电子通讯设备的雷击浪涌保护设计.doc

PAGE 2 PAGE 10 电子通讯设备的雷击浪涌保护设计 范大祥 1 问题的提出 雷电会给电子通讯设备及其相关的建筑物、输电线、信号电缆、操作人员造成危害，导致设备故障、通讯中断甚至设备烧毁，酿成严重事故,使国家和人民的生命财产遭受重大损失。这样的事例屡见不鲜。我们公司的产品在运行现场遭受雷击的事件也时有发生，损失惨重，造成的后果无法估量，令人痛心。 笔者对公司多种产品进行过考察，发现雷击浪涌保护设计不够完善，有的产品没有采取雷击浪涌保护措施，如多种设备的E1接口；有的产品保护措施不当，如保护电路拓扑结构错误，安装位置错误；有的保护器件参数选择不合理，不分析电路环境而盲目照搬。这些就是导致产品的雷击浪涌抗扰性不高，遭受雷击后损失严重的根本原因。 为确保公司产品的安全运行，减少雷击浪涌造成的损失，必须对电子通讯设备进行雷击浪涌保护设计。 雷电的产生、效应和试验波形 2.1 雷电的产生 雷电是放电路径长度为数千米的瞬时大电流放电。雷雨云中空气的流动和翻滚产生强烈的静电荷区，当电荷及相应的电场强度大到足以使空气击穿时，就产生了雷电。雷电可以发生在云内、云间、云地间或云与周围空气之间。人们最关心的是云对地雷电（包括直击雷和感应雷）。 据统计，云对地雷电的一次闪击，平均持续时间为5.5μs，最大峰值电流达150KA，最大di/dt达32KA/μs。 2.2 雷电的效应 雷电具有高电压、大电流和瞬时性的特点，雷电放电可以产生机械、热和电的效应。 机械和热效应 上升速度快、峰值幅度高的雷击电流，会产生强大的电磁力，使放电通道上的金属部件损坏或扭曲。雷击电流产生的热量足以使放电通道上的金属部件熔穿或烧成孔洞、使金属部件的连接点如螺丝和焊点等熔化。 电效应 雷电可能对建筑物、结构物和户外设备直接放电，快速上升和大幅值的电流脉冲以及由此形成的高电压会对放电点的物体造成毁灭性的打击。变化率极大的雷电流会在邻近导体上产生电磁感应电压，袭击架空线和地下电缆。雷电产生的静电场、电磁场、雷电波、感应电压、地电位反击等，统称雷电电磁脉冲LEMP，会严重干扰电子通讯设备的正常工作，使绝缘击穿、参数劣化、元器件失效、设备故障甚至烧毁。 2.3 试验波形 为了对设备进行雷击浪涌抗扰性试验，对设备的雷击浪涌抗扰性以及相应的保护器件有统一的描述标准，IEC定义了多种试验波形，图1是10/1000?s电流波形。t1=10?S为电流到达峰值Ipp的时间，称为波前时间，t2=1000?s为电流衰减到Ipp/2的时间，称为半峰值时间。 IppIpp/2 Ipp Ipp/2 I t1 t2 t（（ 图1 10/1000?s电流波形 术语定义 地 接地系统中所指的地，一般指土地，具有导电的特性，能有效地吸收和发散电流。 接地线（地线） 把电子通讯设备必须接地的各个部分连接到接地汇集线的导线 接地汇集线 用于汇集接地线的金属构件。 接地引下线 从接地汇集线连接到接地网的导线。 接地网（地网） 接地体与接地体互相连接而组成的整体。 工作地 信号回路的电位基准点（一般是直流电源的负极或零伏点），又称系统地或电源地。 保护地 连接保护元器件接地引出端及其到接地汇集线的地线。 机壳地 连接设备的机壳及其到接地汇集线的地线。 防雷地 为防直击雷而在建筑物上安装的连接各种接闪器至接地网的地线。 电子通讯设备雷击浪涌保护的基本要求 电子通讯设备的雷击浪涌保护主要有以下要求。 4.1 电子通讯设备的外连线和接口线都有可能遭受雷击，比如交流供电线、用户线、ISDN接口线、中继线、天馈线等，所以这些外连线和接口线均应采取雷击保护措施。如YDN065-1997《邮电部电话交换设备总技术规范书》规定：所有线路都应该在总配线架安装过压保护器。安装在交换局总配线架上的保安单元，称为一级保护，交换设备本身采取的防护措施称为二级保护。 4.2 由于雷击瞬间的电压、电流很大，所以防雷设计不能用系统的工作地线作为雷电流泄放通道接线，必须通过防雷地和保护地实现雷电流的泄放。 4.3 作为电流泄放通路的保护地在雷击时通过很大的电流冲击，所以保护地应尽可能粗，地线长度应尽可能短，使接地电阻尽可能小，减少雷电流对内部电路的冲击；保护地除了与保护元件相连以外，不能与其它任何元器件相连，不可以与其它地线相连；保护地与其它焊盘、走线之间的距离愈大愈好。 4.4 雷击浪涌保护器件应布局在尽可能靠近插座的位置或印制版的边缘位置。 4.5 对于较大的设备，工作地、保护地和机壳应分别用接地线引至接地汇集线上。对于较小的设备，可以将工作地和保护地在机壳接地螺栓处相连再用地线引至接地汇集线上。 4.6 所有接地线与接地汇集线连接时，均要用接线鼻、螺栓及弹簧垫片紧固，严禁接地线直接用螺栓固定在接地汇集线上，以保证固