浅析电气设备机房的电涌防护

任维远　刘高锋

随着电子技术快速发展，集成电路对电压和电流脉冲的敏感程度越来越高，外部电涌过电压和内部电涌已成为电子设备损坏和工作中断的主要因素之一。保证精密电子设备系统能正常工作的基本要求是电涌防护设计应正确并很好的协调配合，以免外部电涌过压及内部电涌所导致的设备损坏。

新建及改扩建工程的重要电气设备机房应采用高品质电源电涌防护器，对整个电气系统提供完善的电涌防护措施，同时语音、数据及图象等金属导体有线传输的弱电网络也应做好电涌防护，这是确保该类设备正常工作的重要技术环节。

1.电气设备机房电涌防护措施分析

1.1安装了直击雷防雷设备的电涌防护不可忽视

直击雷防雷设备的作用是接闪，即防止雷电直接击中机房所在建筑物以及接闪器保护范围内的各种金属管线和用电设备。对于在接闪器保护范围外的各种金属导线以及由直击雷所产生的感应雷电和建筑物内所产生的内部电涌是不能保护的。对于由电力故障所产生的部分外部电涌也是不能保护的。这包括：高压/低压动力电源线、部分网络和专用数据通信线被雷电直接击中，建筑物内的感应电动机、备用发电机、中央空调、电梯等产生的内部电涌，电力故障所产生的各种外部电涌，因为静电感应、电磁感应、电位反击等所造成的各种感应雷电等等。因此必须要加装电涌保护器以保护电源线和数据线。

1.2机房接地不可等同于设备的电涌防护

机房接地是计算机设备和精密电子设备正常工作的需要。机房接地主要是可以防止静电（如静电荷出现积累，可以从地线泄放掉），这样可以保护机器和人员的安全；另外有些设备接地后才可以正常的工作（不接地会受到电磁干扰、以及无基准点）。所以机房接地并不是用来防止雷电，也是防止不了雷电的，必须要加装电涌保护器才可以防止雷电和内部、外部电涌。

1.3采用UPS供电的设备仍需要做电涌防护

UPS的作用是对供电系统突然停电或电压不足提供支持，在突然断电时，UPS保护电气和电子系统、处理控制器和数据免受部分或全部的损坏。有些UPS带有低能的电涌抑制器。这种内置的低能抑制器只能用来保护和UPS相连的负载免受能量有限的弱电涌的袭击，因此，不能作为专门的解决电涌问题的方案。更重要的是：有研究表明UPS设备中的敏感电气控制线路极易受到电涌的破坏。而这些线路经常是监视UPS的工作状态以及UPS的交流电源的输入、输出状态的。1884年成立的电气与电子工程师协会（1EEE），是世界最大的技术专业团体，曾十分关注UPS可能受到的破坏，并在IEEE标准1100—1992中专门编写了一章9.11.3：UPS电涌防护。其中指出：雷电和其它产生瞬态电压的现象，对大部分UPS设备和敏感的电气负载设备是有害的。因此，建议UPS的整流器输入系统和辅助的UPS旁路系统（包括人工保养的旁路系统）都应加装IEEE.41—1991标准中规定的有效电涌防护装置。

2.电涌保护分级

我国在机房建设的电涌防护方面有明确的要求，要求所有机房必须要做直击雷电防护和接地网的建设；要求有条件的机房和比较重要的机房必须进行感应雷电的防护。对于最新的计算机机房和通讯机房的建设规范中都明确要求要进行感应雷电的防护；《气象法》中明确要求政府机关和有条件的单位在建设机房时要考虑雷电电涌防护问题；在最新的建筑电气设计规范中，明确要求进行感应雷电的防护；在许多行业的机房建设规范中都有明确的要求（如银行、金融、电信、税务、政府机关、法院、公共市政设施等），必须进行机房的电涌防护。

