電氣設備機房的電涌防護

電氣設備機房的電涌防護摘要：隨著電子技術快速進展，集成電路對電壓和電流脈沖的敏銳程度越來越高，外部電涌過電壓和內部電涌已成為電子設備損壞和工作中斷的要緊因素之一。保證周密電子設備系統(tǒng)能正常工作的差不多要求是電涌防護設計應正確并專門好的和諧配合，以免外部電涌過壓及內部電涌所導致的設備損壞。另外，必須選用合格同時品質優(yōu)秀的產品隨著電子技術快速進展，集成電路對電壓和電流脈沖的敏銳程度越來越高，外部電涌過電壓和內部電涌已成為電子設備損壞和工作中斷的要緊因素之一。保證周密電子設備系統(tǒng)能正常工作的差不多要求是電涌防護設計應正確并專門好的和諧配合，以免外部電涌過壓及內部電涌所導致的設備損壞。另外，必須選用合格同時品質優(yōu)秀的產品。

新建及改擴建工程的重要電氣設備機房應采納高品質電源電涌防護器，對整個電氣系統(tǒng)提供完善的電涌防護措施，同時語音、數據及圖象等金屬導體有線傳輸的弱電網絡也應做好電涌防護，這是確保該類設備正常工作的重要技術環(huán)節(jié)。1

電涌的產生

電涌是微秒量級的專門大電流脈沖，其波頭時刻一樣在0．25~20μs，其單位能量一樣在2．5~10MJ／Ω。它可使電子設備受到瞬態(tài)過電壓的破壞。每年半導體器件的集成化都在提高，元件的間距在減小，半導體的厚度也在變薄。這使得電子設備受到瞬態(tài)過電壓破壞的可能性越來越大。假如一個電涌導致的瞬態(tài)過電壓超過一個電器設備的承擔能力，那么那個電器元件或設備或者被完全破壞，或者使用壽命大大縮短。

雷電是導致電涌最明顯的緣故，雷電擊中輸電線路導致龐大的經濟缺失。每一次電力公司切換負載而引起的電涌都縮短各種運算機、通訊設備、儀器外表和PLC的使用壽命。另外，大型電機設備、電梯、發(fā)電機、空調、制冷設備等也會引發(fā)電涌。UPS也可能被電涌摧殘。

建筑物頂部的接閃器在防直擊雷時可將大部分的放電分流入地，幸免建筑物的嚴峻損壞。UPS不間斷電源處理電壓的嚴峻下降。二者專門有用，但都不能愛護運算機免受電涌的破壞，而且UPS本身集中使用了專門多微處理器，也有可能被電涌摧殘。

27年前，IBM發(fā)覺電涌更為常見的來源是電力公司的電網開關和大型電力設備(如空調和電梯)。每天都有如此的電涌通過配電盤進入工作室破壞電子設備或縮短其使用壽命。因此，在美國幾乎所有的有運算機或其它敏銳電氣設備的建筑都安裝了電涌愛護器。1999年11月15日北京五星級酒店式治理的高調大廈寫字樓里的運算機被電涌突擊，一部分運算機主板被破壞，一部分運算機被反復啟動，有的運算機主板被電涌突擊后使用壽命縮短一半。2

電涌防護原理電涌防護采納電涌防護器，一樣電涌防護器采納MOV技術，它和火花間隙技術是不同的。電涌不能被阻止，因為它包含的能量太強。正是由于這種緣故，愛護敏銳電氣設備免受電涌損壞的策略是把電涌從設備分流。理想的電涌防護器在電力線上應是覺察不到的，而當電壓達到一定的限值時，應趕忙動作，分流余外的能量入地。

MOV工作原理正是如此，直到電涌顯現，它才動作，否則就靜止地掛在電源線上，充當電源正常運行時的“守護神”。當電壓升高達到頂先設定的水平常，MOV趕忙動作，響應時刻為1~3毫微秒。MOV中的“V”是變阻器，在響應的一瞬時，MOV的電阻從完全值降到近乎零歐姆。MOV使瞬態(tài)高電壓找到了入地的通路。吸引過電流遠離敏銳的電氣設備。MOV把過電壓漏泄掉。電氣設備連續(xù)在正常的工作電壓下運行。

