淺析電氣設(shè)備機(jī)房的電涌防護(hù)

任維遠(yuǎn)　劉高鋒

隨著電子技術(shù)快速發(fā)展，集成電路對電壓和電流脈沖的敏感程度越來越高，外部電涌過電壓和內(nèi)部電涌已成為電子設(shè)備損壞和工作中斷的主要因素之一。保證精密電子設(shè)備系統(tǒng)能正常工作的基本要求是電涌防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)正確并很好的協(xié)調(diào)配合，以免外部電涌過壓及內(nèi)部電涌所導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

新建及改擴(kuò)建工程的重要電氣設(shè)備機(jī)房應(yīng)采用高品質(zhì)電源電涌防護(hù)器，對整個(gè)電氣系統(tǒng)提供完善的電涌防護(hù)措施，同時(shí)語音、數(shù)據(jù)及圖象等金屬導(dǎo)體有線傳輸?shù)娜蹼娋W(wǎng)絡(luò)也應(yīng)做好電涌防護(hù)，這是確保該類設(shè)備正常工作的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。

1.電氣設(shè)備機(jī)房電涌防護(hù)措施分析

1.1安裝了直擊雷防雷設(shè)備的電涌防護(hù)不可忽視

直擊雷防雷設(shè)備的作用是接閃，即防止雷電直接擊中機(jī)房所在建筑物以及接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的各種金屬管線和用電設(shè)備。對于在接閃器保護(hù)范圍外的各種金屬導(dǎo)線以及由直擊雷所產(chǎn)生的感應(yīng)雷電和建筑物內(nèi)所產(chǎn)生的內(nèi)部電涌是不能保護(hù)的。對于由電力故障所產(chǎn)生的部分外部電涌也是不能保護(hù)的。這包括：高壓/低壓動(dòng)力電源線、部分網(wǎng)絡(luò)和專用數(shù)據(jù)通信線被雷電直接擊中，建筑物內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、備用發(fā)電機(jī)、中央空調(diào)、電梯等產(chǎn)生的內(nèi)部電涌，電力故障所產(chǎn)生的各種外部電涌，因?yàn)殪o電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電位反擊等所造成的各種感應(yīng)雷電等等。因此必須要加裝電涌保護(hù)器以保護(hù)電源線和數(shù)據(jù)線。

1.2機(jī)房接地不可等同于設(shè)備的電涌防護(hù)

機(jī)房接地是計(jì)算機(jī)設(shè)備和精密電子設(shè)備正常工作的需要。機(jī)房接地主要是可以防止靜電（如靜電荷出現(xiàn)積累，可以從地線泄放掉），這樣可以保護(hù)機(jī)器和人員的安全；另外有些設(shè)備接地后才可以正常的工作（不接地會(huì)受到電磁干擾、以及無基準(zhǔn)點(diǎn)）。所以機(jī)房接地并不是用來防止雷電，也是防止不了雷電的，必須要加裝電涌保護(hù)器才可以防止雷電和內(nèi)部、外部電涌。

1.3采用UPS供電的設(shè)備仍需要做電涌防護(hù)

UPS的作用是對供電系統(tǒng)突然停電或電壓不足提供支持，在突然斷電時(shí)，UPS保護(hù)電氣和電子系統(tǒng)、處理控制器和數(shù)據(jù)免受部分或全部的損壞。有些UPS帶有低能的電涌抑制器。這種內(nèi)置的低能抑制器只能用來保護(hù)和UPS相連的負(fù)載免受能量有限的弱電涌的襲擊，因此，不能作為專門的解決電涌問題的方案。更重要的是：有研究表明UPS設(shè)備中的敏感電氣控制線路極易受到電涌的破壞。而這些線路經(jīng)常是監(jiān)視UPS的工作狀態(tài)以及UPS的交流電源的輸入、輸出狀態(tài)的。1884年成立的電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（1EEE），是世界最大的技術(shù)專業(yè)團(tuán)體，曾十分關(guān)注UPS可能受到的破壞，并在IEEE標(biāo)準(zhǔn)1100—1992中專門編寫了一章9.11.3：UPS電涌防護(hù)。其中指出：雷電和其它產(chǎn)生瞬態(tài)電壓的現(xiàn)象，對大部分UPS設(shè)備和敏感的電氣負(fù)載設(shè)備是有害的。因此，建議UPS的整流器輸入系統(tǒng)和輔助的UPS旁路系統(tǒng)（包括人工保養(yǎng)的旁路系統(tǒng)）都應(yīng)加裝IEEE.41—1991標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的有效電涌防護(hù)裝置。

2.電涌保護(hù)分級

我國在機(jī)房建設(shè)的電涌防護(hù)方面有明確的要求，要求所有機(jī)房必須要做直擊雷電防護(hù)和接地網(wǎng)的建設(shè)；要求有條件的機(jī)房和比較重要的機(jī)房必須進(jìn)行感應(yīng)雷電的防護(hù)。對于最新的計(jì)算機(jī)機(jī)房和通訊機(jī)房的建設(shè)規(guī)范中都明確要求要進(jìn)行感應(yīng)雷電的防護(hù)；《氣象法》中明確要求政府機(jī)關(guān)和有條件的單位在建設(shè)機(jī)房時(shí)要考慮雷電電涌防護(hù)問題；在最新的建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范中，明確要求進(jìn)行感應(yīng)雷電的防護(hù)；在許多行業(yè)的機(jī)房建設(shè)規(guī)范中都有明確的要求（如銀行、金融、電信、稅務(wù)、政府機(jī)關(guān)、法院、公共市政設(shè)施等），必須進(jìn)行機(jī)房的電涌防護(hù)。

