UPS及電源防雷害問題探討 [轉(zhuǎn)自防雷天地]
廣東省防雷科技工作者協(xié)會(huì)        
1、 問題的提出.
1.1、 今日,UPS作為電腦網(wǎng)絡(luò)和通訊系統(tǒng)的“保護(hù)神”,已得到普遍使用,大多數(shù)在業(yè)者認(rèn)為,UPS除了提供不間斷電源和凈化電源的作用外,還能有效地保護(hù)電源免遭雷擊的侵害,對(duì)此,筆者有不同的看法,下面略舉實(shí)例說明之.
1.2、 一九九七年十月的一天,廣州市荔灣區(qū)某證券營業(yè)部上空“轟隆”一聲炸雷,二塊大屏幕顯示器頓時(shí)變成“白板”,調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡及二臺(tái)美國名牌UPS全被擊壞.電腦部經(jīng)理滿臉迷惑:“營業(yè)大樓有完好的避雷針、引下線、防雷接地體等外部防雷措施,有UPS保護(hù)電源,電腦機(jī)房是新做的獨(dú)立工作地線,接地電阻為1.6歐姆,為什么還會(huì)被雷擊壞?!
1.3、 其實(shí),上述例子多得不勝枚舉,一九九七年五月廣東省從化市某水電站二臺(tái)UPS遭雷擊壞,廣東省移動(dòng)通訊局湛江地區(qū)微波站的UPS多次被雷擊壞,據(jù)《深圳商報(bào)》一九九八年五月十五日“科技之苑”專欄報(bào)道:一九九六至一九九七年的雷電災(zāi)害損失事例類型來看,90%以上涉及電腦網(wǎng)絡(luò)及通訊系統(tǒng),而且基本上都有UPS保護(hù)電源.
1.4、 事實(shí)表明:雷擊發(fā)生時(shí),UPS不僅不能有效地保護(hù)電源而且自己也常被雷擊壞,以下筆者將簡(jiǎn)要地從理論上進(jìn)行分析.
2、雷害的成因及分類.
眾所周知,雷電是一部分帶電云層與另一部分帶異種電荷的云層或者是帶電云層與大地之間迅猛的放電,其瞬間功率可高達(dá)109—1012瓦特,強(qiáng)大雷電流將產(chǎn)生極高的熱的、機(jī)械的、電磁的作用,造成人畜傷亡,空中飛行物,地面建筑及設(shè)備的嚴(yán)重破壞, 引起森林火災(zāi)等.一七五三年富蘭克林發(fā)明避雷針,為近代防雷害技術(shù)奠定了基礎(chǔ).時(shí)至今日隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等電子設(shè)備之泛的應(yīng)用,雷電造成電子設(shè)備的損害事例成幾何級(jí)數(shù)增長,在我國華南地區(qū),電子設(shè)備遭雷擊事故占雷害事故比例三分之二以上.防雷專家們通過對(duì)其破壞機(jī)理的深入研究,從雷電損害電子設(shè)備的入侵途經(jīng),大致分為三種類型:
2.1、 直擊雷.閃電直接擊中架空在野外,或山上的電源線、電話線或天線上,雷電能量非常大,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致線纜熔化,設(shè)備的元器件燒焦、炸裂.雷電高壓沿線路直接入侵設(shè)備,這種情況在高山通信站、城郊、鄉(xiāng)村較常發(fā)生.
2.2、 感應(yīng)雷.在雷電放電過程中,無論是云與云、或云對(duì)地之間放電都將產(chǎn)生強(qiáng)大的靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng).在鄰近的架空線路,埋地線路和導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)過電流或過電壓,當(dāng)耦合到電子設(shè)備上時(shí),可直接擊毀設(shè)備.這種由雷電引起的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)統(tǒng)稱為感應(yīng)雷.感應(yīng)雷一般沒有直擊雷那么猛烈,但因其是通過靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)產(chǎn)生作用,故可在較大范圍內(nèi)多個(gè)小局部同時(shí)發(fā)生雷災(zāi).感應(yīng)雷發(fā)生的概率大大多于直擊雷,尤其是自控設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通訊系統(tǒng)等,常因動(dòng)力線、網(wǎng)絡(luò)通訊線感應(yīng)過壓或過流而損壞,故對(duì)這類設(shè)備而言,感應(yīng)雷的危害往往遠(yuǎn)大于直擊雷.
2.3、 雷電反擊.當(dāng)建筑物接閃器(避雷針、網(wǎng)、帶)接閃雷電時(shí),在強(qiáng)大雷電流通過引下線入地網(wǎng)泄放大地的瞬間,引起建筑物附近地電位急劇變化,通過各分立接地及接地線引入高電位,對(duì)設(shè)備造成反擊而損壞.這種情況相對(duì)前者兩種雷擊發(fā)生較少,但對(duì)設(shè)備損害最為嚴(yán)重.
3、 雷電擊毀UPS的原因分析:
      UPS為其它設(shè)備提供不間斷、凈化電源,安裝在重要設(shè)備的前端,所以當(dāng)雷電直擊到低壓電源線或在電纜上產(chǎn)生感應(yīng)雷電時(shí),電源導(dǎo)線上的過流過壓經(jīng)過配電系統(tǒng),首先沖擊UPS,而UPS的穩(wěn)壓范圍一般單相在160~260V,三相在320~460V之間.要防止瞬間10~20千伏的雷電沖擊波的過壓幅值是不可能的,這就是UPS遭雷擊壞的主要原因.大部分UPS生產(chǎn)廠家都認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn),因此他們?cè)赨PS內(nèi)面安裝防雷器件,以達(dá)到保護(hù)UPS的目的,對(duì)此,筆者根據(jù)目前正在市面上銷售和已經(jīng)使用的國內(nèi)外UPS的防雷功能進(jìn)行分類分析,以讓讀者得到更深入的了解.
3. 1、未安裝防雷器件的UPS,這類UPS包括早期生產(chǎn)和目前部份小功率的UPS,其防雷功能可以說“無”,只能對(duì)市電網(wǎng)過電壓或很小的雜散電流起著電源凈化的保護(hù)作用.當(dāng)雷擊來臨時(shí),它本身首當(dāng)其沖被擊壞.
3.2、內(nèi)部安裝有防雷器件的UPS,這里分二種類型:
3.2.1、裝有不合標(biāo)準(zhǔn)的防雷器件的UPS,這類UPS生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本,只是象征性裝一組小功率的金屬氧化鋅壓敏電阻MOV,只能對(duì)很小的感應(yīng)雷電有一定的防護(hù)作用.
3.2.2、部分進(jìn)口名牌UPS及幾家國內(nèi)著名UPS生產(chǎn)廠家在其UPS內(nèi)部,根據(jù)國際IEC801-5的標(biāo)準(zhǔn)(抑制吸收電源供電線路輸入端的雷電電壓及電流的強(qiáng)浪涌,其沖擊電流為20KA沖擊電壓為6KV,波形為8/20微秒.)安裝有標(biāo)準(zhǔn)的防雷器件,這一類UPS是否可以完善地保護(hù)UPS自身,并通過保護(hù)自身而達(dá)到保護(hù)其它設(shè)備電源的免遭雷電的侵害的目的呢?答案是否定的.根據(jù)科學(xué)家們長期測(cè)定的統(tǒng)計(jì)資料表明,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)40~60KV.感應(yīng)雷電過壓幅值在無屏蔽架空線上最高標(biāo)準(zhǔn)達(dá)20KV,無屏蔽地下電纜可達(dá)10KV,可想而知,即使裝有符合IEC801-5標(biāo)準(zhǔn)防雷器件的UPS,假如其電源線路前端(配電室、房、柜、箱)沒有加裝有效的高能量防雷器件等配置,這類UPS同樣會(huì)遭受毀損性雷擊的命運(yùn).智能化UPS中,遙控用通信線路RS232或RS485接口,有的沒有裝抗浪涌電路,有的僅裝小功率浪涌抑制電路,更無法防止感應(yīng)雷擊了.
3.3、綜上所述,內(nèi)裝防雷器件UPS能有效地保護(hù)電源免遭雷電侵害的論點(diǎn)明顯是錯(cuò)誤的,而以這種思想去指導(dǎo)工作實(shí)踐的同業(yè)者們,敬請(qǐng)盡快糾正過來,采取妥善的防雷措施,保護(hù)你們貴重的UPS及其它設(shè)備.
4、 怎樣做好UPS及電源的防雷害:
   由前面雷電損害電子設(shè)備的三種類型得知,直擊雷、感應(yīng)雷和雷電反擊都有可能對(duì)UPS及電源造成損害,因此要做好UPS和電源的防雷害必須嚴(yán)格遵守綜合防雷的原則.
4. 1、完善設(shè)備所在建筑物外部防雷系統(tǒng),根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》,安裝接閃器(避雷針、網(wǎng)、帶、高層建筑的均壓環(huán)),引下線及防雷地網(wǎng)設(shè)施.
4.2、做好機(jī)房接地,根據(jù)我國B50174-—93《電子計(jì)算機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》,交流、直流工作地、保護(hù)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,如必須分設(shè)接地,則必須于兩地之間加裝等電位共地聯(lián)結(jié)器.
4.3、做好線路防雷:
4.3.1、在動(dòng)力室電源進(jìn)線總配電盤上安裝并聯(lián)式電源專用高能量避雷器,構(gòu)成第一級(jí)衰減.
4.3.2、在機(jī)房配電柜空氣開關(guān)后,安裝適當(dāng)容量的并聯(lián)式低壓電源避雷器,或在UPS專用配電盤上,安裝適當(dāng)容量的串聯(lián)式低壓電源避雷器,構(gòu)成第二級(jí)衰減.

