數據中心UPS電源系統防雷措施概述

    目前，市場上的UPS電源按其工作方式主要可以分為3大類：在線式，(2)在線互動式，(3)后備式。其中在線式UPS的特點是具有獨立的整流、逆變、充電、旁路和維修旁路系統，在工作過程中用戶一直處于逆變器工作狀態，所有的供電都是“再生的”，可獲得高質量的純凈的正弦波電源，價格相對昂貴。后備式的特點是轉換效率高，當市電供電正常時，逆變器不工作，負載上得到的是經過簡易穩壓處理的市電，只有在市電供應不正常時，逆變器啟動，向負載供電，價格比較低廉，在重要應用場合一般不予選用。在線互動式產品屬UPS的中間型產品，既具有后備式轉換率高、可靠性高的優點，又具有在線式供電質量高、切換時間短的優點，且價格適中。近年來，UPS電源的智能化程度提高很快，大部分UPS電源具有微處理器，故障自檢功能以及標準通信端口。

    1、UPS電源的基本工作原理

    UPS電源的主要工作過程是濾波整流逆變，另外還包括許多輔助的單元，如：充電器及蓄電池、微處理器、通信接口等。由于UPS電源是安裝在設備與市電之間的，可以濾除電網中的電磁干擾，因此，給人造成一種假象，UPS電源可以阻擋包括雷電在內的所有的電磁脈沖的侵入，事實上并非如此。

    2、雷電對于UPS電源的危害

    關于雷電對于微電子設備的危害早已為工程技術人員所熟悉。對于微電子設備來講，危害最大的是雷電電磁脈沖，它無孔不入，隱含殺機。根據我們對有關事故的統計表明，70%以上的雷擊事故是從電源線侵入的，而UPS電源不能阻擋雷電流的侵入，原因如下。

    (1)從2中的討論可知，UPS電源的市電輸入端口是濾波單元，一般包括MEI濾波器與RFI濾波器，而根據雷電流的頻譜特點，其90%以上的能量集中于1MHz以下，直流成分占60%以上。當雷電來臨，UPS位于電源線路的最前端，首當其中受到攻擊。

    (2)現在不少UPS增加了避雷功能，其原理是在UPS的輸入端增加一個MOV避雷模塊，有些部分進口名牌UPS及幾家國內著名UPS生產廠家在其UPS內部，根據國際IEC801-5的標準加裝了避雷模塊，抑制吸收電源供電線路輸入端的雷電電壓及電流的強浪涌，其沖擊電流為20KA，沖擊電壓為6kV，波形為8/20。然而統計資料表明，直擊雷電在一般低壓架空線路產生的過壓幅值高達100kV，電信線路高達40~60kV。感應雷電過壓幅值在無屏蔽架空線上最高標準達20kV，無屏蔽地下電纜可達10kV，如果沒有按照規范設計的完整的防雷體系，即是這樣的UPS也無法保護用電設備不受雷電侵害的。

    (3)UPS電源，特別是智能化的UPS電源，本身含有大量的集成電路。而且越來越多的UPS帶有智能管理系統，信號線也成為雷電電磁脈沖侵入的通道。正因為此，關于UPS電源遭受雷電侵害的案例屢見不鮮，特別是在雷暴日比較多的雷擊區。

    如一臺安裝在海南某單位的UPS電源，自安裝后運行半年均很正常，但是在遇到一次雷擊以后，UPS就頻繁出現在開機運行一段時間后，莫名奇妙地出現從逆變器供電自動轉換到交流旁路電源供電的故障。

    從雷電災害損失事例類型來看，90%以上涉及電腦網絡及通訊系統，而且基本上都有UPS電源。所以一定要對UPS電源及其監控系統的雷電防護引起足夠的重視。

    3、UPS電源的雷電防護

    對UPS電源系統及通信端口的雷電防護，應根據國家規定的有關規范，并根據應用環境的具體情況，因地制宜制定出切實可行的解決方案,建立有效的、科學的、經濟的防雷系統。針對UPS系統的特點，其雷電防護應重點把握以下幾點：

    3.1要完善外部防雷設施，做好機房接地，根據《電子計算機房設計規范》，交流、直流工作地、保護地、防雷接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值要求確定，如必須分設接地，則必須于兩地之間加裝等電位共地聯結器。不管采用怎樣的接地系統，等電位連接都是非常重要的。UPS保護的往往都是大型的數據系統，對雷電反擊更為敏感，即使很小的電位反擊，也往往造成不必要的損失。

    3.2要采取多級雷電防護措施�！督ㄖ�物防雷設計規范》、IEC61312-1都有明確的防雷分區的概念，將需要雷電防護的區域分為：

    LPZOA(OA區),該區內的各物體都可能遭受直接雷擊，同時在該區內雷電產生的電磁場能自由傳播，沒有衰減。

    LPZOB(OB區),該區內的各物體在接閃器的保護范圍內，不會遭受直接雷擊，但該區內的雷電電磁場因沒有屏蔽裝置，雷電產生的電磁場也能自由傳播，沒有衰減。

    LPZ1(1區)，該區內的各個物體因在建筑內，不會遭受直接雷擊，流經各導體的電流比LPZOB區更小，本區內的雷電電磁場根據屏蔽措施的不同而有不同衰減。

    LPZ2(2區)，當需要進一步減小雷電和電磁場時，應引入后續防雷區，并按照需要保護系統所要求的環境選擇后續防雷區的要求條件。

    雷電防護的中心內容是泄放和均衡，泄放將雷電流盡可能多的、盡可能遠的是泄放于地，而拒之于通信系統之外。所謂多級防護就是按照電磁兼容的原理，分層次地對雷電流進行削弱，在動力線進戶配電柜、樓層配電柜以及機房進戶配電盒，安裝適當規格的避雷器。對于有信號或通信接口的UPS，為防止雷電波從信號或通信線引入，必須在信號或通信線接口處加裝相應的信號避雷器。

    3.3避雷器的選擇與安裝

    避雷器產品市場目前比較豐富，應盡量選擇有信譽、質量可靠的避雷器，避雷器的接地線應不少于6mm2,以最直最短的引線連接，在接線方式上最好采用凱文接線方式，最大限度地減少引線上的感應電壓。

    UPS電源專用防雷箱和UPS電源必須進行接地，接地電阻一般應不大于4歐姆，防雷器和UPS電源要進行等電位連接，UPS輸出線路要有地線。接地系統最好采用高質量的接地模塊，這些可以保證接地電阻的可靠性和抗腐蝕性，也避免了每間隔1-2年改造地網，為使用單位節省了費用。

    4、結束語

    隨著UPS電源智能化程度的提高，UPS電源往往已經不僅僅是一臺電網停電后可以繼續為負載供電的整機產品，而是一個局部的高度可靠，性能齊全、高智能化的供電中心，對于保證信息網絡的數據安全與暢通有著重要作用。分析UPS電源雷電防護的重要性與必要性，是本文的目的所在，希望引起大家對此問題的重視。對UPS電源系統的雷電防護，是一專業性很強的工作，最好在專業人員的指導下進行。要注意系統化的考慮問題。接閃、屏蔽、接地、等電位、分區防雷等各項因素綜合考慮，作好接地系統是防雷系統的基礎與關鍵，特別是在一些新建校區中是不容忽視的重要因素�！