電氣設(shè)備機房的電涌防護

電氣設(shè)備機房的電涌防護摘要：隨著電子技術(shù)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(nèi)部電涌已成為電子設(shè)備損壞和工作中斷的要緊因素之一。保證周密電子設(shè)備系統(tǒng)能正常工作的差不多要求是電涌防護設(shè)計應(yīng)正確并專門好的和諧配合，以免外部電涌過壓及內(nèi)部電涌所導(dǎo)致的設(shè)備損壞。另外，必須選用合格同時品質(zhì)優(yōu)秀的產(chǎn)品隨著電子技術(shù)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(nèi)部電涌已成為電子設(shè)備損壞和工作中斷的要緊因素之一。保證周密電子設(shè)備系統(tǒng)能正常工作的差不多要求是電涌防護設(shè)計應(yīng)正確并專門好的和諧配合，以免外部電涌過壓及內(nèi)部電涌所導(dǎo)致的設(shè)備損壞。另外，必須選用合格同時品質(zhì)優(yōu)秀的產(chǎn)品。

新建及改擴建工程的重要電氣設(shè)備機房應(yīng)采納高品質(zhì)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(shù)據(jù)及圖象等金屬導(dǎo)體有線傳輸?shù)娜蹼娋W(wǎng)絡(luò)也應(yīng)做好電涌防護，這是確保該類設(shè)備正常工作的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。1

電涌的產(chǎn)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(shè)備受到瞬態(tài)過電壓的破壞。每年半導(dǎo)體器件的集成化都在提高，元件的間距在減小，半導(dǎo)體的厚度也在變薄。這使得電子設(shè)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(dǎo)致的瞬態(tài)過電壓超過一個電器設(shè)備的承擔(dān)能力，那么那個電器元件或設(shè)備或者被完全破壞，或者使用壽命大大縮短。

雷電是導(dǎo)致電涌最明顯的緣故，雷電擊中輸電線路導(dǎo)致龐大的經(jīng)濟缺失。每一次電力公司切換負(fù)載而引起的電涌都縮短各種運算機、通訊設(shè)備、儀器外表和PLC的使用壽命。另外，大型電機設(shè)備、電梯、發(fā)電機、空調(diào)、制冷設(shè)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(yán)峻損壞。UPS不間斷電源處理電壓的嚴(yán)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(wǎng)開關(guān)和大型電力設(shè)備(如空調(diào)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(shè)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(shè)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(diào)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(fù)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(shù)，它和火花間隙技術(shù)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(shè)備免受電涌損壞的策略是把電涌從設(shè)備分流。理想的電涌防護器在電力線上應(yīng)是覺察不到的，而當(dāng)電壓達到一定的限值時，應(yīng)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(xiàn)，它才動作，否則就靜止地掛在電源線上，充當(dāng)電源正常運行時的“守護神”。當(dāng)電壓升高達到頂先設(shè)定的水平常，MOV趕忙動作，響應(yīng)時刻為1~3毫微秒。MOV中的“V”是變阻器，在響應(yīng)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(shè)備。MOV把過電壓漏泄掉。電氣設(shè)備連續(xù)在正常的工作電壓下運行。

火花間隙技術(shù)的意圖是同樣的，該技術(shù)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?；鸹ㄩg隙的工作原理和雷電的工作原理一樣，當(dāng)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(shù)應(yīng)付電涌猶如用火來應(yīng)付火。來自世界聞名的采納火花間隙技術(shù)的生產(chǎn)廠家的安裝指南中提醒使用者“每當(dāng)使用火花間隙技術(shù)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(chǎn)生的熱量和壓力可能產(chǎn)生短路或火災(zāi)。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(shù)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，F(xiàn)2將熔斷。這種增加的保險極大地降低了火花間隙技術(shù)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(shù)電涌防護器的電流處理能力。3

