电源保护——AV和IT融合系统保护的关键

　　很多时候，你的服务电话最终像一个警察法医电视节目的脚本。也许我们可以称之为CSI：设备室。

　　这是一个谜。在短时间内，几个关键部件遭遇过早失效，并且没有明显的原因。没有附近的雷击；不是电源电路的错误接线；没有其他严重或灾难性的电源问题的迹象。但是损坏还是发生了。您进行所需的更换或维修，可能支付全部或部分成本，并因服务中断向您的客户道歉。你希望不会再发生。

　　所有听起来都太熟悉了

　　然而，由于融合AV和IT系统的范围和复杂性的扩大，这种情况变得太熟悉了。随着如今技术的激增，所有在住宅、商业和教育环境中的安装设备，都内置更敏感的、装有微处理器的组件。这反过来意味着更多的潜在点的功能退化或完全失效。如果一个控制组件发生故障，整个系统可能无法使用。

　　彻底的事后检讨可能会揭示，这些神秘故障中的许多因素（如果不是大多数）都是在向组件提供的AC电源服务中隐藏且持续的异常结果。不是由雷击引起的突然灾难性故障，我们正在考虑较长时间内较不严重但不断重复的尖峰和浪涌的缓慢累积效应。这不是一击就倒，更像是慢性中毒。

　　在概述保护重要的AV和IT系统免于此类故障的策略之前，快速回顾电力系统的结构并寻找潜在问题的起源将是有帮助的。保护基础知识

　　电力公司提供的电力在服务入口处进入建筑物。此时插入的电源保护（称为C类）处理从电网引入建筑物的大浪涌。在全国范围内，设备机架上可能存在的所有电涌中只有大约20％源于建筑物外部，或者来自电线上的雷击（不同区域存在很大差异）或者电网本身的问题。

　　当然，雷击是一个主要的威胁。雷击可产生超过3000万伏特并提供100,000+安培的电流。然而，由于布线的电弧和/或灾难性故障，可以通过建筑物的布线传递的浪涌能量限于约6000伏和3000安。在任何情况下，通过这一点的电力浪涌是相对罕见的，并且通常可以通过风暴或者影响大面积的广泛的电力异常来识别。

　　这个级别的保护在很大程度上是断路器面板方硬接线的“强力”解决方案。它减轻外部浪涌，如附近的雷击或错误的电网切换，但高开启阈值允许更少的浪涌通过，而不受影响。服务入口保护可以随时间逐渐退化，并且它不解决其他问题，诸如在建筑物内产生的过/欠电压条件或尖峰和浪涌。C类保护的任何插入通常由电网提供商完成，其浪涌保护义务通常覆盖到这一点。

　　剩余的80％的电力问题发生在建筑物内，并且需要在分支电路级（类别B）或使用点（类别A）处的保护策略，这意味着在设备机架中或邻近连接的组件。在这里提供足够的保护通常是安装连接设备的AV或IT承包商的责任。

　　本地因素

　　如刚刚提到的，C类保护的高阈值允许低电平浪涌通过，并且这些被添加到建筑物内产生的其他尖峰或浪涌。尖峰是高能量，高频事件，而浪涌是更持久的功率膨胀。这些异常源自哪里？许多是开关瞬态的结果。这些是由大电流装置，如大功率放大器，开关电源的其它部件或具有电动机的设备，例如冰箱或空调的开/关切换产生的。虽然不像雷击那般剧烈，但这些持续的低电平电压浪涌不仅威胁到电子部件，而且在典型的MOV基浪涌保护提供的保护下慢慢消除。

　　一项研究发现，典型的办公电子产品每天会承受超过50次的这些浪涌事件。瞬间的影响通常被忽视，虽然它们偶尔出现在计算机锁定、崩溃或设备储存丧失的情况下。从长期来看，累积效应可能与单个灾难性事件所造成的影响相同：突然和莫名其妙的故障。

　　相关问题

　　在开始使用解决方案之前，请注意可能影响交流电源的三个其他问题，每个都会引入其自身的问题。

　　•持续过压或欠压：如果线路电压远高于或低于标称电压，则会损坏一些敏感的电子组件。过电压是罕见的，通常是由于接线或连接错误。欠压是比较常见的，由于过压网格进入限电管制。当过压或欠压经过危险阈值时，许多全面的电源保护单元将切断连接设备的电源。

　　•电磁和射频干扰：交流线路电流可能被从各种来源诱发的外来信号污染。虽然肯定不会对烤面包机或冰箱造成威胁，这种干扰对于敏感的数字电子设备可能是有问题的。全面的保护系统将滤除这种干扰。

