不間斷電源的雷電防護(hù)方法研究

民航華北空管局技術(shù)保障中心 楊 凱

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不間斷電源的雷電防護(hù)方法研究

民航華北空管局技術(shù)保障中心 楊 凱

【摘要】不間斷電源在網(wǎng)絡(luò)通訊信息系統(tǒng)的定義是一種能給系統(tǒng)帶來穩(wěn)定、安全的供電電源。從功能上看，不間斷電源的不停電功能能有效解決電網(wǎng)停電帶來的問題，其交流穩(wěn)壓功能能有效解決網(wǎng)壓劇烈波動(dòng)的問題，其凈化功能能有效解決電網(wǎng)和電源的文然功能，其管理功能能有效解決交流動(dòng)力維護(hù)的問題。因此，做好對(duì)不間斷電源的雷電防護(hù)工作是確保網(wǎng)絡(luò)通訊信息系統(tǒng)安全的重要保障，意義重大。本文簡(jiǎn)要分析了對(duì)不間斷電源進(jìn)行雷電防護(hù)的重要性，并重點(diǎn)探討了其有效的防護(hù)措施。

【關(guān)鍵詞】不間斷電源；雷電防護(hù)；UPS；有效措施

0　引言

在聯(lián)合國國際減災(zāi)十年上所公布的一些對(duì)人類生產(chǎn)生活活動(dòng)有較大影響的災(zāi)害中，雷電災(zāi)害也榜上有名。我國地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，雨季較多，伴隨的雷電災(zāi)害也較多，對(duì)人類的日常生產(chǎn)和生活帶來極大的破壞，尤其是一些雷電集中地區(qū)。不間斷電源是一種系統(tǒng)性的發(fā)電工具，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。但是不管是網(wǎng)絡(luò)通訊還是計(jì)算機(jī)設(shè)備，目前我國不間斷電源的絕緣強(qiáng)度較低等問題凸顯，帶來的就是抗電壓能力低，一旦受到雷電沖擊的話，就會(huì)中斷運(yùn)行、甚至引發(fā)火災(zāi)等，帶來巨大的損害。因此，如何做好不間斷電源的雷電防護(hù)工作是當(dāng)前亟需解決的問題。

1　不間斷電源雷電防護(hù)的重要性

UPS（不間斷電源系統(tǒng)）是網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)施的“保護(hù)神”，在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛使用，且作用越來越大。但是隨著人類對(duì)自然的不斷破壞，包括雷電在內(nèi)的自然災(zāi)害越來越頻繁，加上很多不間斷電源會(huì)有很大部分藏在室外，會(huì)嚴(yán)重危害和沖擊到不間斷電源的正常運(yùn)行。因此，做好不間斷雷電防護(hù)的工作是極為重要的，不僅能確保不間斷電源的正常工作，保護(hù)工作人員的用電安全及其身心健康，還能有效促進(jìn)國相關(guān)事業(yè)的快速、可持續(xù)發(fā)展。

目前，UPS（不間斷電源系統(tǒng)）的雷電危害主要是雷電電磁脈沖。據(jù)相關(guān)研究表明，將近有百分之70以上的雷電安全事故是從電源線侵入的[1]。面對(duì)這樣的問題，很多不間斷電源無法阻擋住雷電電流的侵入，主要原因表現(xiàn)在以下三點(diǎn)：第一，不間斷電源的市電輸入端口一般都是濾波單元，分為RFI濾波器和MEI濾波器，按照雷電流的頻譜特性，有百分之90以上的能量是集中在1MHz以下的，而直流成分卻占到了一半以上，即百分之60，這種情況下，一旦有雷電來襲的話，不間斷電源作為位于電源線路的最前端，自然而來就受到了猛烈攻擊。第二，不間斷電源，尤其是一些智能化的不間斷電源，一般自身都是含有大量集成電路的，加上越來越多的不間斷電源帶有智能管理系統(tǒng)，使得信號(hào)線也成為了雷電侵入的路徑，加大了雷電沖擊對(duì)不間斷電源的危害，這從一些我國的雷電區(qū)就能看出。比如，安裝在海南某單位的一臺(tái)不間斷電源，從安裝后一直到運(yùn)行的半年時(shí)間都比較正常，但是一旦被雷電沖擊后，不間斷電源在開機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)很奇怪的從逆變器供電自動(dòng)轉(zhuǎn)換到交流旁路電源供電故障。

