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通信機房加裝漏電保護器的利與弊

 電氣設(shè)計狄老師 2019-02-22

通信系統(tǒng)中,動力設(shè)備作為通信設(shè)備動力的唯一提供者,它的安全穩(wěn)定運行關(guān)系到整個通信網(wǎng)絡(luò)的可靠暢通,因此動力機房的設(shè)計必須以此為根本出發(fā)點。

    為了保證發(fā)生觸電事故時能夠及時切斷故障線路、保護人身安全、阻止設(shè)備損壞和二次事故,供電局都要求動力機房必須安裝漏電保護器。然而在實際使用中,漏電保護器卻給機房設(shè)備的穩(wěn)定運行帶來了嚴重的安全隱患。本文主要從開關(guān)電源設(shè)備漏電流產(chǎn)生、防護、國家標準等幾個方面作簡略介紹。


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開關(guān)電源漏電流的產(chǎn)生

       開關(guān)電源將交流市電整流成直流,配套蓄電池為通信設(shè)備提供穩(wěn)定的動力能源。開關(guān)電源模塊主要由交流輸入濾波(EMI)、PFC、DCDC變換、輸出濾波等主電路組成,同時由控制電路提供過欠壓保護、過溫保護、輸出短路保護等功能。

 


      在下圖中,由C1、L、C2、C3組成的濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成開關(guān)電源最簡單的輸入濾波器,它有兩個作用:一方面對輸入開關(guān)電源的電磁干擾及浪涌進行抑制,保證后級整流電路可靠工作,同時防止電源本身工作時產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)的污染。

      從圖1可以看到,火線經(jīng)過電容C2、零線經(jīng)過電容C3接地,形成所謂Y電容。當市電有浪涌電壓及高頻諧波成分時,就會有部分電流經(jīng)電容C2、C3流入大地,這就產(chǎn)生了漏電電流,開關(guān)電源的直流輸出部分也有與此相近的濾波電路,因此漏電流的產(chǎn)生也就不可避免,開關(guān)電源屬于大漏電流設(shè)備。

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漏電保護器及其工作原理

      漏電保護器是一種用于防止電氣設(shè)備或線路漏電或絕緣下降而引起觸電事故、火災(zāi)事故的電氣安全裝置??刂圃砣鐖D2所示。

      漏電保護器通過檢測電路中零線和火線電流大小差異來控制開關(guān)動作的。正常時,穿過零序電流互感器的電流矢量和為零,互感器無信號輸出,當電路故障、對地出現(xiàn)泄漏電流時,火線和零線的電流矢量和不等于零,零序電流互感器就產(chǎn)生信號輸出,此信號經(jīng)線性放大,當達到規(guī)定范圍時,使脫扣電磁鐵線圈得電動作,從而使斷路器脫扣,切斷電路,需要故障消除后手動復位,接觸器才能再次吸合。


      漏電保護器的選擇取決于實際的應(yīng)用或所要求保護的等級,按照IEC4.79(電流通過人體效應(yīng))確定,通過人體的交流50HZ電流不超過30mA時,人體不會因發(fā)生心室纖維性顫動而死亡,它與人體潮濕程度、接觸電壓高低無直接關(guān)系,因此脫扣電流為30mA的漏電保護器可以保護人員防止觸電。

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國家標準關(guān)于漏電流保護的規(guī)定

      一般來講,漏電保護器適用于民用電氣和部分工業(yè)電氣設(shè)備,對于某些工業(yè)電氣設(shè)備比如高頻開關(guān)電源或UPS來說并不適用,因此在通信行業(yè)標準中對電源設(shè)備漏電流具體允許值的大小都沒有太多要求。


      經(jīng)常會出現(xiàn)在機房供電時,電力局強制要求安裝漏電保護器,按照GB50096-1999《住宅設(shè)計規(guī)范》規(guī)定“每幢住宅的總進線斷路器,應(yīng)具有漏電保護功能”,然而高頻開關(guān)電源原理決定了其不可避免的有大漏電流產(chǎn)生,因此在通信行業(yè)標準YD/T731-2002《通信用高頻開關(guān)整流器》第4.9節(jié)里對漏電流有這樣的規(guī)定:

1.符合GB4943-1995中5.2.2表17最大對地漏電流的要求;

2.當漏電流大于3.5mA時,漏電流不應(yīng)超過每相輸入電流的5%,如果負載不平衡,則應(yīng)采用3相電流的最大值來進行計算,在大漏電流通路上,內(nèi)部保護接地導線的截面積不應(yīng)小于1.0mm2。在靠近設(shè)備的一次電源連接端出,應(yīng)設(shè)置標有警告語或類似詞語的標牌,即“大漏電流,在接通電源前必須先接地”。


