淺談民航空管設(shè)備機房供配電、防雷及接地系統(tǒng)

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除淺談民航空管設(shè)備機房的供配電、防雷及接地系統(tǒng)作者：欒春偉前言在保障飛行安全和航班正常的現(xiàn)代民航空管設(shè)備體系中，大量的采用了計算機和大規(guī)模集成電路技術(shù)，例如通信(有線和無線)、導(dǎo)航、雷達，以及各種自動化系統(tǒng)等。由于計算機微電子設(shè)備的工作電壓一般在正負12V以內(nèi)，具有靈敏度高、絕緣強度低、電壓耐受能力差的特點,所以設(shè)備運行對供電質(zhì)量、防雷、接地、防靜電等方面的要求非常高。因此，加強對空管設(shè)備機房的供配電、防雷和接地等系統(tǒng)的研究，有助于有效地實施防護措施，提高空管設(shè)備運行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，進而提高空中交通管理業(yè)務(wù)的保障水平。1、供電系統(tǒng)

2、對設(shè)備運行的影響lo1、市電與弱電簡介市電是供電公司提供給居民的交流電(alternatingcurrent,AC),包含三個要素，即電壓(Voltage)、電流(current頻率(frequency),在我國,市電頻率為50Hz,電壓為220V±10%,電流值與負載功率成正比，即公式：電流二功率/電壓。2 / 14資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除弱電一詞源于智能建筑(IntelligentBuildings),指建筑綜合布線系統(tǒng)中的音頻線路、視頻線路、計算機網(wǎng)絡(luò)、電話線路、無線通信等，如音響設(shè)備、有線電視、視頻監(jiān)控、計算機網(wǎng)絡(luò)、電話網(wǎng)絡(luò)等。弱電電壓一般為交

3、流36V以下，或者直流24V以下，弱電的頻率一般達到千赫或兆赫.市電主要提供能源，如照明、驅(qū)動電機等，而弱電主要用于信息傳遞，如傳輸語音、圖像、數(shù)據(jù)等信息。在計算機、家電等弱電設(shè)備內(nèi)部，一般都有電源部分，負責(zé)將普通市電轉(zhuǎn)換為可供計算機等使用的低電壓。1.2電能質(zhì)量1.2.1、 電能質(zhì)量技術(shù)指標電能質(zhì)量技術(shù)指標主要包括：電壓波動、頻率波動、諧波和三相不平衡等。供電電能質(zhì)量會受到多種干擾而降低，如產(chǎn)生電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”。常見的干擾因素包括：電路負荷變化、電動機啟動、電器開啟與關(guān)停、電路導(dǎo)閘切換、雷擊、人為故障等。1. 2.2電壓波動(Undulating

4、voltage)理想的市電電壓波型是連續(xù)、光滑、沒有畸變的正弦波，其幅值和頻率穩(wěn)定.當(dāng)市電負荷發(fā)生變化時，如附近有大型設(shè)備啟動，電路負荷增加較大，使供電電源正弦波的幅值受到影響,產(chǎn)生低電壓，這也是在日常生活中，燈光強度突然變暗的原因。一般計算機允許電壓波動范圍為AC220V±5%,當(dāng)供電電壓波動超過允許范圍時.，就會使計算機出現(xiàn)運算錯誤，在電壓降低至額定電壓(Nominalvoltage)的70%時，計算機的停電檢測電路就視為停電,導(dǎo)致計算機關(guān)機或重新啟動.lo2.3、頻率波動(Undulatingfrequency)市電供電頻率波動主要是由于電網(wǎng)超負荷運行而引起發(fā)電機轉(zhuǎn)速的變化所致

