談電氣設(shè)備機(jī)房的電涌防護(hù)保證精密電子設(shè)備系統(tǒng)能正常工作的基本要求是電涌防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)正確并很好的協(xié)調(diào)協(xié)作,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,必需選用合格并且品質(zhì)優(yōu)秀的產(chǎn)品。新建及改擴(kuò)建工程的重要電氣設(shè)備機(jī)房應(yīng)采納高品質(zhì)電源電涌防護(hù)器,對整個電氣系統(tǒng)供應(yīng)完善的電涌防護(hù)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(hù),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

電涌是微秒量級的特別大電流脈沖,其波頭時間一般在0.25~20μs,其單位能量一般在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)備的承受力量,那么這個電器元件或設(shè)備或者被完全破壞,或者使用壽命大大縮短。

雷電是導(dǎo)致電涌最明顯的緣由,雷電擊中輸電線路導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。每一次電力公司切換負(fù)載而引起的電涌都縮短各種計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、儀器儀表和PLC的使用壽命。另外,大型電機(jī)設(shè)備、電梯、發(fā)電機(jī)、空調(diào)、制冷設(shè)備等也會引發(fā)電涌。UPS也可能被電涌摧毀。

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,避開建筑物的嚴(yán)峻損壞。UPS不間斷電源處理電壓的嚴(yán)峻下降。二者特別有用,但都不能愛護(hù)計(jì)算機(jī)免受電涌的破壞,而且UPS本身集中使用了許多微處理器,也有可能被電涌摧毀。

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)。每天都有這樣的電涌通過配電盤進(jìn)入工作室破壞電子設(shè)備或縮短其使用壽命。因此,在美國幾乎全部的有計(jì)算機(jī)或其它敏感電氣設(shè)備的建筑都安裝了電涌愛護(hù)器。

1999年11月15日北京五星級酒店式管理的高調(diào)大廈寫字樓里的計(jì)算機(jī)被電涌攻擊,一部分計(jì)算機(jī)主板被破壞,一部分計(jì)算機(jī)被反復(fù)啟動,有的計(jì)算機(jī)主板被電涌攻擊后使用壽命縮短一半。

2、電涌防護(hù)原理

電涌防護(hù)采納電涌防護(hù)器,一般電涌防護(hù)器采納MOV技術(shù),它和火花間隙技術(shù)是不同的。

電涌不能被阻擋,由于它包含的能量太強(qiáng)。正是由于這種緣由,愛護(hù)敏感電氣設(shè)備免受電涌損壞的策略是把電涌從設(shè)備分流。抱負(fù)的電涌防護(hù)器在電力線上應(yīng)是覺察不到的,而當(dāng)電壓達(dá)到肯定的限值時,應(yīng)馬上動作,分流多余的能量入地。

MOV工作原理正是如此,直到電涌消失,它才動作,否則就靜止地掛在電源線上,充當(dāng)電源正常運(yùn)行時的“守護(hù)神”。當(dāng)電壓上升達(dá)到頂先設(shè)定的水平常,MOV馬上動作,響應(yīng)時間為1~3毫微秒。MOV中的“V”是變阻器,在響應(yīng)的一瞬間,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(yuǎn)離敏感的電氣設(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(yùn)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,外形象牛角,由絕緣材料分開,彼此間有很短的距離。火花間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(dá)到肯定程度時,電荷穿過兩個角型的空間打火放電,并給放電供應(yīng)了人地的通路。

