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艾默生iTrust系列UPS的雷电浪涌防护

2012/11/22 15:24:09 作者：UPS应用来源：UPS应用
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　雷电是一种常见的自然现象。雷电对电子/电气设备产生危害的根源是雷电电磁脉冲（LEMP）。雷电电磁脉冲包括两个方面，雷电流和雷电电磁场。雷电流是产生直击雷过电压的根源，而雷电电磁场则是产生感应雷过电压的根源。

　　　
　　　　
　　I.概述
　　
　　A.雷电过电压的形成
　　
　　雷电是一种常见的自然现象。雷电对电子/电气设备产生危害的根源是雷电电磁脉冲（LEMP）。雷电电磁脉冲包括两个方面，雷电流和雷电电磁场。雷电流是产生直击雷过电压的根源，而雷电电磁场则是产生感应雷过电压的根源。
　　
　　对于室内电子/电气设备而言，雷电过电压的来源主要有以下几种：
　　
　　1、感应过电压：感应过电压是指雷击建筑物或其近区时，瞬态空间电磁场造成设备的损坏。感应过电压包括电磁感应和静电感应两个分量。静电感应过电压是由电容性耦合产生的，而电磁感应过电压则是由电感性耦合产生的。对于建筑物内的各种金属环路或电子设备而言，电磁感应分量大于静电感应分量。
　　
　　2、雷电侵入波：雷电侵入波又称为线路来波。当雷云之间或雷云对地放电时，在附近的金属管线上产生的感应过电压，或雷直击金属管线而产生的直击雷过电压，该过电压以行波的方式窜入室内，造成电子设备的损坏。
　　
　　3、反击过电压：雷电反击是指雷击建筑物或其近区时，造成其附近设备的接地点处地电位的升高，使设备外壳与设备的导电部分间产生高过电压（称为反击过电压），而导致设备的损坏的现象。
　　
　　II.UPS简介及雷害侵入途径
　　
　　A.UPS简介
　　
　　不间断电源（UninterruptiblePowerSupply----UPS）是一种恒频、稳压、纯净、不间断的高品质电源，随着信息技术的高速发展和计算机的广泛应用，它已成为许多重要场合不可缺少的辅助电源。UPS主要应用于邮电，金融，国防等对电网的可靠性要求很高的场合。
　　
　　iTrust系列UPS电源采用国际上先进的双变换在线式技术，DSP全数字控制，可向用户提供高质量的工频正弦波电源，并可以一机解决所有电源问题：电源断电，电压下降，电减幅振荡，电源干扰，电源波动，切换瞬变，谐波失真。全面满足信息设备对高质量电源的要求。
　　
　　B.雷电侵入UPS的主要途径
　　
　　1、沿电源线（市电）侵入：
　　
　　(1)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。
　　
　　(2)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。
　　
　　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。
　　
　　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。
　　
　　4、地电位反击：
　　
　　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。
　　
　　III.艾默生网络能源iTrust系列UPS产品的防护措施
　　
　　A.基本原则
　　
　　由于UPS产品运行环境的多样性以及雷电放电自身的特性，对于UPS产品的防护，应遵循以下原则：
　　
　　1、系统防护原则
　　
　　如上所述，由于UPS产品和其它电气/电子设备间存在一定的电气连接，雷电浪涌可能会通过这些设备侵入到UPS产品，因此，应将整个运行环境（如通信局站等）的雷电防护作为一个系统工程来考虑，UPS产品的雷电浪涌防护只是其中的一部分。
　　
　　2、概率防护原则
　　
　　UPS产品的雷电防护是一个概率防护，这是因为：首先，雷电放电本身具有一定的随机性，雷电参数具有一定的统计性质，这就决定了建立在这些雷电参数之上的所有防护措施都不可能提供100％的保护。其次，防雷装置不能阻止雷闪的形成；防雷器件也不能理想地消除所有干扰电压/电流。
　　
　　最后，高水平的浪涌发生的概率很小，但其防护的费用则急剧上升。
　　
　　3、多级防护原则
　　
　　雷电浪涌的幅值较高，而持续时间又较短，企图在某一位置靠单一的防雷装置（或器件）来达到理想的雷电防护效果是目前的科技水平所无法实现的。因此，国际电工委员会（IEC）标准IEC60664-1提出过电压（安装）类别的概念，从而给出低压电气设备的绝缘配合原则；IEC61312-1也提出防雷区的概念，将需要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的电磁环境（雷电电磁脉冲的严重程度），并根据不同的保护区来实施分级保护。
　　
　　B.防护措施
　　
　　1、交流电源口
　　
　　UPS交流电源输入侧采用两级（C级防雷箱＋D级防雷盒）保护，C级防雷箱和D级防雷盒的关键防雷元器件均采用进口优质产品。该防护措施能满足最大通流40kA（8/20us）、额定通流20kA（8/20us）的设计要求，并具有自动监测和告警指示功能。
　　
　　2、信号口
　　
　　电话线和网线的接口电路中均精心地考虑了对雷电浪涌的防护，其主要措施包括采用合理的浪涌防护电路和优质的防护器件，采用适当的电气隔离措施以及模块的高绝缘强度设计等。该方案能满足绝大部分运行环境的要求。对于少数极其恶劣的运行环境，还可以通过加装相应的浪涌保护器来提供更高等级的防护。
　　
　　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。
　　
　　IV.艾默生网络能源iTrust系列UPS防护的主要技术特点
　　
　　1、通流容量大、抗冲击能力强。交流电源输入侧的最大通流容量为40kA（8/20us）、额定通流容量为20kA（8/20us），超过原邮电部UPS产品的入网要求。电话口和网口的冲击耐压为4kV（1.2/50us），超过IEC相关标准的最高试验等级，在外加浪涌保护器时，其额定通流容量达5kA（8/20us），远高于国际国内相关标准的要求。
　　
　　2、适应范围广、可靠性高。防雷方案既能适应供电质量恶劣的农村电网（如电压偏差大、零线对地电位偏移严重等），又能适用于各种低压供电制式（包括TT、TN或IT系统）。所有防雷关键元器件均采用进口优质产品，保证了系统的长期可靠运行。
　　
　　3、具有自动监测和告警指示功能。防雷元器件劣化或失效后，有自动告警或指示功能，并能提供远端报警功能。
　　
　　

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