5、.計算機的外部設(shè)備大多采用同步電動機，一般計算機頻率允許波動范圍為50Hz±1%。當(dāng)電源頻率波動超過允許范圍時，會使計算機信息存儲的頻率發(fā)生變化而產(chǎn)生錯誤。1.2.4、瞬間停電(Interruptpowersupply)如果電網(wǎng)中發(fā)生瞬間停電，如供電線路導(dǎo)閘切換，將直接影響計算機的正常運行。一般計算機要求電源中斷在10ms之內(nèi).當(dāng)電源中斷時間小于lo5ms,計算機系統(tǒng)會通過自身的大電容放電，來維持系統(tǒng)繼續(xù)運行。當(dāng)電源中斷超過1.5ms時,作為計算機存儲器的MOS電路就會失去記憶，導(dǎo)致處于運算過程中的數(shù)據(jù)丟失，并產(chǎn)生運算錯誤,甚至停機.lo2o5零地電壓過高理想狀態(tài)下，零線與地線之間電

6、壓接近于0V,實際上零地電壓一般在十幾伏以內(nèi)，如果地線懸浮(斷開或未接)，零地電壓甚至高達110V.計算機通信設(shè)備一般要求零地電壓在2V以下，有些高級服務(wù)器要求零地電壓小于IV。零地電壓過高，將影響設(shè)備系統(tǒng)的安全可靠運行，例如，可能加速設(shè)備老化，引起硬件故障，甚至損壞設(shè)備；也可能引發(fā)控制信號誤動作，造成設(shè)備誤啟動和誤關(guān)機;還會影響通信質(zhì)量，造成誤碼率上升，丟包率增加，通信緩慢等。零地電壓過高的常見原因包括：(a)三相電源配電時負載不平衡.由于市電三相交流電的三根相線上的負載不同，三根相線中的電流并不相等，導(dǎo)致零線上出現(xiàn)電流,產(chǎn)生電壓降，使零線與用戶端的接地線之間存在電壓。(b)接地電阻不符合規(guī)

7、范要求。如果接地電阻過高，很小的電流就會產(chǎn)生零地電壓(c)N(零)線、PE(地)線的線徑不夠或斷路。(d)高頻諧波引起電位升高；由于正弦電壓加壓于非線性負載,基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生高次諧波。常見的非線性負載有UPS、開關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等。(e)電磁場干擾；2、電涌對設(shè)備運行的影響2。1、電涌及其危害簡介電涌(surge)是電路中出現(xiàn)的瞬間電流、電壓波動。當(dāng)瞬間電壓及電流高于正常值的雙倍時，可稱之為電涌，通常持續(xù)約百萬分之一秒。電涌的危害包括，絕緣損壞引起短路，擊穿整流、穩(wěn)壓元件使設(shè)備停工或漏電傷人。短路是導(dǎo)線間因非正常連接而形成的閉合回路,短路能產(chǎn)生非常大的電流，導(dǎo)致電路燒毀甚至發(fā)

8、生火災(zāi)。漏電，一般指電器外殼帶電，是電器外殼和市電火線之間,由于某種原因連通，在外殼和地之間產(chǎn)生一定的電位差。例如，電源主板上積累的灰塵受潮后，使高壓和低壓部分連通，引起外殼帶電。2。2電涌成因電涌分為外部電涌和內(nèi)部電涌。外部電涌主要是雷電、電路導(dǎo)閘操作等產(chǎn)生的過電壓。內(nèi)部電涌主要是建筑物內(nèi)部的設(shè)備開關(guān)電源產(chǎn)生的電涌。據(jù)統(tǒng)計，內(nèi)部電涌過電壓事件占80%以上。2.2o1、雷電電涌過電壓：雷電電涌過電壓可細分為感應(yīng)雷擊電涌過電壓、直接雷擊電涌過電壓、雷擊傳導(dǎo)電涌過電壓(a)感應(yīng)雷擊電涌過電壓：雷擊閃電產(chǎn)生高速變化的電磁場，閃電輻射的電場作用于樓體內(nèi)的鋼筋、電線等導(dǎo)體，感應(yīng)出很高的過電壓,這類過電壓

