什么是過電壓-通信電源系統(tǒng)過電壓保護的基本原則-過電壓保護器件及方法

什么是過電壓?通信電源系統(tǒng)過電壓保護的基本原則_過電壓保護器件及方法過電壓指峰值大于正常運行下最大穩(wěn)態(tài)電壓的相應峰值的任何電壓。在工程上，它指一切可能對設(shè)備造成損害的危急電壓。因此在工程中，一些雖然大于設(shè)備正常運行電壓峰值但不足以危及設(shè)備正常工作的過電壓被排解在外。過電壓包括：

（1）瞬態(tài)過電壓，持續(xù)時間為毫秒級或更短，是避雷器的主要防護對象。

（2）暫態(tài)過電壓或短時過電壓，持續(xù)時間相對較長，一般介于0.1s和1s之間。

瞬態(tài)過電壓的來源主要有：雷擊、開關(guān)操作、靜電放電和核爆炸。在通信局站，主要是雷電過電壓或雷擊過電壓。

暫態(tài)過電壓主要有：轉(zhuǎn)移過電壓、斷零過電壓、斷線諧振過電壓和中性線漂移形成的過電壓。此外，空載線路的電容效應、不對稱接地故障和突然甩負荷也可能產(chǎn)生危急的過電壓。

1．通信電源系統(tǒng)過電壓愛護的基本原則

通信電源系統(tǒng)過電壓愛護有兩條基本原則：一是系統(tǒng)防護原則，二是概率防護原則。

（1）系統(tǒng)防護原則

之所以有系統(tǒng)防護原則，是由于：

1）危急過電壓，特殊是雷電過電壓的耦合機制多種多樣，無孔不入；

2）因供電、數(shù)據(jù)與信息傳輸?shù)葮I(yè)務需要，通信設(shè)備間存在著廣泛的電連接。

系統(tǒng)防護原則包括以下內(nèi)容：

1）既要考慮到瞬態(tài)過電壓的愛護，也要考慮到暫態(tài)過電壓的耐受與防護；

2）既要考慮到各種過電壓的愛護，也要考慮到電磁脈沖的防護；

3）考慮到每個端口的愛護；

4）將電涌愛護器和被愛護電路作為一個整體看待，進行良好的協(xié)作與協(xié)調(diào)；

5）過電壓愛護措施，必需符合相關(guān)標準和規(guī)范的要求；

6）過電壓愛護措施的加入，不能影響其他通信設(shè)備間的正常運行和互聯(lián)互通；

7）提出合理的機房環(huán)境要求；

8）提出合理的安裝與維護要求。

（2）概率防護原則

之所以有概率防護原則，是由于：

1）雷電的形成和發(fā)生有肯定的隨機性和不確定性，雷電參數(shù)的取值也有肯定的統(tǒng)計性質(zhì)；

2）防雷裝置不能阻擋雷電的形成；

3）由于技術(shù)的限制，防雷裝置不能完全消退或阻擋全部過電壓，設(shè)備的過電壓耐受力量也是有限的。

依據(jù)概率防護原則，需要做到：

1）對設(shè)備進行多種波形、幅值的模擬沖擊測試；

2）對被愛護設(shè)備提出過電壓耐受指標；

3）設(shè)備的沖擊通流容量的指標應明顯高于國內(nèi)外標準的要求。

2．過電壓愛護的方法

（1）過電壓愛護基本方法

為了防止過電壓威逼到設(shè)備的正常運行和平安，首先可以削減或阻擋過電壓能量到達設(shè)備，這樣的方法包括：

1）衰減或轉(zhuǎn)移能量，如采納屏蔽、濾波、加裝電涌愛護器（SPD）等措施。

2）斷開危急線路，如采納熔斷器、短路器等。這一方法要在條件允許時才可以實施。

3）電氣隔離，如采納隔離變壓器、光耦等。

其次，由于過電壓本身的不確定性和技術(shù)實現(xiàn)上的困難，不行能將過電壓能量完全消退或阻擋，這時需要增加設(shè)備反抗剩余能量威逼的方法。這些方法有：提高設(shè)備的工作電壓范圍、提高設(shè)備的絕緣強度以及設(shè)計和實施完善的等電位連接與接地網(wǎng)絡(luò)等。

