电子通讯设备对雷击浪涌的防护

2015-10-21苑晓丽王彦申

房地产导刊 2015年2期

关键词：接口防护

苑晓丽王彦申

【摘要】本文首先说明了雷电的产生及效应，然后分析了电子通讯设备防雷击浪涌的设计原则，最后详细阐述了电子通讯设备对雷击浪涌的防护设计。

【关键词】电子通讯设备；雷击浪涌；防护；PTC；接口

一、雷电的产生及效应

（一）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的强烈的静电荷区，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。

（二）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。

1、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。

2、电效应

雷电可能對建筑物、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。闪电产生的静电场、电磁场、雷电波或感应电压、地电位反击等，统称雷电电磁脉冲 LEMP，它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。

二、电子通讯设备防雷击浪涌的设计原则

（一）客户利益原则

无论防护工程的大小，防护设备数量选用多少都应以用户对安全期望值为原则，以用户需求为宗旨。本着务实，实用有效的思想，以科学严谨的态度，充分考虑用户设备的可扩展性，通过相互间深次的技术交流和沟通，达到目标的一致性，取得双赢。

（二）安全可靠性原则

防雷工程的设计应首先考虑的问题就是科学性、合理性、安全性和可靠性。在防雷工程的设计中防护产品应是成熟可靠的产品。电力通信设备是电力调度与电网控制的关键设备，对人民生活与生产息息相关，任何时刻的系统故障都有可能给用户带来不可估量的损失，以及相关的社会影响。这就要求系统具有高度的可靠性。如何提高系统可靠性是防雷工程师必须关注的首要问题。因此，防雷产品满足以下要求：

1、满足系统正常运行，系统传输无损耗和衰减，不出现“乱套”或“暂乱套”；

2、满足在规定的技术条件下的防感应雷、防浪涌过电压的冲击，且能自动复位；

3、防护器件失效或损坏时，产品具有声光报警或遥讯接口、自动脱扣装置。

（三）先进性原则

从国家电力及电力通信发展来看，系统总体设计的先进性原则，主要体现在以下几个方面：

防雷系统的设计考虑电力系统的基础设施及装备特点，对高压输变电网、电力调度控制网和电力通信网开放的体系结构中的强电设备、弱电设备的安全接地系统的兼容性和协调性；防护设计中的梯度性。

（四）实用性原则

本着安全最大化原则，配置防雷保护系统的投入与安全的期望值成正比，投入所带来的经济效益是显著的，能减少每年的运行维护费用、提高和延长设备工作时间、避免雷电灾害或重大事故造成的重大经济损失，为用户的系统设备增值，有效的保护用户的投资，保证整个系统的正常运行；实用性就是能够最大限度地满足用户的需要，从实际应用的角度来看，这个性能更加重要。

（五）开放性，可充性，可维护性原则

防雷保护技术是不断发展变化的，为了保证用户的投资，所选产品必须满足行业的有关技术标准；符合国家或国际有关标准。这样才能对电力网络的未来发展提供保证。

三、电子通讯设备对雷击浪涌的防护设计

（一）雷击浪涌保护器件及其选择方法

电子通讯设备在印制板上进行雷击浪涌保护（二级保护）通常由三种器件来实现：PTC（正温度系数）热敏电阻，简称 PTC；瞬态电压抑制器，简称 TVS；箝位二极管。

（二）PTC （正温度系数）热敏电阻及其选择方法

PTC 通常由特殊处理过的聚合树脂及导体组成在正常情况下，聚合树脂把导体束缚在结晶状的结构内，构成低阻抗的导电体。当电路出现异常电流急剧增大时，器件的温度瞬间上升，被束缚在聚台树脂上的导体便会分离，导致阻抗迅速提高，从而限制异常电流流过保护电路免遭损坏。PTC（正温度系数）热敏电阻的选择方法如下：

1、由设备线路上的平均工作电流 l 及工作电压 V选择一种合适的系列。

2、PTC 热敏电阻的参数通常是以环境温度 20℃为标准的，当设备的内部环境温度大于 20℃时，通过的电流会降低，用电流折减率来表示. 根据设备内部最高环境温度查出电流折减率，计算额定电流计算值 IU=1/ 电流折减率。

（三）二线模拟 z 接口的雷击浪涌保护电路

二线模拟 Z接口的雷击浪涌保护电路如图 1 所示。

1、PTC 的选择