火花間隙技術的意圖是同樣的，該技術的核心是兩個電極，形狀象牛角，由絕緣材料分開，彼此間有專門短的距離。火花間隙的工作原理和雷電的工作原理一樣，當兩個角型的電極間電位差達到一定程度時，電荷穿過兩個角型的空間打火放電，并給放電提供了人地的通路。

使用火花間隙技術應付電涌猶如用火來應付火。來自世界聞名的采納火花間隙技術的生產廠家的安裝指南中提醒使用者“每當使用火花間隙技術的電涌防護器動作時，熱量和壓力從防護器的尾部開釋出來”。并提醒用戶：由此產生的熱量和壓力可能產生短路或火災。由于該緣故和其它緣故，IEC61643—1安全規(guī)范要求采納火花間隙技術的電涌防護器配有一個限制保險(F2)，在系統(tǒng)保險(F1)工作前，F2將熔斷。這種增加的保險極大地降低了火花間隙技術的電涌防護器可能處理過電流的能力。實際上，增加該保險的容量決定了火花間隙技術電涌防護器的電流處理能力。3

電氣設備機房電涌防護措施分析3．1

安裝了直擊雷防雷設備的電涌防護不可忽視

直擊雷防雷設備的作用是接閃，即防止雷電直截了當擊中機房所在建筑物以及接閃器愛護范疇內的各種金屬管線和用電設備。關于在接閃器愛護范疇外的各種金屬導線以及由直擊雷所產生的感應雷電和建筑物內所產生的內部電涌是不能愛護的。關于由電力故障所產生的部格外部電涌也是不能愛護的。這包括：高壓／低壓動力電源線、部分網絡和專用數據通信線被雷電直截了當擊中，建筑物內的感應電動機、備用發(fā)電機、中央空調、電梯等產生的內部電涌，電力故障所產生的各種外部電涌，因為靜電感應、電磁感應、電位反擊等所造成的各種感應雷電等等。因此必須要加裝電涌愛護器以愛護電源線和數據線。3．2

機房接地不可等同于設備的電涌防護

機房接地是運算機設備和周密電子設備正常工作的需要。機房接地要緊是能夠防止靜電(如靜電荷顯現積存，能夠從地線泄放掉)，如此能夠愛護機器和人員的安全；另外有些設備接地后才能夠正常的工作(不接地會受到電磁干擾、以及無基準點)。因此機房接地并不是用來防止雷電，也是防止不了雷電的，必須要加裝電涌愛護器才能夠防止雷電和內部、外部電涌。3．3

采納UPS供電的設備仍需要做電涌防護

UPS的作用是對供電系統(tǒng)突然停電或電壓不足提供支持，在突然斷電時，UPS愛護電氣和電子系統(tǒng)、處理操縱器和數據免受部分或全部的損壞。有些UPS帶有低能的電涌抑制器。這種內置的低能抑制器只能用來愛護和UPS相連的負載免受能量有限的弱電涌的突擊，因此，不能作為專門的解決電涌問題的方案。更重要的是：有研究說明UPS設備中的敏銳電氣操縱線路極易受到電涌的破壞。而這些線路經常是監(jiān)視UPS的工作狀態(tài)以及UPS的交流電源的輸入、輸出狀態(tài)的。1884年成立的電氣與電子工程師協(xié)會(1EEE)，是世界最大的技術專業(yè)團體，曾十分關注UPS可能受到的破壞，并在IEEE標準1100一1992中專門編寫了一章9．11．3：UPS電涌防護。其中指出：雷電和其它產生瞬態(tài)電壓的現象，對大部分UPS設備和敏銳的電氣負載設備是有害的。因此，建議UPS的整流器輸入系統(tǒng)和輔助的UPS旁路系統(tǒng)(包括人工保養(yǎng)的旁路系統(tǒng))都應加裝IEEE．41—1991標準中規(guī)定的有效電涌防護裝置。4

電涌愛護分級

我國在機房建設的電涌防護方面有明確的要求，要求所有機房必須要做直擊雷電防護和接地網的建設；要求有條件的機房和比較重要的機房必須進行感應雷電的防護。關于最新的運算機機房和通訊機房的建設規(guī)范中都明確要求要進行感應雷電的防護；《氣象法》中明確要求政府機關和有條件的單位在建設機房時要考慮雷電電涌防護問題；在最新的建筑電氣設計規(guī)范中，明確要求進行感應雷電的防護；在許多行業(yè)的機房建設規(guī)范中都有明確的要求(如銀行、金融、電信、稅務、政府機關、法院、公共市政設施等)，必須進行機房的電涌防護。

