UPS及电源防雷害问题探讨 [转自防雷天地]
广东省防雷科技工作者协会
1、 问题的提出.
1.1、 今日,UPS作为电脑网络和通讯系统的“保护神”,已得到普遍使用,大多数在业者认为,UPS除了提供不间断电源和净化电源的作用外,还能有效地保护电源免遭雷击的侵害,对此,笔者有不同的看法,下面略举实例说明之.
1.2、 一九九七年十月的一天,广州市荔湾区某证券营业部上空“轰隆”一声炸雷,二块大屏幕显示器顿时变成“白板”,调制解调器、网卡及二台美国名牌UPS全被击坏.电脑部经理满脸迷惑:“营业大楼有完好的避雷针、引下线、防雷接地体等外部防雷措施,有UPS保护电源,电脑机房是新做的独立工作地线,接地电阻为1.6欧姆,为什么还会被雷击坏?!
1.3、 其实,上述例子多得不胜枚举,一九九七年五月广东省从化市某水电站二台UPS遭雷击坏,广东省移动通讯局湛江地区微波站的UPS多次被雷击坏,据《深圳商报》一九九八年五月十五日“科技之苑”专栏报道:一九九六至一九九七年的雷电灾害损失事例类型来看,90%以上涉及电脑网络及通讯系统,而且基本上都有UPS保护电源.
1.4、 事实表明:雷击发生时,UPS不仅不能有效地保护电源而且自己也常被雷击坏,以下笔者将简要地从理论上进行分析.
2、雷害的成因及分类.
众所周知,雷电是一部分带电云层与另一部分带异种电荷的云层或者是带电云层与大地之间迅猛的放电,其瞬间功率可高达109—1012瓦特,强大雷电流将产生极高的热的、机械的、电磁的作用,造成人畜伤亡,空中飞行物,地面建筑及设备的严重破坏, 引起森林火灾等.一七五三年富兰克林发明避雷针,为近代防雷害技术奠定了基础.时至今日随着科学技术的发展,计算机网络及通信系统等电子设备之泛的应用,雷电造成电子设备的损害事例成几何级数增长,在我国华南地区,电子设备遭雷击事故占雷害事故比例三分之二以上.防雷专家们通过对其破坏机理的深入研究,从雷电损害电子设备的入侵途经,大致分为三种类型:
2.1、 直击雷.闪电直接击中架空在野外,或山上的电源线、电话线或天线上,雷电能量非常大,严重时会导致线缆熔化,设备的元器件烧焦、炸裂.雷电高压沿线路直接入侵设备,这种情况在高山通信站、城郊、乡村较常发生.
2.2、 感应雷.在雷电放电过程中,无论是云与云、或云对地之间放电都将产生强大的静电感应和磁场感应.在邻近的架空线路,埋地线路和导体上产生感应过电流或过电压,当耦合到电子设备上时,可直接击毁设备.这种由雷电引起的静电感应和电磁感应统称为感应雷.感应雷一般没有直击雷那么猛烈,但因其是通过静电感应和电磁感应产生作用,故可在较大范围内多个小局部同时发生雷灾.感应雷发生的概率大大多于直击雷,尤其是自控设备、计算机网络、通讯系统等,常因动力线、网络通讯线感应过压或过流而损坏,故对这类设备而言,感应雷的危害往往远大于直击雷.
2.3、 雷电反击.当建筑物接闪器(避雷针、网、带)接闪雷电时,在强大雷电流通过引下线入地网泄放大地的瞬间,引起建筑物附近地电位急剧变化,通过各分立接地及接地线引入高电位,对设备造成反击而损坏.这种情况相对前者两种雷击发生较少,但对设备损害最为严重.
3、 雷电击毁UPS的原因分析:
UPS为其它设备提供不间断、净化电源,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,电源导线上的过流过压经过配电系统,首先冲击UPS,而UPS的稳压范围一般单相在160~260V,三相在320~460V之间.要防止瞬间10~20千伏的雷电冲击波的过压幅值是不可能的,这就是UPS遭雷击坏的主要原因.大部分UPS生产厂家都认识到这一点,因此他们在UPS内面安装防雷器件,以达到保护UPS的目的,对此,笔者根据目前正在市面上销售和已经使用的国内外UPS的防雷功能进行分类分析,以让读者得到更深入的了解.
