的金属氧化锌压敏电阻MOV,只能对很小的感应雷电有一定的防护作用。 

部分进口UPS及国内著名UPS厂生产的UPS,是根据国际I EC801-5的标准(抑制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8/20μs),安装有标准的防雷器件。而这一类UPS是否能完好的保护UPS本身,并达到保护其它后续电源及设备免遭雷电侵害的目的,经长期的监测的统计资料表明,直击雷在一般低压架空线路产生的过电压幅值高达100kV,电信线路高达40~60kV。感应雷电过电压幅值在无屏蔽架空线上最高幅值达到20kV,无屏蔽地下电缆可达10kV,由此可知,即使装有标准防雷器件的UPS,在其电源线路前端(配电室、房、柜及箱)没有加装有效的高能量防雷器件,这类UPS同样
遭到雷击损坏。 

智能化的UPS中,信号接口或远程控制用通信线接口,有的没有装浪涌电路,有的仅装有小功率的浪涌抑制电路,均无法防止感应雷击,因此其信号或通信线接口也成为雷电波侵入的主要渠道。

综上分析,没有安装防雷器件的UPS,可以说是没有防雷功能,只能对市电网过电压或很小的杂散电流起到电源净化和保护的作用。当雷击来临时,它本身首先被击坏;内装防雷器件的UPS,也不能完善地保护其自身,并达到保护其它设备的电源免遭雷电侵害;从架空电源线和信号线上侵入的直击雷过电压和感应雷过电压,是造成智能型UPS损害的主要原因。因此,加强对UPS电源的雷电防护措施是十分必要的,同时也具有重要的现实意义。

 UPS电源的雷电防护

直击雷、感应雷和雷电电磁脉冲等都有可能对 UPS电源造成损害,因此要做好UPS的防雷就必须严格遵守《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)的综合防雷系统的要求,做好以下几点:

要将外部防雷措施和内部防雷措施统筹兼顾,全面规划,切实做好接地和等电位连接。

完善设备所在建筑物外部防雷系统,按照国标《建筑物防雷设计规范》(GB50057-942000年版)),安装接闪器,引下线以及防雷接地网等设施。做好机房接地,根据国标《电子计算机房设计规范》(GB50174-1993),交流工作地、直流工作地、安全保护地、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;如果必须分设接地,则必须于两地之间加装等电位共地联结器。
要采取多级防护措施。

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2004)如下表6.5.1的要求:柜、楼层配电柜以及机房进户配电盒,安装适配的避雷器。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。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。均衡是减小雷电流在诸导电物体上产生的电位差,防止雷电流的反击。

UPS电源的安装位置要讲究。 

依据国际电工委员 ICE13121((雷电电磁脉冲的防护》的建筑物分区方法,UPS电源机房属LPZ1区,在本区内的物体不可能遭受直接雷击,在本区内的电磁场有可能衰减。就是 UPS电源应安装在LPZ1区内,同时,为防范雷电流产生的强电磁场干扰,UPS电源放置离墙应有一定的距离,与外墙立柱钢筋引下线的距离0.83m,即设备处在雷电流磁场的安全区内。并把机器外壳屏蔽接地,机柜门用导线与地加强连接,机柜内成为LPZ2区。 避雷器(SPD)的选型与安装 

避雷器应选用质量可靠,性能优良,并经相关部门备案的产品。

选择SPD,要满足以下三条基本要求:1)安装SPD之后,在无电涌发生时, SPD不应对电气(电子)系统正常运行产生影响。2)安装SPD之后,在有电涌发生的情况下,SPD能承受预期通过的雷电流而不损坏,并能制电涌电压和分走电涌电流。3)在电涌电流通过后,SP D应迅速恢复高阻状态,切断工频续流。

一般,将SP D安装在被保护设备以及UPS前端,SP D所有连接导线应尽可能短,特别是接地线,其长度不宜大于.5m。所有连线应规整,平直,线径应符合《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343

保护级别SPD的类型导线截面(m m 

SPD连接相线铜导线 SPD接地端连接铜导线 

第一级开关型或限压型16 25 

第二级限压型10 16 

第三级限压型6 10 

第四级 限压型4 6

注:混合型SPD参照相应保护级别的截面积选择。 

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