    查詢GB4943-2001《信息技術(shù)設(shè)備的安全》標準,第5.1.6節(jié)表5A為最大接觸電流規(guī)定。

      由此可見,在這兩個標準里,對帶有保護接地端子的駐立式永久連接的設(shè)備,每相漏電流只需小于單相最大輸入電流的5%即可滿足規(guī)定要求。


    在另一個標準里,YD5098-2005《通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》中第6.7.2節(jié)規(guī)定“ 站內(nèi)、外使用的電源配電箱應(yīng)安裝斷路開關(guān),不得安裝漏電開關(guān)”,該標準現(xiàn)已升級為國家標準GB50689-2011,規(guī)范描述與此如出一轍。


    通過上面幾個通信行業(yè)標準不難看出,在通信局(站)在建設(shè)時都不推薦安裝漏電保護器,這是因為安裝后可能存在的以下隱患:

   (1)漏電保護器本身也是電氣設(shè)備,存在電磁兼容性的問題,而實際使用環(huán)境的電磁場相當復雜,靜電放電、高頻電磁場無處不在。經(jīng)試驗表明,一臺3-5W的手機在7cm距離,產(chǎn)生的電磁場強度高達800V/m,15cm距離的場強達300V/m(參見周志敏等編 低壓電氣技術(shù)問答),完全可能使某些電子式漏電保護器誤動作;

   (2)漏電保護器本身的質(zhì)量良莠不齊、絕緣惡化、使用條件惡劣、電網(wǎng)中存在的高次諧波過大等均可能造成保護器誤動作,誤動作的后果是直接增加維護人力,甚至引起機房停電、通信中斷;

   (3)通信電源漏電流的產(chǎn)生與系統(tǒng)容量、電網(wǎng)質(zhì)量有重要關(guān)系,負載越大、配置模塊數(shù)量越多,系統(tǒng)產(chǎn)生的漏電流也越大。按照國家標準GB13955-92《漏電保護器安裝和運行》中5.3規(guī)定:“選擇漏電保護器的額定動作電流時,應(yīng)充分考慮到被保護線路和設(shè)備可能發(fā)生的正常泄漏電流值,必要時可通過實際測量取得被保護線路和設(shè)備的泄露電流值,選用的漏電保護器的額定不動作電流,應(yīng)不小于電氣線路和設(shè)備的正常泄漏電流的最大值的2倍”。按照這個標準,選用的漏電保護器容量會很大,已經(jīng)失去了30mA安全電流的范圍。即使在機房投入使用初期漏電保護器容量規(guī)格滿足要求,隨著電源擴容、機房環(huán)境變化,使得系統(tǒng)漏電流超出設(shè)計范圍,引發(fā)保護器動作,因此安裝漏電保護器給電源系統(tǒng)的運行特別是后續(xù)擴容帶來嚴重隱患。樹上鳥教育電氣設(shè)計視頻教程

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通信電源如何保護人體不受漏電流危害

      通信電源系統(tǒng)中流過濾波電容的漏電流會使電源系統(tǒng)機柜帶電,如不加以防護,將嚴重影響設(shè)備工作,引發(fā)人身安全。通信電源采用聯(lián)合接地方式,要求施工時對接地做好嚴格檢查,系統(tǒng)的漏電流通過地線流回大地,可以有效避免對人體產(chǎn)生傷害,圖3分別表示無接地和有接地時,產(chǎn)生觸電事故后接觸電流的流動方向。

      左圖表示電源沒有可靠接地,人體接觸設(shè)備外殼時,漏電流i′通過人體傳導,造成對人體安全的威脅。右圖表示電源具有可靠接地,人體接觸設(shè)備外殼時,漏電流i′將通過系統(tǒng)的接地線流入大地,避免了對人身可能造成的危害。因此,通信電源系統(tǒng)只要具有了良好的接地系統(tǒng),就可以防止由于漏電流的存在而造成人體傷害,同時只有符合規(guī)范要求的接地系統(tǒng)才能使電源設(shè)備能工作在低雜音、高效率狀態(tài)。通信電源屬于大漏電流設(shè)備,必需可靠接地,通常在機柜上也會貼有如下的標語(該警告語句來自IEC60364-7-707),在電源安裝過程中必須嚴格按照要求進行。  

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