第三，目前世界上很多的不間斷電源生廠商都重視了機(jī)器的避雷效果，就在生產(chǎn)時(shí)增加了避雷的功能，如在不間斷電源的輸入端口設(shè)置一個(gè)MOV避雷模塊，甚至有一些進(jìn)口的名牌還會(huì)在不間斷電源的內(nèi)部按照IEC801-5的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)安裝一些避雷模塊，來抑制吸收電源供電線路輸入端的雷電典雅和電流的強(qiáng)浪涌，而一般其沖擊電壓控制在6kv、沖擊電流控制在20kA、波形在8/20。但是，根據(jù)很多相關(guān)研究和統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，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 kV -60kV。同時(shí)，感應(yīng)雷電過壓幅值在無屏蔽架空線上，最高標(biāo)準(zhǔn)會(huì)達(dá)到20kV，無屏蔽地下電纜會(huì)達(dá)到10kV，如果沒有按照規(guī)范設(shè)計(jì)的完整的防雷體系，即便是這樣的不間斷電源也無法保護(hù)用電設(shè)備不受雷電侵害。

此外，從目前國內(nèi)外的一些雷電沖擊造成損失的案例類型上看，將近百分之90以上涉及到網(wǎng)絡(luò)通訊信息系統(tǒng)，并且普遍上都有不間斷電源的雷電沖擊[2]。因此，加強(qiáng)對(duì)不間斷的雷電防護(hù)是極為必要的。

注：雷電危害示意圖

2　不間斷電源雷電防護(hù)的有效措施

對(duì)UPS（不間斷電源系統(tǒng)）的雷電防護(hù)，基本原則是要遵循國家出臺(tái)的相關(guān)政策及規(guī)范，同時(shí)按照實(shí)際的環(huán)境、結(jié)合地區(qū)實(shí)際發(fā)展情況來指定符合自身發(fā)展、針對(duì)性強(qiáng)的解決措施，以建立一套完善、科學(xué)的防雷系統(tǒng)。

2.1合理選擇避雷器并完成安裝

避雷器是不間斷電源雷電防護(hù)的基本工具，不管是企業(yè)、還是家庭，大多數(shù)都安裝了避雷器。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了很多不同類型型號(hào)、廠家的避雷器，這就需要工作人員及其相關(guān)部門在采購及選擇避雷器時(shí)要謹(jǐn)慎認(rèn)真。選擇避雷器的整體原則必須要經(jīng)相關(guān)部門備案的產(chǎn)品且性能和質(zhì)量至少合格。具體上看，首先，選擇的避雷器在安裝后且無電涌發(fā)生時(shí)，避雷器不會(huì)對(duì)電子或電氣系統(tǒng)的日常運(yùn)營造成不良的影響；其次，選擇好的避雷器在安裝后，且在有電涌發(fā)生時(shí)，避雷器能承受住預(yù)期通過的雷電流且沒有損壞，最為關(guān)鍵的是能箝制電涌電壓和分走電涌電流；最后，選擇的避雷器，在通過電涌電流時(shí)，避雷器能快速恢復(fù)到高阻的狀態(tài)，且能迅速切斷工頻續(xù)流。

在避雷器的安裝過程中，正常情況下，避雷器是要安裝在被保護(hù)設(shè)備和不間斷電源前端的，而避雷器所有的連接導(dǎo)線必須要盡可能的縮短，尤其是接地線。一般而言，避雷器的接地線長度要控制在0.5米以內(nèi)[3]。