所有敏感電氣設(shè)備的運(yùn)行都是在嚴(yán)格的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行的，超過1kV的高速過電壓對電氣設(shè)備都非常危險(xiǎn)。任何雷電保護(hù)措施的目的，都是要把過電壓限制在1kV以下。電涌保護(hù)一般分三級，其目的是把過電壓鉗制到安全的范圍內(nèi)。

3.電涌防護(hù)器的選擇

應(yīng)選擇一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的制造商，產(chǎn)品應(yīng)具有詳細(xì)的說明書、技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)地、符合各方面的標(biāo)準(zhǔn)證書及有銷售許可證書等。

（1）設(shè)計(jì)是否有利于用戶并且容易安裝。理想的產(chǎn)品應(yīng)該是一個(gè)小型、緊湊并且能夠安裝在現(xiàn)有的空間內(nèi)，同時(shí)易于安裝。電涌防護(hù)器本身的體積尺寸越大，它固有的內(nèi)部線路電感就越大；防護(hù)器本身體積小，電感也小，防護(hù)效果就更好；小體積防護(hù)器的另一個(gè)優(yōu)勢是可以安裝在*近配電箱處，因?yàn)檫B線本身也有電感，連線長，對防護(hù)系統(tǒng)的限制水平的不良影響也就越大，因此在安裝電涌防護(hù)器時(shí)越*近配電箱越好，最好是在15cm以內(nèi)。在電氣設(shè)備狹小的空間內(nèi)不可能安裝大體積的防護(hù)器。

（2）反應(yīng)時(shí)間。電涌防護(hù)器的反應(yīng)時(shí)間必須比電涌的速度快。反應(yīng)時(shí)間在毫微秒（納秒）級均符合技術(shù)要求。

（3）一次能夠處理的最大電流。最大電流即峰流是一個(gè)電涌防護(hù)器的處理最大電流的能力。Bellcore實(shí)驗(yàn)室（AT&T;—Bell實(shí)驗(yàn)室的研究機(jī)構(gòu)）為了保護(hù)它高度計(jì)算機(jī)化的實(shí)驗(yàn)中心，進(jìn)行了廣泛的調(diào)研，明確了電涌防護(hù)器處理最大電流的能力和所需的技術(shù)參數(shù)，一個(gè)20kA的電涌防護(hù)器即可滿足要求。由此可見，在任何建筑物內(nèi)的分支線供電箱處安裝一個(gè)80kA的電涌防護(hù)器，便足以解決任何可能出現(xiàn)的電涌問題。對多雷擊區(qū)的貴重電氣設(shè)備，應(yīng)在建筑物人口的交流配電箱處安裝一個(gè)較大的防護(hù)器，型號從65kA到l60kA。

（4）吸收能量的能力。電涌防護(hù)器吸收能量的能力以焦耳來衡量，焦耳值越高，電涌防護(hù)器的使用壽命越長。

（5）鉗制電壓的能力。也就是將過電壓鉗制到電氣設(shè)備所能承受的安全范圍之內(nèi)的能力。計(jì)算機(jī)被設(shè)計(jì)在一定電壓范圍內(nèi)使用，如果超出了這個(gè)范圍就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的損壞。因此電涌防護(hù)器必須把過電壓鉗制到安全水平。1998年6月1開始實(shí)施的GAl73—1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用于220/380V電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)防雷保安器（電涌防護(hù)器）的鉗制電壓應(yīng)小于或等于2kV。

（6）符合國際和國家標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)，包括UL449、IEEE、NEMA和IEC。在我國同樣有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，公安部公共信息網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)察局要求：所有用于保護(hù)計(jì)算機(jī)的防雷保安器（本文稱為電涌防護(hù)器），都必須根據(jù)GAl73—1998的標(biāo)準(zhǔn)通過檢測并獲得銷售許可證后，方可銷售。

（7）產(chǎn)品的可靠性及制造商的客戶單。了解制造商的客戶單以及廠家從事產(chǎn)品生產(chǎn)的歷史有助于了解廠家的信譽(yù)和其產(chǎn)品的可靠性。

（8）質(zhì)量保證。保質(zhì)期限的長短體現(xiàn)了制造商對其產(chǎn)品是否不出問題、并長久的保護(hù)設(shè)備的自信心。

4.電涌防護(hù)器設(shè)置

最大的電涌產(chǎn)生在建筑物外，由雷電和電力公司切換負(fù)載所致，這種感應(yīng)電涌可沿電力線傳輸，進(jìn)入建筑物內(nèi)。電源系統(tǒng)電涌防護(hù)器的具體配置應(yīng)根據(jù)供電系統(tǒng)接地型式選擇。220/380V供電系統(tǒng)接地型式常采用的有TN-S、IN-C-S、TT、IT四種。

設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)電源裝置所處區(qū)域按通流能力三級配置電涌防護(hù)器：

一級（總配電柜，不低于LPZl區(qū)內(nèi)），Up=2.0kV，Imax=65kA（8/20μs）。

二級（分配電柜，不低于LPZ1區(qū)內(nèi)），Up=1.2/1.8kV，Imax=40kA（8/20μs）。

三級（設(shè)備處，不低于LPzl區(qū)內(nèi)），Ures<1kV，Imax=6.5kA（8/20μs）。

交流電源與計(jì)算機(jī)的電源相連，數(shù)據(jù)線把計(jì)算機(jī)與電話線或局域網(wǎng)連接在一起；給計(jì)算機(jī)提供電源的交流電源線路、將計(jì)算機(jī)與電話通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)或其他局域網(wǎng)連接在一起的數(shù)據(jù)線路，電涌可以通過這些線路破壞性地干擾計(jì)算機(jī)。因此，與計(jì)算機(jī)相連的電源和數(shù)據(jù)線都需要安裝電涌防護(hù)器。