使用火花間隙技術(shù)應(yīng)付電涌如同用火來應(yīng)付火。來自世界著名的采納火花間隙技術(shù)的生產(chǎn)廠家的安裝指南中提示使用者“每當(dāng)使用火花間隙技術(shù)的電涌防護(hù)器動作時,熱量和壓力從防護(hù)器的尾部釋放出來”。并提示用戶:由此產(chǎn)生的熱量和壓力可能產(chǎn)生短路或火災(zāi)。由于該緣由和其它緣由,IEC61643—1安全規(guī)范要求采納火花間隙技術(shù)的電涌防護(hù)器配有一個限制保險(xiǎn)(F2),在系統(tǒng)保險(xiǎn)(F1)工作前,F2將熔斷。這種增加的保險(xiǎn)極大地降低了火花間隙技術(shù)的電涌防護(hù)器可能處理過電流的力量。實(shí)際上,增加該保險(xiǎn)的容量打算了火花間隙技術(shù)電涌防護(hù)器的電流處理力量。

3、電氣設(shè)備機(jī)房電涌防護(hù)措施分析

p;3.1安裝了直擊雷防雷設(shè)備的電涌防護(hù)不行忽視直擊雷防雷設(shè)備的作用是接閃,即防止雷電直接擊中機(jī)房所在建筑物以及接閃器愛護(hù)范圍內(nèi)的各種金屬管線和用電設(shè)備。對于在接閃器愛護(hù)范圍外的各種金屬導(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(hù)的。對于由電力故障所產(chǎn)生的部格外部電涌也是不能愛護(hù)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)通信線被雷電直接擊中,建筑物內(nèi)的感應(yīng)電動機(jī)、備用發(fā)電機(jī)、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,由于靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電位反擊等所造成的各種感應(yīng)雷電等等。因此必需要加裝電涌愛護(hù)器以愛護(hù)電源線和數(shù)據(jù)線。

3.2機(jī)房接地不行等同于設(shè)備的電涌防護(hù)機(jī)房接地是計(jì)算機(jī)設(shè)備和精密電子設(shè)備正常工作的需要。機(jī)房接地主要是可以防止靜電(如靜電荷消失積累,可以從地線泄放掉),這樣可以愛護(hù)機(jī)器和人員的安全;另外有些設(shè)備接地后才可以正常的工作(不接地會受到電磁干擾、以及無基準(zhǔn)點(diǎn))。所以機(jī)房接地并不是用來防止雷電,也是防止不了雷電的,必需要加裝電涌愛護(hù)器才可以防止雷電和內(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(hù)UPS的作用是對供電系統(tǒng)突然停電或電壓不足供應(yīng)支持,在突然斷電時,UPS愛護(hù)電氣和電子系統(tǒng)、處理掌握器和數(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(hù)和UPS相連的負(fù)載免受能量有限的弱電涌的攻擊,因此,不能作為特地的解決電涌問題的方案。更重要的是:有討論表明UPS設(shè)備中的敏感電氣掌握線路極易受到電涌的破壞。

而這些線路常常是監(jiān)視UPS的工作狀態(tài)以及UPS的溝通電源的輸入、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(tuán)體,曾非常關(guān)注UPS可能受到的破壞,并在IEEE標(biāo)準(zhǔn)1100一1992中特地編寫了一章9.11.3:UPS電涌防護(hù)。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)備和敏感的電氣負(fù)載設(shè)備是有害的。因此,建議UPS的整流器輸入系統(tǒng)和幫助的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(hù)裝置。

4、電涌愛護(hù)分級

我國在機(jī)房建設(shè)的電涌防護(hù)方面有明確的要求,要求全部機(jī)房必需要做直擊雷電防護(hù)和接地網(wǎng)的建設(shè);要求有條件的機(jī)房和比較重要的機(jī)房必需進(jìn)行感應(yīng)雷電的防護(hù)。對于最新的計(jì)算機(jī)機(jī)房和通訊機(jī)房的建設(shè)規(guī)范中都明確要求要進(jìn)行感應(yīng)雷電的防護(hù);《氣象法》中明確要求政府機(jī)關(guān)和有條件的單位在建設(shè)機(jī)房時要考慮雷電電涌防護(hù)問題;在最新的建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范中,明確要求進(jìn)行感應(yīng)雷電的防護(hù);在很多行業(yè)的機(jī)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(jī)關(guān)、法院、公共市政設(shè)施等),必需進(jìn)行機(jī)房的電涌防護(hù)。