所有敏感电气设备的运行都是在严格的电压范围内进行的，超过1kV的高速过电压对电气设备都非常危险。任何雷电保护措施的目的，都是要把过电压限制在1kV以下。电涌保护一般分三级，其目的是把过电压钳制到安全的范围内。

3.电涌防护器的选择

应选择一个技术先进的制造商，产品应具有详细的说明书、技术指标、产地、符合各方面的标准证书及有销售许可证书等。

（1）设计是否有利于用户并且容易安装。理想的产品应该是一个小型、紧凑并且能够安装在现有的空间内，同时易于安装。电涌防护器本身的体积尺寸越大，它固有的内部线路电感就越大；防护器本身体积小，电感也小，防护效果就更好；小体积防护器的另一个优势是可以安装在*近配电箱处，因为连线本身也有电感，连线长，对防护系统的限制水平的不良影响也就越大，因此在安装电涌防护器时越*近配电箱越好，最好是在15cm以内。在电气设备狭小的空间内不可能安装大体积的防护器。

（2）反应时间。电涌防护器的反应时间必须比电涌的速度快。反应时间在毫微秒（纳秒）级均符合技术要求。

（3）一次能够处理的最大电流。最大电流即峰流是一个电涌防护器的处理最大电流的能力。Bellcore实验室（AT&T;—Bell实验室的研究机构）为了保护它高度计算机化的实验中心，进行了广泛的调研，明确了电涌防护器处理最大电流的能力和所需的技术参数，一个20kA的电涌防护器即可满足要求。由此可见，在任何建筑物内的分支线供电箱处安装一个80kA的电涌防护器，便足以解决任何可能出现的电涌问题。对多雷击区的贵重电气设备，应在建筑物人口的交流配电箱处安装一个较大的防护器，型号从65kA到l60kA。

（4）吸收能量的能力。电涌防护器吸收能量的能力以焦耳来衡量，焦耳值越高，电涌防护器的使用寿命越长。

（5）钳制电压的能力。也就是将过电压钳制到电气设备所能承受的安全范围之内的能力。计算机被设计在一定电压范围内使用，如果超出了这个范围就会导致计算机的损坏。因此电涌防护器必须把过电压钳制到安全水平。1998年6月1开始实施的GAl73—1998标准规定：用于220/380V电力系统的计算机防雷保安器（电涌防护器）的钳制电压应小于或等于2kV。

（6）符合国际和国家标准。国际标准，包括UL449、IEEE、NEMA和IEC。在我国同样有相应的标准，公安部公共信息网络安全监察局要求：所有用于保护计算机的防雷保安器（本文称为电涌防护器），都必须根据GAl73—1998的标准通过检测并获得销售许可证后，方可销售。

（7）产品的可靠性及制造商的客户单。了解制造商的客户单以及厂家从事产品生产的历史有助于了解厂家的信誉和其产品的可靠性。

（8）质量保证。保质期限的长短体现了制造商对其产品是否不出问题、并长久的保护设备的自信心。

4.电涌防护器设置

最大的电涌产生在建筑物外，由雷电和电力公司切换负载所致，这种感应电涌可沿电力线传输，进入建筑物内。电源系统电涌防护器的具体配置应根据供电系统接地型式选择。220/380V供电系统接地型式常采用的有TN-S、IN-C-S、TT、IT四种。

设计时，一般根据电源装置所处区域按通流能力三级配置电涌防护器：

一级（总配电柜，不低于LPZl区内），Up=2.0kV，Imax=65kA（8/20μs）。

二级（分配电柜，不低于LPZ1区内），Up=1.2/1.8kV，Imax=40kA（8/20μs）。

三级（设备处，不低于LPzl区内），Ures<1kV，Imax=6.5kA（8/20μs）。

交流电源与计算机的电源相连，数据线把计算机与电话线或局域网连接在一起；给计算机提供电源的交流电源线路、将计算机与电话通信网、数据网或其他局域网连接在一起的数据线路，电涌可以通过这些线路破坏性地干扰计算机。因此，与计算机相连的电源和数据线都需要安装电涌防护器。