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防雷接地系统


信息来源:长沙UPS电源     发布时间:2016/5/4 21:08:46     浏览量:2235

防雷接地系统
1、防雷系统
我国大部分区域属雷电多发区,雷电对建筑中用电设备有极大的影响及损坏。雷电入侵智能建筑的形式有两种,一种是直击雷,另一种是感应雷。一般来说,直击雷击中智能楼宇内的电子设备的可能性很小,通常不必安装防护直击雷的设备。感应雷即是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压,过电流形成雷 击。感应雷入侵电子设备及计算机系统主要有以下三条途径:(1)雷电的地电位反击电压通过接地体入侵。(2)由交流供电电源 线路入侵。(3)由通信信号线路入侵。不管理通过哪种形式,哪种途径入侵,都会使电子设备及计算机系统受到不同程度的损坏 或严重干扰。
1)、系统防护
应将信息系统及其运行环境作为一个整体进行考虑,防护应该针对整体进行,而不应该只考虑局部情况。信息系统的保护可以分成线路的保护和电子设备的保护两个部分,两者是相辅相成,缺一不可的。 线路保护的主要作用是降低起源处的过电压、过电流,从而减小对系统所有部分的危害(包括对线路本身的绝缘危害)。电子设备的保护则主要指经过适当的保护后,电子设备免于受雷击的损坏。
机房设备防雷系统包括外部防雷系统和内部防雷系统两个部分,它们是一个有机的整体。外部防雷主要是指防直击雷,它由接闪器、引下线和接地装置组成。而内部防雷则包括防雷电感应、防反击、防雷电波侵入以及提供人身安全,它是指除了外部防雷系统外的所有附加措施。这些措施可能会减少雷电流在需要防雷的空间内所产生的电磁效应,防止雷电损坏机房内的电气设备或电子设备,这是外部防雷系统所无法保证的。 机房设备雷电防护系统结构示意图可归纳为下图。
2)、多级防护
多级防护的原则是基于防雷区的划分原则而定的。见图1-8所示。
从0级保护区到最内层保护区,必须实行分级保护。对于电源系统,可将其分为I~IV级保护,从而将过电压降到设备能承受的水平。对于信息系统,则分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别,而精细保护则要根据电子设备的敏感度来选择。
图1-8 电力系统的多级保护示意图
3)、防雷器机理和设计安装
防雷器件主要有压敏电阻,气体放电管,导通型半导体防雷器件,稳压型半导体器件及光电偶合器…等等。而压敏电阻是低压电源防雷器的主用器件,它是一种“阀控型”的器件,是利用其“控制阀”的作用将超过预设门控电压泄放到大地。气体放电管是利用气体在低压时是高度绝缘的,而在高压作用下会产生电离导通态。实现将电源线上的雷电高压泄放到大地。半导体防雷器件以其工作原理又可分为稳压(钳位)型和导通(击穿)型两大类。导通型半导体防雷器件,是一种特殊的闸流管,对正反两个方向的浪涌电压冲击均能起到保护作用;稳压二极管是利用其稳压(钳位)的机理起到防雷保护作用的。
    防雷箱和防雷模块是低压配电现行防雷工程中的基本单元;防雷箱是由基本的防雷模块,雷击次数计数器,防雷箱正常与故障指示灯,远程监控和形体各异包装箱组合而成的。而压敏电阻又是防雷箱和防雷模块的基本组成,只是根据防雷模块容通电流的不同作相应组合而已。
(1).压敏电阻的工作原理
     以半导体氧化锌(ZnO)制成的压敏电阻。在设计制造过程中就已经确定了它的压敏电压(阀值电压),当压敏电阻两端所施加的电压低于其压敏电压(阀值电压)时,压敏电阻呈高阻值状态,此时压敏电阻即使并接在电源输入回路上,也像一个断开的开关:当压敏电阻两端所施加的电压高于其压敏电压(阀值电压)时,压敏电阻立即呈导通钳位状态,此时压敏电阻类似一个稳压二极管。但与普通稳压二极管不同的是:压敏电阻的钳位电压高低不是一个定值,而是随着通过电流的大小呈非线性变化,即通过的电流由大逐渐变小时,其所呈现的内阻呈由小到大的变化。当电源输入回路中出现高雷电压入侵时,并接在相线与地线之间的压敏电阻就会动作,呈导通钳位状态,雷电流即通过压敏电阻泄放到大地,使压敏电阻之后的输入回路电压钳位在安全范围内。当雷电压过后,防雷器又恢复到高阻态,电源输入回路也恢复到正常供电状态。如此的循环往复----即为防雷器的安全工作。