5、全部敏感電氣設(shè)備的運(yùn)行都是在嚴(yán)格的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行的,超過1kV的高速過電壓對電氣設(shè)備都特別危急。

任何雷電愛護(hù)措施的目的,都是要把過電壓限制在1kV以下。電涌愛護(hù)一般分三級,其目的是把過電壓鉗制到安全的范圍內(nèi)。

6、電涌防護(hù)器的選擇

應(yīng)選擇一個技術(shù)先進(jìn)的制造商,產(chǎn)品應(yīng)具有具體的說明書、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(jì)是否有利于用戶并且簡單安裝。抱負(fù)的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)是一個小型、緊湊并且能夠安裝在現(xiàn)有的空間內(nèi),同時易于安裝。電涌防護(hù)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(hù)器本身體積小,電感也小,防護(hù)效果就更好;小體積防護(hù)器的另一個優(yōu)勢是可以安裝在近配電箱處,由于連線本身也有電感,連線長,對防護(hù)系統(tǒng)的限制水平的不良影響也就越大,因此在安裝電涌防護(hù)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)不行能安裝大體積的防護(hù)器。

2)反應(yīng)時間。電涌防護(hù)器的反應(yīng)時間必需比電涌的速度快。反應(yīng)時間在毫微秒(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(hù)器的處理最大電流的力量。Bellcore試驗(yàn)室(ATT—Bell試驗(yàn)室的討論機(jī)構(gòu))為了愛護(hù)它高度計(jì)算機(jī)化的試驗(yàn)中心,進(jìn)行了廣泛的調(diào)研,明確了電涌防護(hù)器處理最大電流的力量和所需的技術(shù)參數(shù),一個20kA的電涌防護(hù)器即可滿意要求。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(hù)器,便足以解決任何可能消失的電涌問題。對多雷擊區(qū)的珍貴電氣設(shè)備,應(yīng)在建筑物人口的溝通配電箱處安裝一個較大的防護(hù)器,型號從65kA到l60kA.

4)汲取能量的力量。電涌防護(hù)器汲取能量的力量以焦耳來衡量,焦耳值越高,電涌防護(hù)器的使用壽命越長。

5)鉗制電壓的力量。也就是將過電壓鉗制到電氣設(shè)備所能承受的安全范圍之內(nèi)的力量。計(jì)算機(jī)被設(shè)計(jì)在肯定電壓范圍

內(nèi)使用,假如超出了這個范圍就會導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的損壞。因此電涌防護(hù)器必需把過電壓鉗制到安全水平。1998年6月1開頭實(shí)施的GAl73—1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:用于220/380V電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)防雷保安器(電涌防護(hù)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:全部用于愛護(hù)計(jì)算機(jī)的防雷保安器(本文稱為電涌防護(hù)器),都必需依據(jù)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)品的可行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(yù)和其產(chǎn)品的可行性。

8)質(zhì)量保證。保質(zhì)期限的長短體現(xiàn)了制造商對其產(chǎn)品是否不出問題、并長期的愛護(hù)設(shè)備的自信念。一旦產(chǎn)品消失問題,客戶是否能得到快速免費(fèi)的服務(wù),也是用戶必需考慮的因素之一。

7、電涌防護(hù)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(jìn)入建筑物內(nèi)。電源系統(tǒng)電涌防護(hù)器的詳細(xì)配置應(yīng)依據(jù)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(hù)器設(shè)置見圖1—圖4.設(shè)計(jì)時,一般依據(jù)電源裝置所處區(qū)域按通流力量三級配置電涌防護(hù)器:一級(總配電柜,不低于LPZl區(qū)內(nèi)),Up=2.0kV,Imax=65kA(8/20μs);二級(安排電柜,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)),Ures1kV,Imax=6.5kA(8/20μs)。

溝通電源與計(jì)算機(jī)的電源相連,數(shù)據(jù)線把