電子通訊設備對雷擊浪涌的防護

苑曉麗 王彥申

【摘要】本文首先說明了雷電的產生及效應，然后分析了電子通訊設備防雷擊浪涌的設計原則，最后詳細闡述了電子通訊設備對雷擊浪涌的防護設計。

【關鍵詞】電子通訊設備；雷擊浪涌；防護；PTC；接口

一、雷電的產生及效應

（一）雷電的產生

雷電是放電路徑長度為數千米的瞬時大電流放電。雷雨云中空氣的流動和翻滾產生的強烈的靜電荷區，當電荷及相應的電場強度大到足以使空氣擊穿時，就產生了雷電。

（二）雷電的效應

雷電具有高電壓、大電流和瞬時性的特點，雷電放電可以產生機械、熱和電的效應。

1、機械和熱效應

上升速度快、峰值幅度高的雷擊電流，會產生強大的電磁力，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如螺絲和焊點等熔化。

2、電效應

雷電可能對建筑物、結構物和戶外設備直接放電，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體上產生電磁感應電壓，襲擊架空線和地下電纜。閃電產生的靜電場、電磁場、雷電波或感應電壓、地電位反擊等，統稱雷電電磁脈沖 LEMP，它會嚴重干擾電子通訊設備的正常工作，使絕緣擊穿、參數劣化、元器件失效、設備故障甚至燒毀。

二、電子通訊設備防雷擊浪涌的設計原則

（一）客戶利益原則

無論防護工程的大小，防護設備數量選用多少都應以用戶對安全期望值為原則，以用戶需求為宗旨。本著務實 ， 實用有效的思想，以科學嚴謹的態度，充分考慮用戶設備的可擴展性，通過相互間深次的技術交流和溝通，達到目標的一致性，取得雙贏。

（二）安全可靠性原則

防雷工程的設計應首先考慮的問題就是科學性、合理性、安全性和可靠性。在防雷工程的設計中防護產品應是成熟可靠的產品。電力通信設備是電力調度與電網控制的關鍵設備，對人民生活與生產息息相關，任何時刻的系統故障都有可能給用戶帶來不可估量的損失，以及相關的社會影響。這就要求系統具有高度的可靠性。如何提高系統可靠性是防雷工程師必須關注的首要問題。因此，防雷產品滿足以下要求：

1、滿足系統正常運行，系統傳輸無損耗和衰減，不出現“亂套”或“暫亂套”；

2、滿足在規定的技術條件下的防感應雷、防浪涌過電壓的沖擊，且能自動復位；

3、防護器件失效或損壞時，產品具有聲光報警或遙訊接口、自動脫扣裝置。

（三）先進性原則

從國家電力及電力通信發展來看，系統總體設計的先進性原則，主要體現在以下幾個方面：

防雷系統的設計考慮電力系統的基礎設施及裝備特點，對高壓輸變電網、電力調度控制網和電力通信網開放的體系結構中的強電設備、弱電設備的安全接地系統的兼容性和協調性；防護設計中的梯度性。

（四）實用性原則

本著安全最大化原則，配置防雷保護系統的投入與安全的期望值成正比，投入所帶來的經濟效益是顯著的，能減少每年的運行維護費用、提高和延長設備工作時間、避免雷電災害或重大事故造成的重大經濟損失，為用戶的系統設備增值，有效的保護用戶的投資，保證整個系統的正常運行；實用性就是能夠最大限度地滿足用戶的需要，從實際應用的角度來看 ， 這個性能更加重要。

（五）開放性，可充性，可維護性原則

防雷保護技術是不斷發展變化的，為了保證用戶的投資，所選產品必須滿足行業的有關技術標準；符合國家或國際有關標準。這樣才能對電力網絡的未來發展提供保證。

三、電子通訊設備對雷擊浪涌的防護設計

（一）雷擊浪涌保護器件及其選擇方法

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

（二）PTC （正溫度系數）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體組成在正常情況下，聚合樹脂把導體束縛在結晶狀的結構內，構成低阻抗的導電體。當電路出現異常電流急劇增大時，器件的溫度瞬間上升，被束縛在聚臺樹脂上的導體便會分離，導致阻抗迅速提高，從而限制異常電流流過保護電路免遭損壞。PTC（正溫度系數）熱敏電阻的選擇方法如下：

1、由設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 熱敏電阻的參數通常是以環境溫度 20℃為標準的，當設備的內部環境溫度大于 20℃時，通過的電流會降低，用電流折減率來表示. 根據設備內部最高環境溫度查出電流折減率，計算額定電流計算值 IU=1/ 電流折減率。

（三）二線模擬 z 接口的雷擊浪涌保護電路

二線模擬 Z接口的雷擊浪涌保護電路如圖 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，設備內部最高環境溫度為 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，查產品手冊（以 Raychem 公司的產品為例）選擇 TR 系列（最大工作電壓為 60V，最大電壓為 250V或600V）。

（2）查產品手冊，環境溫度為 60℃時，TR 系列的電流折減率為64%。

額定電流計算值 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，故采用了兩級 Tvs，但兩級 TVS的截止電壓是不同的。設 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電路

ISDN- U 接口的雷擊浪涌保護電路如圖 2 所示。Tvs 的截止電壓 vNM 根據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電路

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

結語

綜上，通訊設備的防雷擊浪涌的保護工作在實施中可能會遇到各種各樣的困難，但一定要迎難而上，從實用高效、安全可靠等基本點出發，秉持著以上所述的原則，在細致的工作中實現對其雷擊浪涌的保護。

參考文獻

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