3. 1、未安装防雷器件的UPS,这类UPS包括早期生产和目前部份小功率的UPS,其防雷功能可以说“无”,只能对市电网过电压或很小的杂散电流起着电源净化的保护作用.当雷击来临时,它本身首当其冲被击坏.
3.2、内部安装有防雷器件的UPS,这里分二种类型:
3.2.1、装有不合标准的防雷器件的UPS,这类UPS生产厂家为了节省成本,只是象征性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.
3.2.2、部分进口名牌UPS及几家国内著名UPS生产厂家在其UPS内部,根据国际IEC801-5的标准(抑制吸收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8/20微秒.)安装有标准的防雷器件,这一类UPS是否可以完善地保护UPS自身,并通过保护自身而达到保护其它设备电源的免遭雷电的侵害的目的呢?答案是否定的.根据科学家们长期测定的统计资料表明,直击雷电在一般低压架空线路产生的过压幅值高达100KV,电信线路高达40~60KV.感应雷电过压幅值在无屏蔽架空线上最高标准达20KV,无屏蔽地下电缆可达10KV,可想而知,即使装有符合IEC801-5标准防雷器件的UPS,假如其电源线路前端(配电室、房、柜、箱)没有加装有效的高能量防雷器件等配置,这类UPS同样会遭受毁损性雷击的命运.智能化UPS中,遥控用通信线路RS232或RS485接口,有的没有装抗浪涌电路,有的仅装小功率浪涌抑制电路,更无法防止感应雷击了.
3.3、综上所述,内装防雷器件UPS能有效地保护电源免遭雷电侵害的论点明显是错误的,而以这种思想去指导工作实践的同业者们,敬请尽快纠正过来,采取妥善的防雷措施,保护你们贵重的UPS及其它设备.
4、 怎样做好UPS及电源的防雷害:
由前面雷电损害电子设备的三种类型得知,直击雷、感应雷和雷电反击都有可能对UPS及电源造成损害,因此要做好UPS和电源的防雷害必须严格遵守综合防雷的原则.
4. 1、完善设备所在建筑物外部防雷系统,根据我国标准GB50057-94《建筑物防雷设计规范》,安装接闪器(避雷针、网、带、高层建筑的均压环),引下线及防雷地网设施.
4.2、做好机房接地,根据我国B50174-—93《电子计算机房设计规范》,交流、直流工作地、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,如必须分设接地,则必须于两地之间加装等电位共地联结器.
4.3、做好线路防雷:
4.3.1、在动力室电源进线总配电盘上安装并联式电源专用高能量避雷器,构成第一级衰减.
4.3.2、在机房配电柜空气开关后,安装适当容量的并联式低压电源避雷器,或在UPS专用配电盘上,安装适当容量的串联式低压电源避雷器,构成第二级衰减.
如图表4.3.3所示:
市电 动力室 ~ =
总配 低压避雷器 电子开关 低压避雷器
电盘 = ~
高能量 负
一级避雷器 同步锁相 载
控制电路
UPS
图4.3.3
4.3.3、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.
4.4、 机房布线要求不能沿外墙敷设,以防止雷击时墙内钢筋瞬间传导强雷电流时,磁场感应机房内线路,把设备击坏.
5、 避雷器的选择及安装:
5.1、选用质量可靠,性能优良,能量匹配恰当的避雷器,也是做好电源及UPS防雷的关健,目前市场上较有名的产品有德国DEHN及英国的Furse、法国的Citel等.从性能价格比较,Furse性能好但价格昂贵,Citel性能和价格都不占优势, DEHN则较理想;防雷电是技术性较强的一门专业知识,最好在专业人员的指导下,进行避雷器的选型和安装.
