UPS电源防雷保护方法

雷明慧

【摘要】UPS电源被广泛用于为计算机系统及其它信息系统提供可靠安全的供电电源。而UPS是强电与弱电相结合的精密电子设备，其构成中除大功率的电力元件外，还包括CPU板、逻辑控制板、整流器控制板、逆变器控制板等微电子控制部件。当出现电压幅值、频率不稳定、浪涌、尖峰信号、线路噪音及各种干扰等会造成电路板的损坏。对于微电子设备来讲，危害最大的是雷电电磁脉冲，其产生的高电位主要损坏电气设备及电子设备，造成信息系统中断，或者产生电弧、电火花而引起火灾。

【关键词】UPS电源；防雷保护；防护措施

Lightning protection method for UPS power supply

Lei Ming-hui

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】UPS power supplies are widely used to provide reliable and safe power supplies for computer systems and other information systems. UPS is a sophisticated electronic equipment and weak electricity combination， in addition to high power electric elements in the structure， including CPU board， logic control board， control board， rectifier inverter control board and microelectronic control unit. When the voltage amplitude， frequency instability， surge， peak signal， line noise and all kinds of interference will cause damage to the circuit board. For microelectronic devices， the greatest harm is the lightning electromagnetic pulse， high potential the main damage to electrical equipment and electronic equipment， causing disruption of the computer information system， or produce electric arc， electric spark caused by fire.

【Key words】UPS power supply；Lightning protection；Protective measures

前言：本文討论了雷电对于UPS电源的危害，强调了UPS电源系统雷电防护的重要性并提出了防护措施。

1. 雷电侵入UPS的主要途径及避雷器防雷效果

1.1沿电源线（市电）侵入：

雷击配电变压器高压侧（10KV或6.6KV）输电线，雷电流经变压器→220/380V供电线→配电柜，最后窜入UPS。220/380V供电线路遭直击雷或感应雷击，雷电流经过配电柜窜入UPS。对于上述两种情况，雷电流的强度较大，危害性也较大，因此应仔细考虑其防护。

1.2从负载侧侵入：

如果负载设备有外引线（如信号线、监控线等），该外引线可能会将雷电流（感应或直击）引入，并经负载、输出配电柜后窜入UPS。对于这种情况，雷电流大小视负载侧外引线情况而定，而且雷电流经过负载后会有较大程度的泄放，侵入UPS的雷过电压/电流的幅值一般不会太高。

1.3从信号线侵入：

例如电话线将雷电流（除少数情况外，如采用长距离室外架空线，一般为感应雷电流，幅值较小）引入，经过MODEM后窜入UPS；在少数情况下，网线上也可能感应一定幅值的雷电过电压/电流，通过SNMP卡引入UPS，但一般幅值不会很高。

1.4地电位反击：

（1）地电位反击是指雷击或系统发生短路时，设备的接地点可能具有较高的电位，从而使设备外壳与设备的导电部分之间产生的高电压。它也可能会导致设备损坏。一般而言，地电位反击产生的原因主要有：接地装置因散流而导致的电位升高；雷电流或短路电流在导线上产生的压降等。

（2）因此当雷击来临时，UPS最先受到雷电流的冲击。

1.5内部安装有防雷器件的UPS分为两种类型：

1.5.1装有不合标准的防雷器件的UPS。这类是生产厂家为了节省成本，只是象征性地装一组小功率的金属氧化锌压敏电阻MOV，只能对很小的感应雷电有一定的防护作用。

1.5.2部分进口UPS及国内部分UPS，是根据国际IEC801-5的标准（抑制吸收电源供电线路输入端的雷电电压及电流的强浪涌，其冲击电流为20kA，冲击电压为6KV，波形为8/20μs），安装有标准的防雷器件。而这一类的UPS能否完好的保护UPS自身的安全，并达到保护其它后续电源及设备免遭雷电侵害的目的，经长期的监测的统计资料表明，直击雷在一般低压架空线路产生的过电压幅值高达100KV，电信线路高达40～60KV。感应雷电过电压幅值在无屏蔽架空线上最高幅值达到20KV，无屏蔽地下电缆可达10KV，由此可见，即使装有标准防雷器件的UPS，在其电源线路前端（配电室、房、柜及箱）没有加装有效的高能量防雷器件，这类UPS同样会遭到雷击损坏。

1.6智能化的UPS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。信号接口或远程控制用通信线接口，有的没有装浪涌电路，有的仅装有小功率的浪涌抑制电路，均无法防止感应雷击，因此其信号或通信线接口也成为雷电波侵入的主要渠道。关于UPS电源遭受雷电侵害的案例屡见不鲜，特别是在雷暴日比较多的雷击区。