（2）多級愛護

通信電源系統(tǒng)應采納分級愛護，逐級限壓，將雷電過電壓限制在設(shè)備的承受水平上。

（3）端口的愛護

1）外殼端口的愛護

對外殼端口實施的愛護措施主要是屏蔽，應滿意EMC測試中對輻射（屏蔽）的要求。

2）溝通電源端口的愛護

A．通流容量（8/20ms波形）：對于通信電源設(shè)備，應不低于20kA×10次及40kA×1次；對于通信局（站）低壓配電系統(tǒng)，應依據(jù)YD/T5098-2023《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，依據(jù)通信局（站）的類型、年雷暴日多少和地理環(huán)境等詳細狀況確定。

B．最大持續(xù)工作電壓：應能使通信電源設(shè)備的耐受特性滿意IEC61643-1和UL1449的要求，依據(jù)YD/T5098-2023《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，國內(nèi)低壓配電系統(tǒng)的溝通電源防雷器的最大持續(xù)工作電壓應取385V。

C．應具備遙信告警功能，供應遙信告警接口，這對無人值守站尤其重要。

D．使用的SPD應有平安、有效和牢靠的失效愛護措施，對熔斷器或斷路器的額定電流、分斷特性和動作特性等要求均應在大量試驗基礎(chǔ)上加以確定，對熔斷器或斷路器的材料質(zhì)量也有嚴格要求。

E．第一級SPD應緊靠機房接地排安裝。

3）直流電源端口的愛護

A．通流容量（8/20ms波形）：對于通信電源設(shè)備的直流端口，SPD的最大通流容量應不低于15kA。

B．最大持續(xù)工作電壓：一般不低于75V。

C．應具備遙信告警功能，供應遙信告警接口，這對無人值守站尤其重要。

D．使用的SPD應有平安、有效和牢靠的失效愛護措施，對熔斷器或斷路器的額定電流、分斷特性和動作特性等要求均應在大量試驗基礎(chǔ)上加以確定，對熔斷器或斷路器的材料質(zhì)量也有嚴格要求。

4）掌握信號端口的愛護

A．通流容量（8/20pLS波形）：結(jié)合現(xiàn)場狀況，依據(jù)通信局（站）的類型、年雷暴日多少和地理環(huán)境，以及掌握信號線的長度、布線方式與愛護級別等因素，依據(jù)YD/T5098-2023《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定加以確定，其中標稱放電電流一般不低于3kA。

B．最大持續(xù)工作電壓：一般不低于掌握信號電平峰值的1.2倍。

C．應不影響掌握信號的傳輸質(zhì)量，傳輸速率和帶寬滿意設(shè)備接口要求，插入損耗一般低于0.2dB。

3．過電壓愛護器件

過電壓愛護器又叫電涌愛護器（SurgeProtectiveDevices，SPD），是用于各類通信系統(tǒng)對各種雷電電流、操作過電壓等進行愛護的器件。它由氣體放電管、放電間隙、MOV（氧化物壓敏電阻）、SAD（半導體放電管）、齊納二極管、濾波器、保險絲等元件組成。

SPD通常分為以下三類：

1）開關(guān)型SPD，如火花間隙、雷擊電流放電器、氣體放電管等。它是安裝在通信局（站）建筑物外（一般用在LPZOB～LPZ1區(qū)）用于電源系統(tǒng)的SPD，可最大限度地消退電網(wǎng)后續(xù)電流，疏導10/350ms的模擬雷電沖擊電流。

2）限壓型SPD，如氧化物壓敏電阻（MOV）、瞬變抑制二極管、半導體放電管（SAD）等。它是安裝在防雷區(qū)建筑物內(nèi)（一般用在LPZ1區(qū)和LPZ2區(qū)至LPZn區(qū)）的SPD，可疏導8/20ms的模擬雷電沖擊電流。

