对电气设备机房电涌过压及电磁干扰防护的分析

摘要：　随着电子技术快速发展，集成电路对电压和电流脉冲的敏感程度越来越高，外部电涌过电压和内部电涌已成为电子设备损坏和工作中断的主要因素之一。保证精密电子设备系统正常工作的基本要求是电涌防护设计方案合理、防护措施完善，避免外部电涌过压及内部电涌导致设备损坏。同时，必须选用合格的优质防护产品

关键词：　电涌防护；设备外部防护；防护措施；防护器

对于新建及扩建工程的重要电气设备机房应采用高品质电源电涌防护器，对整个电气系统提供完善的电涌防护措施，同时对语音、数据及图象等金属导体有线传输的弱电网络做好电涌防护，这是确保该类设备正常工作的重要技术环节。

1　电涌的产生

电涌是微秒量级的异常大电流脉冲，其波头时间一般在0.25～20μs，其单位能量一般在2.5～10MJ/Ω。它可使电子设备受到瞬态过电压的破坏。半导体器件的集成化不断提高，元件间距在减小，半导体厚度也在变薄。这使得电子设备受到瞬态过电压破坏的可能性越来越大。如果电涌导致的瞬态过电压超过一个电器设备的承受能力，那么这个电器元件或设备可能被损坏，轻者造成使用寿命缩短。

雷电是导致电涌最主要的原因，雷电击中输电线路就将造成一定的经济损失。每一次电网切换负载引起的电涌都会缩短各种计算机、通讯设备、仪器仪表和PLC的使用寿命。大型电机设备、电梯、发电机、空调、制冷设备等也会引发电涌。UPS也可能被电涌摧毁。

二十几年前，IBM发现电涌常见的来源是电网开关和大型电力设备。电涌通过配电盘进入工作室破坏电子设备或缩短其使用寿命。因此，在美国几乎所有的有计算机或其它敏感电气设备的建筑都安装了电涌保护器。

在我国，许多楼宇里的计算机被电涌袭击，造成计算机主板被破坏或反复启动，有的计算机主板被电涌袭击后使用寿命明显缩短。

2　电涌防护原理

采用电涌防护器，一般电涌防护器采用MOV技术，它和火花间隙技术是不同的。

电涌不能被阻止，因为它包含的能量太强。正因如此，保护敏感电气设备免受电涌损坏是把电涌从设备分流。理想的电涌防护器在电力线上应是觉察不到的，而当电压达到一定的限值时，应立即动作，分流多余的能量入地。

MOV工作原理正是如此，直到电涌出现，它才动作，否则就静止地挂在电源线上，充当电源正常运行时的“守护神”。当电压升高达到顶先设定的水平时，MOV立即动作，响应时间为1～3毫微秒。MOV中的“V”是变阻器，在响应的一瞬间，MOV的电阻从完全值降到近乎零欧姆。MOV使瞬态高电压找到了入地的通路。吸引过电流远离敏感的电气设备。MOV把过电压漏泄掉，电气设备继续在正常的电压下运行。

3　对电气设备机房电涌防护措施的分析

1）做好直击雷的防护对抑制电涌的产生非常重要。防直击雷的接闪器可防止雷电直接击中机房所在建筑物以及其保护范围内的各种金属管线和用电设备。但对于在接闪器保护范围外的各种金属导线以及由直击雷所产生的感应雷电和建筑物内所产生的内部电涌是不能保护的，对于由电力故障所产生的部分外部电涌也是不能保护的。这包括：高压/低压动力电源线、部分网络和专用数据通信线被雷电直接击中，建筑物内的感应电动机、备用发电机、中央空调、电梯等产生的内部电涌，电力故障所产生的各种外部电涌，因为静电感应、电磁感应、电位反击等所造成的各种感应雷电等等。因此必须要加装电涌保护器以保护电源线和数据线。

2）机房接地不可等同于设备的电涌防护。机房接地是计算机设备和精密电子设备正常工作的需要。机房接地主要是可以防止静电，可以保护机器和人员的安全；另外有些设备接地后才可以正常的工作。机房接地不能防止雷电，必须要加装电涌保护器才能防止雷电和内部、外部电涌。

3）采用UPS供电的设备仍需要做电涌防护。UPS的作用是对供电系统突然停电或电压不足提供支持，在突然断电时，UPS保护电气和电子系统、控制器和数据免受损坏。有些UPS带有低能的电涌抑制器。这种内置的低能抑制器只能用来保护和UPS相连的负载免受能量有限的弱电涌的袭击，因此，不能作为专门的解决电涌问题的方案。更重要的是：有研究表明UPS设备中的敏感电气控制线路极易受到电涌的破坏。而这些线路经常是监视UPS的工作状态以及UPS的交流电源的输入、输出状态的。