電氣設(shè)備機房電涌防護措施分析3．1

安裝了直擊雷防雷設(shè)備的電涌防護不可忽視

直擊雷防雷設(shè)備的作用是接閃，即防止雷電直截了當(dāng)擊中機房所在建筑物以及接閃器愛護范疇內(nèi)的各種金屬管線和用電設(shè)備。關(guān)于在接閃器愛護范疇外的各種金屬導(dǎo)線以及由直擊雷所產(chǎn)生的感應(yīng)雷電和建筑物內(nèi)所產(chǎn)生的內(nèi)部電涌是不能愛護的。關(guān)于由電力故障所產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)和專用數(shù)據(jù)通信線被雷電直截了當(dāng)擊中，建筑物內(nèi)的感應(yīng)電動機、備用發(fā)電機、中央空調(diào)、電梯等產(chǎn)生的內(nèi)部電涌，電力故障所產(chǎn)生的各種外部電涌，因為靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電位反擊等所造成的各種感應(yīng)雷電等等。因此必須要加裝電涌愛護器以愛護電源線和數(shù)據(jù)線。3．2

機房接地不可等同于設(shè)備的電涌防護

機房接地是運算機設(shè)備和周密電子設(shè)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(xiàn)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(shè)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(zhǔn)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(nèi)部、外部電涌。3．3

采納UPS供電的設(shè)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(shù)據(jù)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(nèi)置的低能抑制器只能用來愛護和UPS相連的負(fù)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(shè)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(jīng)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(shù)專業(yè)團體，曾十分關(guān)注UPS可能受到的破壞，并在IEEE標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)生瞬態(tài)電壓的現(xiàn)象，對大部分UPS設(shè)備和敏銳的電氣負(fù)載設(shè)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(yīng)加裝IEEE．41—1991標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(wǎng)的建設(shè)；要求有條件的機房和比較重要的機房必須進行感應(yīng)雷電的防護。關(guān)于最新的運算機機房和通訊機房的建設(shè)規(guī)范中都明確要求要進行感應(yīng)雷電的防護；《氣象法》中明確要求政府機關(guān)和有條件的單位在建設(shè)機房時要考慮雷電電涌防護問題；在最新的建筑電氣設(shè)計規(guī)范中，明確要求進行感應(yīng)雷電的防護；在許多行業(yè)的機房建設(shè)規(guī)范中都有明確的要求(如銀行、金融、電信、稅務(wù)、政府機關(guān)、法院、公共市政設(shè)施等)，必須進行機房的電涌防護。

所有敏銳電氣設(shè)備的運行差不多上在嚴(yán)格的電壓范疇內(nèi)進行的，超過1kV的高速過電壓對電氣設(shè)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(nèi)。6

電涌防護器的選擇

應(yīng)選擇一個技術(shù)先進的制造商，產(chǎn)品應(yīng)具有詳細(xì)的說明書、技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)地、符合各方面的標(biāo)準(zhǔn)證書及有銷售許可證書等。

1)設(shè)計是否有利于用戶同時容易安裝。理想的產(chǎn)品應(yīng)該是一個小型、緊湊同時能夠安裝在現(xiàn)有的空間內(nèi)，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(nèi)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(nèi)。在電氣設(shè)備狹小的空間內(nèi)不可能安裝大體積的防護器。

2)反應(yīng)時刻。電涌防護器的反應(yīng)時刻必須比電涌的速度快。反應(yīng)時刻在毫微秒(納秒)級均符合技術(shù)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(gòu))為了愛護它高度運算機化的實驗中心，進行了廣泛的調(diào)研，明確了電涌防護器處理最大電流的能力和所需的技術(shù)參數(shù)，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(nèi)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(xiàn)的電涌問題。對多雷擊區(qū)的貴重電氣設(shè)備，應(yīng)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(shè)備所能承擔(dān)的安全范疇之內(nèi)的能力。運算機被設(shè)計在一定電壓范疇內(nèi)使用，假如超出了那個范疇就會導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)小于或等于2kV。

6)符合國際和國家標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)，包括UL449、IEEE、NEMA和IEC。在我國同樣有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，公安部公共信息網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)通過檢測并獲得銷售許可證后，方可銷售。

7)產(chǎn)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(chǎn)品生產(chǎn)的歷史有助于了解廠家的信譽和其產(chǎn)品的可*性。

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

電涌防護器設(shè)置

最大的電涌產(chǎn)生在建筑物外，由雷電和電力公司切換負(fù)載所致，這種感應(yīng)電涌可沿電力線傳輸，進入建筑物內(nèi)。電源系統(tǒng)電涌防護器的具體配置應(yīng)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(shè)置見圖1—圖4。

設(shè)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(nèi))，Up＝2．0kV，Imax＝65kA(8／20μs)；

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

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

交流電源與運算機的電源相連，