電子通訊設(shè)備對雷擊浪涌的防護(hù)

苑曉麗 王彥申

【摘要】本文首先說明了雷電的產(chǎn)生及效應(yīng)，然后分析了電子通訊設(shè)備防雷擊浪涌的設(shè)計(jì)原則，最后詳細(xì)闡述了電子通訊設(shè)備對雷擊浪涌的防護(hù)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】電子通訊設(shè)備；雷擊浪涌；防護(hù)；PTC；接口

一、雷電的產(chǎn)生及效應(yīng)

（一）雷電的產(chǎn)生

雷電是放電路徑長度為數(shù)千米的瞬時(shí)大電流放電。雷雨云中空氣的流動和翻滾產(chǎn)生的強(qiáng)烈的靜電荷區(qū)，當(dāng)電荷及相應(yīng)的電場強(qiáng)度大到足以使空氣擊穿時(shí)，就產(chǎn)生了雷電。

（二）雷電的效應(yīng)

雷電具有高電壓、大電流和瞬時(shí)性的特點(diǎn)，雷電放電可以產(chǎn)生機(jī)械、熱和電的效應(yīng)。

1、機(jī)械和熱效應(yīng)

上升速度快、峰值幅度高的雷擊電流，會產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，使放電通道上的金屬部件損壞或扭曲。雷擊電流產(chǎn)生的熱量足以使放電通道上的金屬部件熔穿或燒成孔洞、使金屬部件的連接點(diǎn)如螺絲和焊點(diǎn)等熔化。

2、電效應(yīng)

雷電可能對建筑物、結(jié)構(gòu)物和戶外設(shè)備直接放電，快速上升和大幅值的電流脈沖以及由此形成的高電壓會對放電點(diǎn)的物體造成毀滅性的打擊。變化率極大的雷電流會在鄰近導(dǎo)體上產(chǎn)生電磁感應(yīng)電壓，襲擊架空線和地下電纜。閃電產(chǎn)生的靜電場、電磁場、雷電波或感應(yīng)電壓、地電位反擊等，統(tǒng)稱雷電電磁脈沖 LEMP，它會嚴(yán)重干擾電子通訊設(shè)備的正常工作，使絕緣擊穿、參數(shù)劣化、元器件失效、設(shè)備故障甚至燒毀。

二、電子通訊設(shè)備防雷擊浪涌的設(shè)計(jì)原則

（一）客戶利益原則

無論防護(hù)工程的大小，防護(hù)設(shè)備數(shù)量選用多少都應(yīng)以用戶對安全期望值為原則，以用戶需求為宗旨。本著務(wù)實(shí) ， 實(shí)用有效的思想，以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，充分考慮用戶設(shè)備的可擴(kuò)展性，通過相互間深次的技術(shù)交流和溝通，達(dá)到目標(biāo)的一致性，取得雙贏。

（二）安全可靠性原則

防雷工程的設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮的問題就是科學(xué)性、合理性、安全性和可靠性。在防雷工程的設(shè)計(jì)中防護(hù)產(chǎn)品應(yīng)是成熟可靠的產(chǎn)品。電力通信設(shè)備是電力調(diào)度與電網(wǎng)控制的關(guān)鍵設(shè)備，對人民生活與生產(chǎn)息息相關(guān)，任何時(shí)刻的系統(tǒng)故障都有可能給用戶帶來不可估量的損失，以及相關(guān)的社會影響。這就要求系統(tǒng)具有高度的可靠性。如何提高系統(tǒng)可靠性是防雷工程師必須關(guān)注的首要問題。因此，防雷產(chǎn)品滿足以下要求：

1、滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行，系統(tǒng)傳輸無損耗和衰減，不出現(xiàn)“亂套”或“暫亂套”；

2、滿足在規(guī)定的技術(shù)條件下的防感應(yīng)雷、防浪涌過電壓的沖擊，且能自動復(fù)位；

3、防護(hù)器件失效或損壞時(shí)，產(chǎn)品具有聲光報(bào)警或遙訊接口、自動脫扣裝置。

（三）先進(jìn)性原則

從國家電力及電力通信發(fā)展來看，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的先進(jìn)性原則，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施及裝備特點(diǎn)，對高壓輸變電網(wǎng)、電力調(diào)度控制網(wǎng)和電力通信網(wǎng)開放的體系結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)電設(shè)備、弱電設(shè)備的安全接地系統(tǒng)的兼容性和協(xié)調(diào)性；防護(hù)設(shè)計(jì)中的梯度性。

（四）實(shí)用性原則

本著安全最大化原則，配置防雷保護(hù)系統(tǒng)的投入與安全的期望值成正比，投入所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是顯著的，能減少每年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、提高和延長設(shè)備工作時(shí)間、避免雷電災(zāi)害或重大事故造成的重大經(jīng)濟(jì)損失，為用戶的系統(tǒng)設(shè)備增值，有效的保護(hù)用戶的投資，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；實(shí)用性就是能夠最大限度地滿足用戶的需要，從實(shí)際應(yīng)用的角度來看 ， 這個(gè)性能更加重要。

