不间断电源的雷电防护方法研究

民航华北空管局技术保障中心 杨 凯



不间断电源的雷电防护方法研究

民航华北空管局技术保障中心 杨 凯

【摘要】不间断电源在网络通讯信息系统的定义是一种能给系统带来稳定、安全的供电电源。从功能上看，不间断电源的不停电功能能有效解决电网停电带来的问题，其交流稳压功能能有效解决网压剧烈波动的问题，其净化功能能有效解决电网和电源的文然功能，其管理功能能有效解决交流动力维护的问题。因此，做好对不间断电源的雷电防护工作是确保网络通讯信息系统安全的重要保障，意义重大。本文简要分析了对不间断电源进行雷电防护的重要性，并重点探讨了其有效的防护措施。

【关键词】不间断电源；雷电防护；UPS；有效措施

0　引言

在联合国国际减灾十年上所公布的一些对人类生产生活活动有较大影响的灾害中，雷电灾害也榜上有名。我国地处亚热带季风区，雨季较多，伴随的雷电灾害也较多，对人类的日常生产和生活带来极大的破坏，尤其是一些雷电集中地区。不间断电源是一种系统性的发电工具，已经被广泛应用到各个领域。但是不管是网络通讯还是计算机设备，目前我国不间断电源的绝缘强度较低等问题凸显，带来的就是抗电压能力低，一旦受到雷电冲击的话，就会中断运行、甚至引发火灾等，带来巨大的损害。因此，如何做好不间断电源的雷电防护工作是当前亟需解决的问题。

1　不间断电源雷电防护的重要性

UPS（不间断电源系统）是网络通讯设施的“保护神”，在很多领域已经得到广泛使用，且作用越来越大。但是随着人类对自然的不断破坏，包括雷电在内的自然灾害越来越频繁，加上很多不间断电源会有很大部分藏在室外，会严重危害和冲击到不间断电源的正常运行。因此，做好不间断雷电防护的工作是极为重要的，不仅能确保不间断电源的正常工作，保护工作人员的用电安全及其身心健康，还能有效促进国相关事业的快速、可持续发展。

目前，UPS（不间断电源系统）的雷电危害主要是雷电电磁脉冲。据相关研究表明，将近有百分之70以上的雷电安全事故是从电源线侵入的[1]。面对这样的问题，很多不间断电源无法阻挡住雷电电流的侵入，主要原因表现在以下三点：第一，不间断电源的市电输入端口一般都是滤波单元，分为RFI滤波器和MEI滤波器，按照雷电流的频谱特性，有百分之90以上的能量是集中在1MHz以下的，而直流成分却占到了一半以上，即百分之60，这种情况下，一旦有雷电来袭的话，不间断电源作为位于电源线路的最前端，自然而来就受到了猛烈攻击。第二，不间断电源，尤其是一些智能化的不间断电源，一般自身都是含有大量集成电路的，加上越来越多的不间断电源带有智能管理系统，使得信号线也成为了雷电侵入的路径，加大了雷电冲击对不间断电源的危害，这从一些我国的雷电区就能看出。比如，安装在海南某单位的一台不间断电源，从安装后一直到运行的半年时间都比较正常，但是一旦被雷电冲击后，不间断电源在开机运行一段时间后，就会很奇怪的从逆变器供电自动转换到交流旁路电源供电故障。

第三，目前世界上很多的不间断电源生厂商都重视了机器的避雷效果，就在生产时增加了避雷的功能，如在不间断电源的输入端口设置一个MOV避雷模块，甚至有一些进口的名牌还会在不间断电源的内部按照IEC801-5的规则标准安装一些避雷模块，来抑制吸收电源供电线路输入端的雷电典雅和电流的强浪涌，而一般其冲击电压控制在6kv、冲击电流控制在20kA、波形在8/20。但是，根据很多相关研究和统计的数据显示，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 kV -60kV。同时，感应雷电过压幅值在无屏蔽架空线上，最高标准会达到20kV，无屏蔽地下电缆会达到10kV，如果没有按照规范设计的完整的防雷体系，即便是这样的不间断电源也无法保护用电设备不受雷电侵害。

此外，从目前国内外的一些雷电冲击造成损失的案例类型上看，将近百分之90以上涉及到网络通讯信息系统，并且普遍上都有不间断电源的雷电冲击[2]。因此，加强对不间断的雷电防护是极为必要的。