　　•浪涌电流：一次打开几个大电流设备可能会导致突然断开本地断路器的电流。一些综合保护系统将结合“软启动”电路以防止过渡电路过载。

　　核心保护策略

　　浪涌保护是任何策略的核心，用于保护精密的AV和计算机设备免于由于重复的低电平浪涌导致的灾难性事件或累积性退化而过早失效。

　　•最小，低预算解决方案：此方法插入基本的浪涌抑制器件，通常由包含金属氧化物变阻器（MOV）的简单电路组成。 MOV由半导体材料制成，当呈现出远高于其额定额定值的电压尖峰时，该半导体材料可以传导大量的电流。当这种情况发生时，MOV将电压浪涌转移到中性点或地面，绕过所连接设备的“热”交流端子。如果对其应用进行适当评级，并且如果仍然在满额定容量下工作，则这种装置对于防止突然灾难性故障起到充分的保护作用。

　　但是，这种基本方法有缺点。MOV随时间缓慢降解，每个小浪涌逐渐降低有效性，因此，这些装置的寿命有限。如果用于保护关键设备，则需要定期对其进行监测和测试，如果怀疑有效性较低，则应进行更换。

　　此外，MOV是被“牺牲”的设备，这意味着它是“一劳永逸”的保护。一旦它被要求转移高水平的威胁浪涌，MOV必须更换。此外，当用于电力滤波应用时，MOV可能过热并且存在火灾危险，尽管大多数设备还包括热熔断器以防止热失控。

　　最后，采用这种方法的大多数解决方案将能量转移到电接地，用作低压信号电路的参考接地的同一个地面。在接地线上突然出现不需要的电流可能中断数据传输并导致级联问题。

　　•高级解决方案：存在适用于具有浪涌保护技术的安装程序的设备，可提供更复杂的解决方案。这些不是“牺牲”装置，意味着它们被设计成能够承受持续的浪涌而不降级，包括高级“雷击”类型的事件。

　　这种类型的高质量单元采用两级方法来消除灾难性和低水平浪涌事件。第一级采用相对空芯电感，设计可承受高达6000V的浪涌，有效阻断高频，潜在的灾难性事件。第二级消除了伴随外部高电压事件的残留低频浪涌电压，以及消除源自建筑物中的电活动的重复低电平浪涌。此外，由于此设计不依赖于将电流转移到地面，因此没有可能影响模拟或数字低压系统的地面污染或共模干扰。

　　许多系列模式单元也提供一个完整的套餐协议。由于其更高的复杂性和电路复杂性以及相对更高的成本，它们还将纳入用于EMI / RFI滤波，过压和欠压保护以及浪涌电流管理的功能。

　　根据需要采用

　　用于插入浪涌保护解决方案的最佳位置（或多个位置）将取决于多种因素，包括安装的尺寸，公共电路上的关键设备的相对位置和分组，电路上任何浪涌诱发设备的存在，以及每个设备的特定灵敏度。

　　再有就是，一些服务进入保护可以由电气承包商提供，但这是一般的保护，以防止火灾并且避免对主电气系统造成灾难性损坏。将由AV或IT供应商确保为已安装的系统提供适当的保护，并且在这些系统的预期寿命内提供持续的保护。

　　确保适当保护的最佳方法是，在合理的后勤和预算限制下，尽可能使其保持在使用点附近。电力保护系统设计用于处理在运行的电网上有问题的和潜在的破坏性异常。当电网退出时，这是另一个问题，它要求不间断电源（UPS）临时保持关键系统功能。

　　但请记住，并非所有UPS单元都提供完全隔离或足够的浪涌保护功能。不要让你的UPS做不在其职责范围内的工作。

　　在更大和更复杂的安装（无论是商业还是住宅）中，对关键电子系统的电力设备进行远程监视和控制都是有帮助的。为此，电源保护系统的制造商引入了全面的，基于IP的硬件和软件解决方案，允许互联网访问检查系统状态和诊断当前或潜在的问题。

　　此类别中的基本机架安装单元使用户能够通过IP启用的双向通信来监视和控制功率分配设置，远程监控功率循环设备，监视功率使用情况，以及显示实时功率和能量使用。这是除了之前所述的高级系列模式单元的扩展能力的功能。

　　先进的解决方案

　　对于最关键的应用，可提供复杂的解决方案，包括综合开/关调度，以及自动ping模式，定期检查兼容的网络和DSP设备，以确保它们正常工作。如果未重复ping，设备将自动重新启动并重新检查。这些解决方案可用于多种规格因素，适用于独立式，机架安装或分支电路安装。

　　解决神秘的死亡可能会造就一部优质的电视剧，但反复的现场服务电话会影响利润，则是一个彻头彻尾的罪魁祸首。不要在事情发生后才去调查灾难，最好确保从一开始就完全实现适当扩展的全面电源保护。