9、具有很陡的前沿并快速衰減。(b)直接雷擊電涌過電壓;直接落雷在電網(wǎng)上，由于瞬間能量巨大,破壞力及強，目前還沒有一種設(shè)備能對直接落雷進行保護。（C）雷擊傳導(dǎo)電涌過電壓：由遠處的架空線傳導(dǎo)而來，由于接于電力網(wǎng)的設(shè)備對過電壓有不同的抑制能力，因此傳導(dǎo)過電壓能量隨線路的延長而減弱。2.2。2、操作電涌過電壓：由于接通和分斷控制設(shè)備時，產(chǎn)生的電涌過電壓，特別是電動機或變壓器負載，在起動或開斷時，出現(xiàn)載流和重燃過電壓，常使電動機繞組或變壓器擊穿損壞.3、配電系統(tǒng)對設(shè)備運行的影響通過總結(jié)經(jīng)驗，合理地進行配電設(shè)計,可以有效地預(yù)防供電系統(tǒng)故障對設(shè)備運行的危害.例如，在有主、備用兩套設(shè)備的系統(tǒng)中，不要將主用設(shè)備與

10、備用設(shè)備接到同一UPS供電回路，這樣可以防止因供電回路受到雷擊等沖擊時，引起主、備用設(shè)備同時損壞，無法保障運行。再如，使機房內(nèi)的主用設(shè)備供電和輔助設(shè)備供電要分離，并嚴格按規(guī)定操作。這樣可以防止，有人將短路的電烙鐵、電源插排、測試設(shè)備等接入到為重要設(shè)備供電的回路中，引起電源保護開關(guān)跳閘斷電,導(dǎo)致重要設(shè)備停機等嚴重問題.4、靜電對設(shè)備運行的影響靜電（Staticelectricity)是處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷。各類物體都可能由于移動或摩擦而產(chǎn)生靜電，尤其是在干燥的環(huán)境中。靜電電壓非常高，可達到數(shù)千伏到十千伏,但能量較小。靜電放電(ElectrostaticDischarge,ESD)會擊穿集成電路和精

11、密的電子元件、引起電子設(shè)備故障或誤動作、引爆粉塵和油霧等。集成電路一般只能承受8千伏以內(nèi)的直接接觸靜電。5、設(shè)備機房中采取的應(yīng)對措施5。1供電配電設(shè)計引接兩路獨立的主電源供電，即通過電網(wǎng)中不同的變壓器引接兩路主電源線入戶。當(dāng)一路發(fā)生故障無法供電時，另一路可以繼續(xù)供電。機房內(nèi)主用設(shè)備供電與輔助設(shè)備供電分離，并嚴格按要求操作。主設(shè)備指計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，輔助設(shè)備指機房照明、空調(diào)、臨時接入的測試設(shè)備等。主用設(shè)備與備用設(shè)備接到不同的供電電回路上，例如由兩路完全獨立分隔的UPS系統(tǒng)分別供電，當(dāng)一路UPS系統(tǒng)維護或停機時，計算機設(shè)備可以不停機地切接到另一個UPS供電回路.5.2、使用UPS供電UPS(Un

12、interruptiblePowerSupply)，即不間斷電源，能在市電供電質(zhì)量下低或斷電時，為計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)繼續(xù)供電,保障設(shè)備繼續(xù)運行。UPS主要有兩個作用：一是斷電應(yīng)急，防止突然斷電而引起工作中斷，或者給計算機造成損害（如，緩存中的數(shù)據(jù)丟失）；二是提供高質(zhì)量的穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電，市電經(jīng)過UPS的整形、濾波和穩(wěn)壓處理，可以消除電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染二UPS主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開關(guān)等幾部分組成，逆變器為主要元件。1）整流器:簡單說，整流器是將交流電（AC）轉(zhuǎn)化為直流電（DC）的裝置.其主要功能是：一是將交流電變成直流電，經(jīng)濾波后供給負載或者逆

13、變器；二是給蓄電池提供充電電壓，起到充電器的作用。剛整流出來的直流電帶有較大的脈動性，存在小的波峰波谷，需要經(jīng)過濾波，得到平滑的高質(zhì)量直流電壓。電源濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路，就是一個選頻電路，讓符合頻率要求的信號（直流或50Hz電流）順利通過，同時抑制或消除不符合要求的頻率信號.2）蓄電池：蓄電池是UPS系統(tǒng)中儲存電能的裝置，電池容量大小決定其維持放電（供電）的時間長短，若干只單個電池串聯(lián)而成蓄電池組。其主要功能是:一是當(dāng)市電正常時，將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲存在電池內(nèi)部。二是當(dāng)市電故障時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能提供給逆變器或負載。常見型號有100AH-12V等.3）逆變器：是一種將直流電