注：雷电危害示意图

2　不间断电源雷电防护的有效措施

对UPS（不间断电源系统）的雷电防护，基本原则是要遵循国家出台的相关政策及规范，同时按照实际的环境、结合地区实际发展情况来指定符合自身发展、针对性强的解决措施，以建立一套完善、科学的防雷系统。

2.1合理选择避雷器并完成安装

避雷器是不间断电源雷电防护的基本工具，不管是企业、还是家庭，大多数都安装了避雷器。随着社会科学技术的不断发展，出现了很多不同类型型号、厂家的避雷器，这就需要工作人员及其相关部门在采购及选择避雷器时要谨慎认真。选择避雷器的整体原则必须要经相关部门备案的产品且性能和质量至少合格。具体上看，首先，选择的避雷器在安装后且无电涌发生时，避雷器不会对电子或电气系统的日常运营造成不良的影响；其次，选择好的避雷器在安装后，且在有电涌发生时，避雷器能承受住预期通过的雷电流且没有损坏，最为关键的是能箝制电涌电压和分走电涌电流；最后，选择的避雷器，在通过电涌电流时，避雷器能快速恢复到高阻的状态，且能迅速切断工频续流。

在避雷器的安装过程中，正常情况下，避雷器是要安装在被保护设备和不间断电源前端的，而避雷器所有的连接导线必须要尽可能的缩短，尤其是接地线。一般而言，避雷器的接地线长度要控制在0.5米以内[3]。

2.2健全外部设施，做好机房的接地工作

不间断电源雷电防护相关部门及工作人员必须要按照《电子计算机房设计规范》来做好直流工作场所、交流工作场所、保护场所和防雷接地工作[4]。需要注意的是，在做好这些工作时，最好使用同一组接地装置，而且接地的电阻要按照最小值的实际要求来定论，比如要分设接地的话，工作人员必须要在两个接地之间安装一个等电位共地联结器。因为不断使用什么样的接地系统，等电位连接是极为关键的。此外，不间断电源保护的数据系统一般都是比较庞大的，能很快的就对雷电反击有所反应和回应，因此即便是一个很小的电位反击，也会带来不可忽视的损失。可见，最好机房的接地工作，完善外部防雷设施是多么重要。2.3明确防雷分区，进行多级雷电防护

在对不间断电源的雷电防护工作中，雷电防护部门及相关工作人员必须要根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》、《建筑物防雷设计规范》等相关规范合理明确防雷分区，进而开展有针对的、多级雷电防护手段[5]。

1）LPZOA(OA区)。这个区域内是最容易受到雷电冲击的区域，内部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进行自由传播，没有衰减。

2）LPZOB(OB区)。这个区域受到雷电冲击的可能性比OA区小，且受到直接雷电冲击的概率几乎没有，主要是因为该区内的各物体在接闪器的保护范围内。不过，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进行自由传播，没有衰减。

3）LPZ1(1区)。这个区域受到雷电冲击的可能性比OB区还小，且不会受到雷电的直接冲击，主要是因为该区内的各个物体因在建筑物内。同时，该区域流经各导体的电流比LPZOB区更小，区域内的雷电电磁场会按照屏蔽措施的不同而有不同衰减。

4）LPZ2(2区)。该区域受到雷电冲击的可能性是最小的，措施上，一旦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。

3　结语

总之，随着智能化不间断电源的不断应用和推广，不间断电源已经不再是一个单纯的供电产品，而是一个有着高度可靠性和重要性的供电中心。而雷电冲击是目前影响不间断电源正常运行的主要危险因素，必须要重视和加强对不间断电源的雷电防护。在实际操作中，相关部门及工作人员必须要合理选择避雷器，并完成安装；健全外部设施，做好机房的接地工作；要明确防雷分区，进行多级雷电防护。

参考文献

[1]武征.信息通信UPS电源雷电防护系统的应用[J].通讯世界,2015, 22(06):16-17.

[2]杨永鹏,何联合.电涌防护器在石油化工装置中的应用[J].石油化工自动化,2014,36(06):19-20.

[3]商科斌,朱丽君,徐浩.浅谈我国雷电防护措施的创新与发展[J].江苏科技信息,2015,39(24):16-17.

[4]李娇媚,王贵波.关中环线站场仪表系统防雷工程设计浅析[J].仪器仪表用户,2014,22(01):17-18.

[5]周开峰.配电变压器受雷击分析与防雷措施研究[J].中国高新技术企业,2016,30(12):09-10.

杨凯（1988—），男，北京人，助理工程师，现供职于民航华北空管局技术保障中心，研究方向：供配电。

作者简介：