(2).电源防雷模块内部构造
电源防雷模块基本组成单元是压敏电阻,常将两个或两个以上的压敏电阻及配套附件以并联的方式制成不同规格的防雷模块(指阀值电压和容通电流…等等)。有利用单个大容通电流量的压敏电阻构成的模块,有利用型号,规格一样的多个小容通电流量的压敏电阻并联构成模块,有同时实现L—N和N—E多层保护功能模块。但是要利用型号,规格一样的多个小容通电流量的压敏电阻并联构成模块,就必须解决好对多个压敏电阻并联的各元件进行雷击电流均流的问题。否则对雷电流先导通的压敏电阻所承担的电流要比平均电流大得多,很容易造成先动作的压敏电阻提前损坏,进而导致其他压敏电阻相继的损坏。
(3).防雷器主要技术参数
a.          压敏电压(也叫阀值电压),
    压敏电压是指压敏电阻的开关动作电压。其基本定义是在温度20°C时通过1mA的直流电流时压敏电阻两端所施加的电压,在实际操作中人们定位于工作电压的峰值最大不能超过压敏电压的70% ;否则压敏电阻的漏电流会明显增加,压敏电压小多了又会造成防雷器频繁动作(因多部分地区的交流电工作电压误差超出了+10% 甚至更多)。如220V交流电源回路上使用的压敏电阻,其压敏电压应选534V以上等级产品。534V是峰值电压,它所对应的额定电压为385V(即有效值)。国外大量应用了额定电压为275V(有效值)级别的压敏电阻,但在我国的实际使用过程中曾大量出现过热自毁事故,原因是我国电源电压升高波动过大。造成压敏电阻漏电流过大,长时间发热而损坏(起火自焚)。
b.         容通电流量
    容通电流量是指压敏电阻允许通过特定雷电波的最大峰值电流量,是防雷器中非常重要一个基本指标,这个指标决定着防雷器的使用环境。它还分为额定容通电流与最大容通电流量。额定容通电流量是指防雷器可以经受多次这个等级冲击电流而不产生实质性的损坏(即可恢复性的),而最大容通电流量是指防雷器可以承受一次该等级冲击电流而不产生实质性的损坏,但不能保证再次遭受同样冲击时仍不损坏。
c.         响应时间
    响应时间是指防雷器两端施加的电压等于大于阀值电压时而防雷器由微通到完全导通所经厉的时间段,防雷器的响应时间一般不大于50ns,这个时间越短说明防雷器两端的残压越小,防雷的效果越好。
(4). 防雷器的安装
直击雷的最大浪涌电流为57~80KA,所以防雷器最大放电电流定在80KA,直击雷防护分为三级;
①在电力电缆到配电房之前12M处设置80KA防雷器作为第一级保护,用4只防雷模块分别并联在L1 L2 L3和N线上,其公共端与地线牢固连接。
②在大楼配电柜交流输入端设置20~40KA防雷器作为第的二级保护,设置模块数与连接方法和①类同。用来泻放1300~1500V的残压
③在机房或中心机房配电柜(盘)交流输入端设置5~10KA防雷器作为第的三级保护,用2只防雷模块分别并联在L和N线上,其公共端与地线牢固连接。用来泄放500~600V的残压
防雷器的连接线缆≥6平方毫米且越短越好。
机房或中心机房供电系统中均增设UPS电源作为终端的后续保障工作。由防雷器及UPS电源的工作机理决定着防雷器的安装位置(防雷器必须安装在UPS电源的交流输入回路上),如果将防雷器安装在UPS的输出端会造成UPS工作不正常甚至烧机),原因是低级的防雷器会在由于负载端引起的浪涌超标时而动作,对于大负载率的小功率UPS电源来说会造成输出电流过大而中断输出自动保护。对于小负载率的大功率UPS电源来说会造成防雷器及线缆热熔起火。由于操作者对防雷器的不了解而误将防雷器或防雷插板(浪涌保护器)接在UPS电源的输出端而引起火灾的屡见不鲜。


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