  如圖表4.3.3所示:


市電 動(dòng)力室                        ~       =
     總配       低壓避雷器                                    電子開關(guān)     低壓避雷器
      電盤                          =       ~    

高能量                                                                              負(fù)  
   一級(jí)避雷器                     同步鎖相                                              載
                                  控制電路

                                              UPS

圖4.3.3

4.3.3、對(duì)于有信號(hào)或通信接口的UPS,為防止雷電波從信號(hào)或通信線引入,必須在信號(hào)或通信線接口處加裝相應(yīng)的信號(hào)避雷器.
4.4、 機(jī)房布線要求不能沿外墻敷設(shè),以防止雷擊時(shí)墻內(nèi)鋼筋瞬間傳導(dǎo)強(qiáng)雷電流時(shí),磁場(chǎng)感應(yīng)機(jī)房?jī)?nèi)線路,把設(shè)備擊壞.
5、 避雷器的選擇及安裝:
5.1、選用質(zhì)量可靠,性能優(yōu)良,能量匹配恰當(dāng)?shù)谋芾灼?也是做好電源及UPS防雷的關(guān)健,目前市場(chǎng)上較有名的產(chǎn)品有德國DEHN及英國的Furse、法國的Citel等.從性能價(jià)格比較,Furse性能好但價(jià)格昂貴,Citel性能和價(jià)格都不占優(yōu)勢(shì), DEHN則較理想;防雷電是技術(shù)性較強(qiáng)的一門專業(yè)知識(shí),最好在專業(yè)人員的指導(dǎo)下,進(jìn)行避雷器的選型和安裝.