3）混合型SPD，一般由氧化物壓敏電阻（MOV）與濾波器、半導體放電管（SAD）與MOV等電路組成。

在通信電源系統(tǒng)中，常用的SPD是開關(guān)型的火花間隙或雷擊電流放電器以及限壓型的壓敏電阻，二者在性能上有以下優(yōu)缺點：

火花間隙或雷擊電流放電器主要具有沖擊通流容量大和導通后兩端電壓很低的優(yōu)點，但它也存在需要遮斷續(xù)流、無法遙信、無法劣化指示等問題。所以嚴格來說，火花間隙或雷擊電流放電器只有接在運行質(zhì)量穩(wěn)定的TT供電系統(tǒng)的中線對地線間才是本質(zhì)平安的。

壓敏電阻可實現(xiàn)遙信告警和劣化指示功能，而且其伏安特性是連續(xù)和遞增的，因此不存在續(xù)流遮斷問題，但泄流力量相對較弱。

依照YD/T5098-2023《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，過電壓愛護器的選擇應滿意以下要求。

（1）SPD選擇的一般要求

能承受肯定浪涌能量、牢靠抑制瞬間過壓、殘壓小于設(shè)備平安電壓、時間響應快、元件具有高牢靠性和穩(wěn)定性、反復沖擊不損壞、具有遙信和監(jiān)控功能等。

（2）電源用SPD

1）工程選用限壓型SPD時，必需考慮通信局（站）供電電源的不穩(wěn)定等因素，對SPD的標稱導通電壓、標稱放電電流、沖擊通流容量、限制電壓、殘壓等參數(shù)，依據(jù)工程的詳細狀況進行選擇。

2）通信局（站）采納的電源用模塊式SPD，應具有以下功能：

A．SPD模塊損壞告警；

B．遙信；

C．SPD模塊替換；

D．熱容和過流愛護。

3）通信局（站）采納的電源用箱式SPD，應依據(jù)通信局（站）的詳細狀況；具有以下功能：

A．SPD劣化指標；

B．SPD損壞告警；

C．熱容和過流愛護；

D．跳閘告警；

E．遙信；

F．雷電記數(shù)。

第D、F項功能可依據(jù)需要進行選擇。

4）混合型SPD-般有兩種形式：

A．MOV與濾波器組成的混合型SPD，RFI濾波器可對150kHz～20MHz的雷電波進行濾波，該類SPD在標稱放電電流為40kA時其殘壓應小于1000V。

B．半導體放電管（SAD）與MOV組成的混合型SPD，在一般雷電過電壓的愛護時，標稱放電電流可達10～20kA，若遇到較大量級的雷電過電壓，第一級由SAD組成的電路保險管應自動斷開，由其次級MOV作為雷電過電壓愛護，MOV能承受沖擊通流能量宜大于100kA。

5）開關(guān)型SPD應具有高能泄放、殘壓在2000～4000V范圍內(nèi)、響應時間小于100ns等特點。

（3）信號線用SPD

1）信號線用SPD的啟動電壓應滿意通信設(shè)備接口的需要，對雷電響應時間應在納秒（ns）級。

2）總配線架的保安單元應符合YD/T694-2000《總配線架技術(shù)要求和試驗方法》的規(guī)定。

3）信號線用SPD應滿意信號傳輸速率及帶寬的需要，其接口應與被愛護設(shè)備兼容。

4）信號線用SPD的插入損耗應滿意通信系統(tǒng)的要求。

5）信號線用SPD的標稱放電電流應大于或等于3kA。

（4）饋線用同軸型SPD

1）同軸型SPD插入損耗應小于等于0.2dB，駐波比小于等于1.2，同軸型SPD最大輸入功率能滿意放射機最大輸出功率的要求，安裝與接地便利，具有不同的接頭，同軸型SPD與同軸電纜接口應具備防水功能。

2）同軸型SPD的標稱放電電流應大于等于5kA。

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