（五）開放性，可充性，可維護(hù)性原則

防雷保護(hù)技術(shù)是不斷發(fā)展變化的，為了保證用戶的投資，所選產(chǎn)品必須滿足行業(yè)的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；符合國家或國際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這樣才能對電力網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展提供保證。

三、電子通訊設(shè)備對雷擊浪涌的防護(hù)設(shè)計(jì)

（一）雷擊浪涌保護(hù)器件及其選擇方法

電子通訊設(shè)備在印制板上進(jìn)行雷擊浪涌保護(hù)（二級保護(hù)）通常由三種器件來實(shí)現(xiàn)：PTC（正溫度系數(shù)）熱敏電阻，簡稱 PTC；瞬態(tài)電壓抑制器，簡稱 TVS；箝位二極管。

（二）PTC （正溫度系數(shù)）熱敏電阻及其選擇方法

PTC 通常由特殊處理過的聚合樹脂及導(dǎo)體組成在正常情況下，聚合樹脂把導(dǎo)體束縛在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)內(nèi)，構(gòu)成低阻抗的導(dǎo)電體。當(dāng)電路出現(xiàn)異常電流急劇增大時(shí)，器件的溫度瞬間上升，被束縛在聚臺樹脂上的導(dǎo)體便會分離，導(dǎo)致阻抗迅速提高，從而限制異常電流流過保護(hù)電路免遭損壞。PTC（正溫度系數(shù)）熱敏電阻的選擇方法如下：

1、由設(shè)備線路上的平均工作電流 l 及工作電壓 V選擇一種合適的系列。

2、PTC 熱敏電阻的參數(shù)通常是以環(huán)境溫度 20℃為標(biāo)準(zhǔn)的，當(dāng)設(shè)備的內(nèi)部環(huán)境溫度大于 20℃時(shí)，通過的電流會降低，用電流折減率來表示. 根據(jù)設(shè)備內(nèi)部最高環(huán)境溫度查出電流折減率，計(jì)算額定電流計(jì)算值 IU=1/ 電流折減率。

（三）二線模擬 z 接口的雷擊浪涌保護(hù)電路

二線模擬 Z接口的雷擊浪涌保護(hù)電路如圖 1 所示。

1、PTC 的選擇

模擬用戶電路的平均工作電流及工作電壓分別為 40mA和 48V，設(shè)備內(nèi)部最高環(huán)境溫度為 60℃，要求 PTC 熱敏電阻的常溫阻值的容差要小，以保證 ting 線對平衡，PTC 熱敏電阻選用步驟如下。

（1）線路工作電壓為 48V，又考慮到用戶電話線可能與交流 220V供電線直接接觸，查產(chǎn)品手冊（以 Raychem 公司的產(chǎn)品為例）選擇 TR 系列（最大工作電壓為 60V，最大電壓為 250V或600V）。

（2）查產(chǎn)品手冊，環(huán)境溫度為 60℃時(shí)，TR 系列的電流折減率為64%。

額定電流計(jì)算值 IU=1/ 電流折減率 =0.04/0.64=0.0625（A）。

2、TVS的選擇

考慮到 SLIC 的饋電電壓 V晴電=48V，而鈴流發(fā)生器的峰值電壓 v=75×1.414+48=154V，為使鈴流繼電器和 SLIC 均得到有效的保護(hù)，故采用了兩級 Tvs，但兩級 TVS的截止電壓是不同的。設(shè) TVS1 和 TVS2 的截止電壓分別為 vNM1 和 vNM2 （1）式，有：

vNM1（1.1～1.2）v=（1.1～1.2）154=169～185（V）；

vNM2：（1.1～1.2）V=（1.1～1.2）48=53～58（V）。

1Pp的取值，對于 10/1000ps 波型，可取 35A或 75A。

3、ISDN- U 接口的雷擊浪涌保護(hù)電路

ISDN- U 接口的雷擊浪涌保護(hù)電路如圖 2 所示。Tvs 的截止電壓 vNM 根據(jù)圖中直流電源電壓按（1） 式確定。

4、ISDN- S接口的雷擊浪涌保護(hù)電路

ISDN- S 接口的雷擊浪涌保護(hù)電路，如圖 3 所示。PTC、TVS 和箝位二極管的選擇與 ISDN- U 接口的雷擊保護(hù)電路的選擇類同，不再贅述。

結(jié)語

綜上，通訊設(shè)備的防雷擊浪涌的保護(hù)工作在實(shí)施中可能會遇到各種各樣的困難，但一定要迎難而上，從實(shí)用高效、安全可靠等基本點(diǎn)出發(fā)，秉持著以上所述的原則，在細(xì)致的工作中實(shí)現(xiàn)對其雷擊浪涌的保護(hù)。

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