4　电涌保护分级

电涌保护分级在我国机房建设的电涌防护方面有着明确的要求，即所有机房必须要做直击雷电防护和接地网建设；有条件的机房和重要的机房必须进行感应雷电的防护。对于最新的计算机机房和通讯机房的建设规范中都明确要求要进行感应雷电的防护；《气象法》中明确要求政府机关和有条件的单位在建设机房时要考虑雷电电涌防护问题；在最新的建筑电气设计规范中，明确要求进行感应雷电的防护；在许多行业的机房建设规范中都有明确的要求，都必须进行机房的电涌防护。

5　雷电保护措施的目的

所有敏感电气设备都是在严格的电压范围内运行的，超过1kV的高速过电压对电气设备都非常危险。任何雷电保护措施的目的，都是要把过电压限制在1kV以下。电涌保护一般分三级，其目的是把过电压钳制到安全的范围之内。

6　电涌防护器的选择

电涌防护器的选择，一定要采用技术先进、具有一定生产规模和实力、正规制造商的产品。要求供货商一定要有销售许可证。

1）尽量采用小型、紧凑且易于安装的产品。电涌防护器本身的尺寸越大，它固有的内部线路电感就越大；防护器本身体积小，电感也小，防护效果就好；电涌防护器距配电箱越近越好，最好是在15cm以内。因为连线本身就有电感，连线长，对防护系统限制水平的不良影响也就越大。

2）反应时间。电涌防护器的反应时间必须比电涌的速度快。反应时间在毫微秒（纳秒）级均符合技术要求。

3）一次能够处理的最大电流。最大电流即峰流是一个电涌防护器的处理最大电流的能力。研究结果表明，电涌防护器处理最大电流的能力和所需的技术参数，一个20kA的电涌防护器即可满足要求。由此可见，在任何建筑物内的分支线供电箱处安装一个80kA的电涌防护器，便足以解决任何可能出现的电涌问题。对多雷击区的贵重电气设备，应在建筑物人口的交流配电箱处安装一个较大的防护器，型号从65kA到l60kA。

4）吸收能量的能力。电涌防护器吸收能量的能力以焦耳来衡量，焦耳值越高，电涌防护器的使用寿命越长。

5）钳制电压的能力。也就是将过电压钳制到电气设备所能承受的安全范围之内的能力。计算机被设计在一定电压范围内使用，如果超出了这个范围就会导致计算机的损坏。因此电涌防护器必须把过电压钳制到安全水平。GAl73-1998标准规定：用于220/380V电力系统的计算机防雷保安器（电涌防护器）的钳制电压应小于或等于2kV。

6）注重了解制造商的信誉度和其产品的可靠性。

7）必须符合国际和国家标准。国际标准：包括UL449、IEEE、NEMA和IEC。国家标准：公安部公共信息网络安全监察局要求，所有用于保护计算机的防雷保安器，即电涌防护器，都必须通过根据GAl73-1998标准的检测并获得销售许可证后。

8）质量保证。保质期限的长短直接关系到产品一旦出现问题，客户能否得到供货商快速免费服务这一实际问题，用户必须注意售后服务和质保期的长短。

7　电涌防护器设置

电涌防护器设置最大的电涌产生在建筑物外，由雷电和电力公司切换负载所致，这种感应电涌可沿电力线传输，进入建筑物内。电源系统电涌防护器的具体配置应根据供电系统接地型式选择。220/380V供电系统接地型式常采用的有TN-S、IN-C-S、TT、IT四种。一般根据电源装置所处区域按通流能力三级配置电涌防护器：一级（总配电柜），Up＝2.0kV，Imax＝65kA（8/20μs）；二级（分配电柜），Up＝1.2/1.8kV，Imax＝40kA（8/20μs）；三级（设备处），Ures

总之，凡是与计算机相连的电源和数据线都需要安装电涌防护器。

8　结束语

做好电气设备机房的电涌过压及电磁干扰的防护，是保证电气设备及人身安全、保证正常办公、生产的重要技术手段，是确保精密电子设备运行和信息网络正常运行不可缺少的重要技术环节，它与各行各业的生产及日常的办公之间有着密切的关系，人们对电涌过压及电磁干扰的防护问题必须要足够的重视，要充分的认识到这一危害的严重性，加强安全防护意识，真正的把电涌过压及电磁干扰的防护做到实处。