2.2健全外部設(shè)施，做好機(jī)房的接地工作

不間斷電源雷電防護(hù)相關(guān)部門及工作人員必須要按照《電子計(jì)算機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》來做好直流工作場(chǎng)所、交流工作場(chǎng)所、保護(hù)場(chǎng)所和防雷接地工作[4]。需要注意的是，在做好這些工作時(shí)，最好使用同一組接地裝置，而且接地的電阻要按照最小值的實(shí)際要求來定論，比如要分設(shè)接地的話，工作人員必須要在兩個(gè)接地之間安裝一個(gè)等電位共地聯(lián)結(jié)器。因?yàn)椴粩嗍褂檬裁礃拥慕拥叵到y(tǒng)，等電位連接是極為關(guān)鍵的。此外，不間斷電源保護(hù)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)一般都是比較龐大的，能很快的就對(duì)雷電反擊有所反應(yīng)和回應(yīng)，因此即便是一個(gè)很小的電位反擊，也會(huì)帶來不可忽視的損失?？梢?，最好機(jī)房的接地工作，完善外部防雷設(shè)施是多么重要。2.3明確防雷分區(qū)，進(jìn)行多級(jí)雷電防護(hù)

在對(duì)不間斷電源的雷電防護(hù)工作中，雷電防護(hù)部門及相關(guān)工作人員必須要根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》、《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范合理明確防雷分區(qū)，進(jìn)而開展有針對(duì)的、多級(jí)雷電防護(hù)手段[5]。

1）LPZOA(OA區(qū))。這個(gè)區(qū)域內(nèi)是最容易受到雷電沖擊的區(qū)域，內(nèi)部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(chǎng)能進(jìn)行自由傳播，沒有衰減。

2）LPZOB(OB區(qū))。這個(gè)區(qū)域受到雷電沖擊的可能性比OA區(qū)小，且受到直接雷電沖擊的概率幾乎沒有，主要是因?yàn)樵搮^(qū)內(nèi)的各物體在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。不過，區(qū)內(nèi)的雷電電磁場(chǎng)因沒有屏蔽裝置，雷電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)也能進(jìn)行自由傳播，沒有衰減。

3）LPZ1(1區(qū))。這個(gè)區(qū)域受到雷電沖擊的可能性比OB區(qū)還小，且不會(huì)受到雷電的直接沖擊，主要是因?yàn)樵搮^(qū)內(nèi)的各個(gè)物體因在建筑物內(nèi)。同時(shí)，該區(qū)域流經(jīng)各導(dǎo)體的電流比LPZOB區(qū)更小，區(qū)域內(nèi)的雷電電磁場(chǎng)會(huì)按照屏蔽措施的不同而有不同衰減。

4）LPZ2(2區(qū))。該區(qū)域受到雷電沖擊的可能性是最小的，措施上，一旦需要進(jìn)一步減小雷電和電磁場(chǎng)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。

3　結(jié)語

總之，隨著智能化不間斷電源的不斷應(yīng)用和推廣，不間斷電源已經(jīng)不再是一個(gè)單純的供電產(chǎn)品，而是一個(gè)有著高度可靠性和重要性的供電中心。而雷電沖擊是目前影響不間斷電源正常運(yùn)行的主要危險(xiǎn)因素，必須要重視和加強(qiáng)對(duì)不間斷電源的雷電防護(hù)。在實(shí)際操作中，相關(guān)部門及工作人員必須要合理選擇避雷器，并完成安裝；健全外部設(shè)施，做好機(jī)房的接地工作；要明確防雷分區(qū)，進(jìn)行多級(jí)雷電防護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]武征.信息通信UPS電源雷電防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].通訊世界,2015, 22(06):16-17.

[2]楊永鵬,何聯(lián)合.電涌防護(hù)器在石油化工裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2014,36(06):19-20.

[3]商科斌,朱麗君,徐浩.淺談我國雷電防護(hù)措施的創(chuàng)新與發(fā)展[J].江蘇科技信息,2015,39(24):16-17.

[4]李嬌媚,王貴波.關(guān)中環(huán)線站場(chǎng)儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計(jì)淺析[J].儀器儀表用戶,2014,22(01):17-18.

[5]周開峰.配電變壓器受雷擊分析與防雷措施研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2016,30(12):09-10.

楊凱（1988—），男，北京人，助理工程師，現(xiàn)供職于民航華北空管局技術(shù)保障中心，研究方向：供配電。

作者簡(jiǎn)介：