14、（DC）轉(zhuǎn)化為交流電（AC）的裝置.它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成；常見的UPS種類有在線式、后備式等.8 / 14資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除在線式(ON-LINE)UPS:當(dāng)輸入、負載和UPS本身都正常工作時,UPS電源將輸入的交流市電先通過整流器變成直流電，然后通過逆變器將直流電逆變成交流電，輸出標準的穩(wěn)定的純凈的正弦波電源。負載得到的是由逆變器輸出的高質(zhì)量的正弦波電源.后備式(OFFLINE/BACK-UP)UPS:當(dāng)輸入，負載及UPS本身都正常工作時，UPS僅將市電做簡單的升壓、降壓和濾波處理，然后直接輸出給負載使用，只有當(dāng)市電供電不符合要求時，UPS

15、才將電池的直流逆變成交流電，輸出給負載使用。在大部分時間，負載使用的是經(jīng)過簡單處理的市電輸入電源。表一：UPS種類UPS種類后備式在維在線互動式容量250VA-2KVA1KVATQ0KVA以上1KVA-5KVA功能基本功能完全保護功能較完全保護功能轉(zhuǎn)換時間<10ms4ms輸出波形方波(多數(shù))正弓骸正弦波適用負載PC終端設(shè)備服務(wù)器、小型機工作站.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備5o3油機為應(yīng)對長時間停電的風(fēng)險，需要為重要的設(shè)備系統(tǒng)配備油機發(fā)電系統(tǒng)。定期測試油機系統(tǒng)的可靠性，并及時保養(yǎng)，確保在關(guān)鍵時刻能夠正常啟動油機.5o4、多級次的全面防雷保護系統(tǒng)5。4。1、電涌保護器電涌保護器(SurgeprotectionD

16、evice,SPD),俗稱“避雷器”、“防雷模塊”或“過電壓保護器”等，是一種電子設(shè)備雷電防護裝置。其工作原理是，把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，保護設(shè)備系統(tǒng)不受沖擊而損壞.要重視電涌保護器的質(zhì)量，并且不能過于依賴電涌保護器的作用。5.4。2、多級次的全面防雷保護簡介防雷保護是一個綜合系統(tǒng)，國家標準建筑防雷設(shè)計規(guī)范有很多要求，筆者臆測,其核心做法就是采取“多級次的全面防雷保護”.多級次的全面防雷保護示例A級保護：變電站處的保護B級保護：建筑物主配盤處的保護C級保護：建筑物內(nèi)分配電盤處的保護D級保護：末端的負載保護5o5四種接地

17、根據(jù)中華人民共和國國家標準電子計算機機房設(shè)計規(guī)范(GB5017493)中，第六章電氣技術(shù)之第四節(jié)接地的規(guī)定，電子計算機機房應(yīng)采用下列四種接地方式：(a)交流工作接地，接地電阻不應(yīng)大于4Q；(b)安全工作接地，接地電阻不應(yīng)大于4Q；(c)直流工作接地，接地電阻應(yīng)按計算機系統(tǒng)具體要求確定；(筆者注：應(yīng)小于1Q)(d)防雷接地，應(yīng)按現(xiàn)行國家標準建筑防雷設(shè)計規(guī)范執(zhí)行.交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防防雷接地等四種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值確定；若防雷接地單獨設(shè)置接地裝置時，其余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于其中最小值，并應(yīng)按現(xiàn)行國標準建筑防雷設(shè)計規(guī)范要求采取防止反擊措施。5o6防靜電安裝防靜電地板，并將防靜電地板下面的金屬支架通過銅箔網(wǎng)連接，再與機房的接地匯流銅排連接。當(dāng)人在地板上面行走時，摩擦產(chǎn)生的靜電，由防靜電地板及金屬支架傳入地板