所有敏銳電氣設備的運行差不多上在嚴格的電壓范疇內進行的，超過1kV的高速過電壓對電氣設備都專門危險。任何雷電愛護措施的目的，差不多上要把過電壓限制在1kV以下。電涌愛護一樣分三級，其目的是把過電壓鉗制到安全的范疇內。6

電涌防護器的選擇

應選擇一個技術先進的制造商，產品應具有詳細的說明書、技術指標、產地、符合各方面的標準證書及有銷售許可證書等。

1)設計是否有利于用戶同時容易安裝。理想的產品應該是一個小型、緊湊同時能夠安裝在現有的空間內，同時易于安裝。電涌防護器本身的體積尺寸越大，它固有的內部線路電感就越大；防護器本軀體積小，電感也小，防護成效就更好；小體積防護器的另一個優(yōu)勢是能夠安裝在*近配電箱處，因為連線本身也有電感，連線長，對防護系統(tǒng)的限制水平的不良阻礙也就越大，因此在安裝電涌防護器時越*近配電箱越好，最好是在15cm以內。在電氣設備狹小的空間內不可能安裝大體積的防護器。

2)反應時刻。電涌防護器的反應時刻必須比電涌的速度快。反應時刻在毫微秒(納秒)級均符合技術要求。

3)一次能夠處理的最大電流。最大電流即峰流是一個電涌防護器的處理最大電流的能力。Bellcore實驗室(AT&T—Bell實驗室的研究機構)為了愛護它高度運算機化的實驗中心，進行了廣泛的調研，明確了電涌防護器處理最大電流的能力和所需的技術參數，一個20kA的電涌防護器即可滿足要求。由此可見，在任何建筑物內的分支線供電箱處安裝一個80kA的電涌防護器，便足以解決任何可能顯現的電涌問題。對多雷擊區(qū)的貴重電氣設備，應在建筑物人口的交流配電箱處安裝一個較大的防護器，型號從65kA到l60kA。

4)吸取能量的能力。電涌防護器吸取能量的能力以焦耳來衡量，焦耳值越高，電涌防護器的使用壽命越長。

5)鉗制電壓的能力。也確實是將過電壓鉗制到電氣設備所能承擔的安全范疇之內的能力。運算機被設計在一定電壓范疇內使用，假如超出了那個范疇就會導致運算機的損壞。因此電涌防護器必須把過電壓鉗制到安全水平。1998年6月1開始實施的GAl73—1998標準規(guī)定：用于220／380V電力系統(tǒng)的運算機防雷保安器(電涌防護器)的鉗制電壓應小于或等于2kV。

6)符合國際和國家標準。國際標準，包括UL449、IEEE、NEMA和IEC。在我國同樣有相應的標準，公安部公共信息網絡安全監(jiān)察局要求：所有用于愛護運算機的防雷保安器(本文稱為電涌防護器)，都必須依照GAl73—1998的標準通過檢測并獲得銷售許可證后，方可銷售。

7)產品的可*性及制造商的客戶單。了解制造商的客戶單以及廠家從事產品生產的歷史有助于了解廠家的信譽和其產品的可*性。

8)質量保證。保質期限的長短表達了制造商對其產品是否不出問題、并長久的愛護設備的自信心。一旦產品顯現問題，客戶是否能得到快速免費的服務，也是用戶必須考慮的因素之一。6

電涌防護器設置

最大的電涌產生在建筑物外，由雷電和電力公司切換負載所致，這種感應電涌可沿電力線傳輸，進入建筑物內。電源系統(tǒng)電涌防護器的具體配置應依照供電系統(tǒng)接地型式選擇。220／380V供電系統(tǒng)接地型式常采納的有TN—S、IN—C—S、TT、IT四種，各接地型式地供電系統(tǒng)配電箱電涌防護器設置見圖1—圖4。

設計時，一樣依照電源裝置所處區(qū)域按通流能力三級配置電涌防護器：

一級(總配電柜，不低于LPZl區(qū)內)，Up＝2．0kV，Imax＝65kA(8／20μs)；

二級(分配電柜，不低于LPZ1區(qū)內)，Up＝1．2／1．8kV，Imax＝40kA(8／20μs)；

三級(設備處，不低于LPzl區(qū)內)，Ures<1kV，Imax＝6．5kA(8／20μs)。

交流電源與運算機的電源相連，