不間斷電源的雷電防護方法研究

民航華北空管局技術保障中心 楊 凱

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不間斷電源的雷電防護方法研究

民航華北空管局技術保障中心 楊 凱

【摘要】不間斷電源在網絡通訊信息系統的定義是一種能給系統帶來穩定、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停電帶來的問題，其交流穩壓功能能有效解決網壓劇烈波動的問題，其凈化功能能有效解決電網和電源的文然功能，其管理功能能有效解決交流動力維護的問題。因此，做好對不間斷電源的雷電防護工作是確保網絡通訊信息系統安全的重要保障，意義重大。本文簡要分析了對不間斷電源進行雷電防護的重要性，并重點探討了其有效的防護措施。

【關鍵詞】不間斷電源；雷電防護；UPS；有效措施

0　引言

在聯合國國際減災十年上所公布的一些對人類生產生活活動有較大影響的災害中，雷電災害也榜上有名。我國地處亞熱帶季風區，雨季較多，伴隨的雷電災害也較多，對人類的日常生產和生活帶來極大的破壞，尤其是一些雷電集中地區。不間斷電源是一種系統性的發電工具，已經被廣泛應用到各個領域。但是不管是網絡通訊還是計算機設備，目前我國不間斷電源的絕緣強度較低等問題凸顯，帶來的就是抗電壓能力低，一旦受到雷電沖擊的話，就會中斷運行、甚至引發火災等，帶來巨大的損害。因此，如何做好不間斷電源的雷電防護工作是當前亟需解決的問題。

1　不間斷電源雷電防護的重要性

UPS（不間斷電源系統）是網絡通訊設施的“保護神”，在很多領域已經得到廣泛使用，且作用越來越大。但是隨著人類對自然的不斷破壞，包括雷電在內的自然災害越來越頻繁，加上很多不間斷電源會有很大部分藏在室外，會嚴重危害和沖擊到不間斷電源的正常運行。因此，做好不間斷雷電防護的工作是極為重要的，不僅能確保不間斷電源的正常工作，保護工作人員的用電安全及其身心健康，還能有效促進國相關事業的快速、可持續發展。

目前，UPS（不間斷電源系統）的雷電危害主要是雷電電磁脈沖。據相關研究表明，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，主要原因表現在以下三點：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，使得信號線也成為了雷電侵入的路徑，加大了雷電沖擊對不間斷電源的危害，這從一些我國的雷電區就能看出。比如，安裝在海南某單位的一臺不間斷電源，從安裝后一直到運行的半年時間都比較正常，但是一旦被雷電沖擊后，不間斷電源在開機運行一段時間后，就會很奇怪的從逆變器供電自動轉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器的避雷效果，就在生產時增加了避雷的功能，如在不間斷電源的輸入端口設置一個MOV避雷模塊，甚至有一些進口的名牌還會在不間斷電源的內部按照IEC801-5的規則標準安裝一些避雷模塊，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，根據很多相關研究和統計的數據顯示，直擊雷電在一般低壓架空線路產生的過壓幅值高達 100kV，電信線路高達 40 kV -60kV。同時，感應雷電過壓幅值在無屏蔽架空線上，最高標準會達到20kV，無屏蔽地下電纜會達到10kV，如果沒有按照規范設計的完整的防雷體系，即便是這樣的不間斷電源也無法保護用電設備不受雷電侵害。

此外，從目前國內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以上涉及到網絡通訊信息系統，并且普遍上都有不間斷電源的雷電沖擊[2]。因此，加強對不間斷的雷電防護是極為必要的。

注：雷電危害示意圖

2　不間斷電源雷電防護的有效措施

對UPS（不間斷電源系統）的雷電防護，基本原則是要遵循國家出臺的相關政策及規范，同時按照實際的環境、結合地區實際發展情況來指定符合自身發展、針對性強的解決措施，以建立一套完善、科學的防雷系統。

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的基本工具，不管是企業、還是家庭，大多數都安裝了避雷器。隨著社會科學技術的不斷發展，出現了很多不同類型型號、廠家的避雷器，這就需要工作人員及其相關部門在采購及選擇避雷器時要謹慎認真。選擇避雷器的整體原則必須要經相關部門備案的產品且性能和質量至少合格。具體上看，首先，選擇的避雷器在安裝后且無電涌發生時，避雷器不會對電子或電氣系統的日常運營造成不良的影響；其次，選擇好的避雷器在安裝后，且在有電涌發生時，避雷器能承受住預期通過的雷電流且沒有損壞，最為關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，避雷器能快速恢復到高阻的狀態，且能迅速切斷工頻續流。

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設備和不間斷電源前端的，而避雷器所有的連接導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[3]。

2.2健全外部設施，做好機房的接地工作

不間斷電源雷電防護相關部門及工作人員必須要按照《電子計算機房設計規范》來做好直流工作場所、交流工作場所、保護場所和防雷接地工作[4]。需要注意的是，在做好這些工作時，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際要求來定論，比如要分設接地的話，工作人員必須要在兩個接地之間安裝一個等電位共地聯結器。因為不斷使用什么樣的接地系統，等電位連接是極為關鍵的。此外，不間斷電源保護的數據系統一般都是比較龐大的，能很快的就對雷電反擊有所反應和回應，因此即便是一個很小的電位反擊，也會帶來不可忽視的損失。可見，最好機房的接地工作，完善外部防雷設施是多么重要。2.3明確防雷分區，進行多級雷電防護

在對不間斷電源的雷電防護工作中，雷電防護部門及相關工作人員必須要根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》、《建筑物防雷設計規范》等相關規范合理明確防雷分區，進而開展有針對的、多級雷電防護手段[5]。

1）LPZOA(OA區)。這個區域內是最容易受到雷電沖擊的區域，內部的各物體都可能遭受直接雷擊，同時在該區內雷電產生的電磁場能進行自由傳播，沒有衰減。

2）LPZOB(OB區)。這個區域受到雷電沖擊的可能性比OA區小，且受到直接雷電沖擊的概率幾乎沒有，主要是因為該區內的各物體在接閃器的保護范圍內。不過，區內的雷電電磁場因沒有屏蔽裝置，雷電產生的電磁場也能進行自由傳播，沒有衰減。

3）LPZ1(1區)。這個區域受到雷電沖擊的可能性比OB區還小，且不會受到雷電的直接沖擊，主要是因為該區內的各個物體因在建筑物內。同時，該區域流經各導體的電流比LPZOB區更小，區域內的雷電電磁場會按照屏蔽措施的不同而有不同衰減。

4）LPZ2(2區)。該區域受到雷電沖擊的可能性是最小的，措施上，一旦需要進一步減小雷電和電磁場時，應引入后續防雷區，并按照需要保護系統所要求的環境，選擇后續防雷區的要求條件。

3　結語

總之，隨著智能化不間斷電源的不斷應用和推廣，不間斷電源已經不再是一個單純的供電產品，而是一個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行的主要危險因素，必須要重視和加強對不間斷電源的雷電防護。在實際操作中，相關部門及工作人員必須要合理選擇避雷器，并完成安裝；健全外部設施，做好機房的接地工作；要明確防雷分區，進行多級雷電防護。

參考文獻

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

[2]楊永鵬,何聯合.電涌防護器在石油化工裝置中的應用[J].石油化工自動化,2014,36(06):19-20.

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

[4]李嬌媚,王貴波.關中環線站場儀表系統防雷工程設計淺析[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].中國高新技術企業,2016,30(12):09-10.

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

作者簡介：