刘贤权（煤炭工业济南设计研究院有限公司 山东济南 250031）
摘要：UPS（不间断电源）主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。就目前而言，其还不能够完全抗击雷电电击，特别是感应雷击。因此，UPS 电源的防雷研究，对提高其系统的可靠性具有重要意义。
关键词：UPS；多级防护；避雷器；自然接地；防雷
在我国，一些信息通信网络系统的应用单位的UPS 电源设备还没有完全建立较为有效的雷电防护措施。计算机设备、网络设备和通信设备普遍存在着绝缘强度低、过电压耐受能力差等致命弱点，一旦遭遇雷击浪涌过电压的冲击，轻则造成这些电子系统的运行中断，重则击毁计算机设备、网络设备及其他各种通信设备，造成整体计算机网络系统和通信系统的瘫痪。
一、雷电对于UPS 电源的危害对于微电子设备来讲，危害最大的是雷电电磁脉冲：1)UPS 电源的市电输入端口是滤波单元，一般包括MEI 滤波器与RFI 滤波器，而根据雷电流的频谱特点，其90%以上的能量集中于1MHz 以下，直流成分占60%以上。当雷电来临，UPS 位于电源线路的最前端，首当其中受到攻击。2)现在不少UPS 增加了避雷功能，但即使是这样，如果没有按照规范设计的完整的防雷体系，其也无法保护用电设备不受雷电侵害的。3)UPS 电源，特别是智能化的UPS 电源，本身含有大量的集成电路。而且越来越多的UPS 带有智能管理系统，信号线也成为雷电电磁脉冲侵入的通道。从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 电源。
二、UPS 电源防雷的多级防护目前，UPS 内部有的安装有防雷器件，有的则没有。其只能对一些信息通信设备过电压和很小的杂散电流起着电源净化的保护作用，或者虽然具有良好的防雷电措施，但还不能完善地保护UPS 电源本身，一旦遇到强烈的雷电电击，还不完全能够通过保护自身进而达到保护其它设备电源。对UPS 电源系统的雷电防护，应根据国家规定的有关规范以及应用环境的具体情况，因地制宜制定出切实可行的解决方案,建立有效的、科学的、经济的防雷系统。
多级防护是按照电磁兼容的原理，分层次地对雷电流进行削弱，在动力线进户配电柜、楼层配电柜以及机房进户配电盒，安装适当规格的避雷器。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。此外，要完善外部防雷设施，做好机房接地，根据《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。需要注意的是，不管采用怎样的接地系统，等电位连接都是非常重要的。
对于多级雷电防护措施，在《建筑物防雷设计规范》、IEC61312-1都有明确的防雷分区概念，将需要雷电防护的区域分为：1）LPZOA（OA 区）：该区内的各物体都可能遭受直接雷击，同时在该区内雷电产生的电磁场能自由传播，没有衰减。2）LPZOB（OB 区）：该区内的各物体在接闪器的保护范围内，不会遭受直接雷击，但该区内的雷电电磁场因没有屏蔽装置，雷电产生的电磁场也能自由传播，没有衰减。3）LPZ1（1 区）：该区内的各个物体因在建筑内，不会遭受直接雷击，流经各导体的电流比LPZOB 区更小，本区内的雷电电磁场根据屏蔽措施的不同而有不同衰减。4）LPZ2（2 区）：当需要进一步减小雷电和电磁场时，应引入后续防雷区，并按照需要保护系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。
三、UPS 电源防雷的避雷器选择
避雷器产品市场目前比较丰富，应尽量选择有信誉、质量可靠的避雷器，比如：三相电源V25-B+C/3+NPE 避雷器、单相电源避雷器V20-C/3+NPE 等。选择避雷器，要满足以下三条基本条件：1）安装避雷器后，在无电涌发生时，避雷器不应对电气（电子）系统的正常运行产生影响。2）安装避雷器后，在有电涌发生的情况下，避雷器能承受预期通过的雷电流而不损坏，并能钳制电涌电压和分走电涌电流。3）在电涌电流通过后，避雷器应迅速恢复高阻状态，切断工频续流。一般情况下，我们将避雷器安装在被保护设备以及UPS 前端，避雷器所有连接导线应尽可能的短，特别是接地线，其长度不宜大于0.5m。所有连线应规整，平直，线径符合相关要求（如表一所示）。
在接线方式上最好采用凯文接线方式，最大限度地减少引线上的感应电压。重要的机房还需要在UPS 输出端安装V10-C/1+NPE 避雷器或PTX-20 机柜专用避雷箱。UPS 电源专用避雷箱和UPS 电源必须进行接地，接地电阻一般应不大于4 欧姆，避雷器和UPS 电源要进行等电位连接，UPS 输出线路要有地线。接地系统最好采用高质量的接地模块，这些可以保证接地电阻的可靠性和抗腐蚀性。
四、UPS 电源防雷的自然接地在实际中，我们可以用自然接地防止UPS 电源遭受雷击，具体应注意以下几点：1)置换材料必须磨碎，最好过筛，避免使用成块的废渣或直接填入晶状的食盐。2)置换材料应保持30%的湿度。湿度过大，不易打紧，导电物质易于流失；湿度过小，可溶物不易溶解、也不易打紧。3)人工接地坑(沟)挖好以后，在填入置换材料之前，应保持坑壁潮湿，或适当喷水，使置换材料能与坑壁紧密结合。4)置换材料应分数次填入人工接地坑(沟)中，每境一层，应加水捣紧一层，使置换材料与坑壁、接地体表面紧密接触。5)为了防止置换材料中可溶物的流失，以及减小因季节对置换材科电阻宰的影响，在置换材料的上方可填置一层低电阻率的粘土。6)最好不要在零度以下施工，土地的冻结会影响置换材料的致密度以及与坑壁的结合。7)接地体一般不要求镀锌或镀锌铅，但应适当增加直径或截面积。应充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物，以及上下水金属管道等自然接地体。
五、小结总之，对UPS 电源进行防雷研究，对提高其系统的可靠性具有重要意义。UPS 电源的雷电防护，是一专业性很强的工作，要注综合考虑接闪、屏蔽、接地、等电位、分区防雷等各项因素，同时，做好接地系统是防雷系统的基础与关键。
参考文献：[1]胡清.UPS 电源及其雷电防护[J].铁路计算机应用，2005.[2]王建平.浅谈信息通信UPS 电源雷电防护系统的应用[J].科技情报开发与经济，2009.作者简介：刘贤权（1969 年2 月），男，山东济南，电气、通信专业高级工程师，工商管理硕士，现在煤炭工业济南设计研究院有限公司从事电气、通信专业设计。
论文作者:刘贤权
论文发表刊物:《电力设备》第01期供稿
论文发表时间:2015/9/22
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