1.7综上分析，未安装防雷器件的UPS是不具备防雷功能，只能对市电网过电压或很小的杂散电流起到电源净化和保护的作用。当雷击来临时，它本身首先被击坏；内装防雷器件的UPS，也不可能完善地保护其自身，并达到保护其它设备的电源免遭雷电侵害；从架空电源线和信号线上侵入的直擊雷过电压和感应雷过电压，是造成智能型UPS损害的主要原因。因此，加强对UPS电源的雷电防护措施是十分必要的，同时也具有重要的现实意义。

2. UPS电源的雷电防护[2]

直击雷、感应雷和雷电电磁脉冲等都有可能对UPS电源造成损害，因此要做好UPS的防雷就必须严格遵守《建筑物电子信息系统防雷技术规范》综合防雷系统的要求，做好以下几点：

2.1要将外部防雷措施和内部防雷措施统筹兼顾，全面规划，切实做好接地和等电位连接。完善设备所在建筑物外部防雷系统，按照国标《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010），安装接闪器，引下线以及防雷接地网等设施。做好机房接地，根据国标《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008），交流工作地、直流工作地、安全保护地、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；如果必须分设接地，则必须于两地之间加装等电位共地联结器[3]。不管采用怎样的接地系统，等电位连接都是非常重要的。

2.2要采取多级防护措施。所谓多级防护就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，安装适配的避雷器。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。雷电防护的中心内容是泄放和均衡，泄放将雷电流尽可能多的、尽可能远的是泄放于地，而拒之于通信系统之外。均衡是减小雷电流在诸导电物体上产生的电位差，防止雷电流的反击。具体防护措施：

2.2.1交流电源口：

在UPS交流电源输入侧采用两级（C级防雷箱+D级防雷盒）保护。满足最大通流40kA （8/20us）、额定通流20kA（8/20us）的要求，并具有自动监测和告警指示功能。

2.2.2信号口：

电话线和网线的接口电路中考虑对雷电浪涌的防护，其主要措施包括采用合理的浪涌防护电路，采用适当的电气隔离措施等。

2.2.3等电位连接和接地：

根据均衡电位原理，采用合理的等电位连接和有效的接地设计，保证在雷击瞬间UPS产品免受地电位反击的危害。

2.3UPS电源的安装。依据国际电工委员会ICE61312-1《雷电电磁脉冲的防护》中将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。

（5）雷电防护的中心内容是泄放和均衡，泄放将雷电流尽可能多的、尽可能远的是泄放于地，而拒之于通信系统之外。所谓多级防护就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[4]。

2.4避雷器（SPD）的选型与安装

雷电防护的中心内容是泄放和均衡，泄放将雷电流尽可能多的、尽可能远的是泄放于地，而拒之于通信系统之外。所谓多级防护就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。

2.4.1避雷器是UPS电源雷电防护的基本工具，随着社会科学技术的不断发展，出现了不同类型型号、不同厂家的避雷器，这就需要在采购及选择避雷器是要谨慎认真。选择的避雷器应选用质量可靠，性能优良，并经相关部门备案的产品。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。

2.4.2一般，将SPD安装在被保护设备以及UPS电源前端，SPD所有连接导线应尽可能短，特别是接地线，其长度不宜大于0.5m。所有连线应规整，平直，线径应符合下表的要求（见表1）：

3. 结束语

随着UPS电源智能化程度的不断提高，UPS电源已不再单纯是一台电网断电后可以继续为负载供电的整机产品，而是一个局部的高度可靠，性能齐全、高智能化的供电中心，在对保证信息网络的数据安全和畅通发挥着非常重要的作用，要注意系统化的考虑，接闪、屏蔽、接地、等电位和分区防雷等各种因素综合考虑，做好接地系统是防雷系统的基础与关键，合理的器件选型和规范的安装工艺也是非常重要的因素。因此做好UPS电源的雷电防护工作则具有重要的现实意义。

参考文献

[1]卜银军， 蔡河章， 李雪梅. 浅析UPS电源的雷电防护. 福建省科协学术年会卫星会议——福建省气象学会学术年会， 2010.

[2]蔡国贤 ，徐迪. 信息通信UPS电源雷电防护系统的应用.中国新通信， 2017 （6） ：108～108.

[3]阮自杰， 张伟安. UPS电源系统的防雷简介. 广东气象， 2001 （s1） ：3+17.

[4]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.

[5]《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）.

[6]《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）.