通信设备的过压过流及其保护措施

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通信设备的过压过流及其保护措施

2000-1-21



通信设备的过压过流及其保护措施
在通信与数据线路上，过电压以及所产生的过电流会危害和干扰通信与计算机
系统的正常运行，并且可能对操作维护人员。设备财产造成伤害与损失。这种危害
也可波及到用户端，同样会对用户人身及财产构成威胁。
通信设备的损坏除了部件损坏的直接外，不会造成通信中断所导致的经济损失，
它可能是设备直接损失的若干倍。再加上现在通信企业的竞争激烈，用户对服务质
量要求的日益提高。因此必须采取适当保护措施以避免因过电压以及所产生的过电
流对通信设备、线路和相关人员造成危害。
通信大楼一般都安装有避雷针、避雷带或避雷网，又采取了联合接地的方式。
看起来，它已经具备了良好的防雷和抗外界电磁干扰性能。为什么通信设备有时还
会遭受过压过流而损坏呢z还会对操作维护人员的人身构成威胁呢；
一、引起设备过电压的原因
1．从国内、外雷击通信设备造成故障情况分析来看的，绝大部分是因雷电行
波从户外电力线路、传输线路和天馈线侵入的。这时候机房本身未遭雷击，而是雷
电直击电力线、传输线、天债线或在距电力线路或传输线路或天馈线一定距离处有
雷电闪击。假设在距电力线路400m处有一落雷的电流80KA，架空电力线距地面平均
高度为5m，可估算出该处电力线路上瞬间过电压为25KV。这样高的感应电压向电力
线两端扩展，雷电流感应电压虽能经线路逐渐衰减，但如果通信机房距离落雷地点
不是很远，此残余感应电压仍可能有一定的强度，侵人到机房后还有可能损坏通信
设备。
2．当通信大楼顶部的避雷针或避雷带遭受雷击时，雷电流通过避雷针、避雷带
或避雷网，引下线、联合地网入地，地电位升高。假设雷电流为40KA、联合地线接
地电阻为1欧，这时候他电位升高40kv。由于机房内通信设备金属外壳也是接联合地
网的，通信设备金属外壳电位也同样升高40KV

。由于从户外进入机房的电力线和传
输线是从远方引来的，远端电位可近似看着是零伏，因此电力线和传输线所接的通
信设备与其金属外壳之间也出现40KV的反击电压，可造成设备损坏。如果雷电流或
联合地线接地电阻数值更大，造成设备损坏将更严重。
3．当用户线或传输线等与220V／50HZ的交流电接触时，可产生很大的电流。这
种电流能损坏设备甚至造成严重的火灾，殃及大楼内其他设备。这种情况主要来自
像雷电风暴等恶劣天气、基建工程中造成电缆绝缘层破坏、或是人为有意的破坏或
缺乏常识无意中造成的。
4．即使通信大楼或外线路丝毫没有受到雷击或强电的影响，但交流供电线路中
并不总是呈现理想的正弦波电压。实际上，由于电网中供电回路的切换操作过程、
市电与自备电源的自动切换过程、供电系统中感性负载的投入与切除等都会对供电
系统造成尖峰脉冲干扰，使正弦波电压波形产生畸变。
虽然这种畸变电压持续过程时间不长，但对采用超大规模集成电路的现代通信
设备造成的危害却是不可忽视的。在设备供电中，只要有一定幅度的脉冲冲击，严
重的就可能造成设备中器件损坏。轻微一点的，由于重复受到其影响，可造成设备
中元器件性能的降低和寿命的缩短。
二、怎样防止设备的过电压过电流
通信大楼屋顶的避雷针等防雷设施是无法防止由以上三种原因造成设备过压过
流的。有效的办法是除了高压线路要采取防雷措施外，还必须在变压器高、低压侧
安装过电压保护器，以降低过电压值和泄放大量的雷电流。进出通信大楼的缆线应
选用具有金属外护套类的理地敷设以降低受雷击机率、并将缆线金属外护套在两端
接地以降低受雷击时缆线金属外护套与芯线之间的横向电位差。还应同时采取“堵”
的办法，即把机房外的雷电流和各种干扰尽可能地堵在外侧，这就要求所有进出通
信大楼的缆线如电源线、传输线、用户线、天馈线等加装过电压保护器。并把进出
大楼的金属管道等都与联合地线实行等电位连接。机房内有的设备安装一级保护器
还有可能不能完全把过电压旁路掉（如交流配电屏、主配线架等），还要求在第二
级进线端及后面几级设备加装分级过电压保护器（如整流器、直流配电屏、交换机
用户板等），以进一步把残压抑制到设备允许的安全范围以内。从另一个角度看，
如果由于雷电造成第一级保护装置损坏，第二级保护装置可立即提供保护。
仅靠过电压保护器并不能完全保护设备和线路免受电气损坏。虽然过高电压能
对设备电压敏感元器件造成严重破坏

，但部分设备的损坏更大的原因是过流引起的。
浪涌电压有时不够高到过压保护器动作。如果过压保护器没能起作用，浪涌电压便
可能在电路中产生足够大的额外电流，从而破坏敏感设备或造成火灾。
例如，一条电话线与 220V／50HZ交流电在离程控交换机1000m远碰触时，220V
交流电会在总配线架保安装置上产生约90V的电压，这个电压不足使过压保护器动
作，但它可产生约900mA的电流。由于电话线与220V／50HZ交流电磁触是持续的，
主配线架和交换机用户板长时间遭受过电流作用的情况下不可幸免地要产生火灾。
所以对交换机总配线架等设备应选用过压过流相结合的保护器件，如放电管加
PTC进行保护。
三、怎样选择保持器
保护器分过电压保护元件和过电流保护元件。我们通常所称的“避雷器”和随着
国外防雷器件引入的“浪涌抑制器”、“过电压限制器”等的电压限制元件，放电
管、齐纳二极管等也属于电压限制元件。它们的工作原理都差不多，但它们之间的
通流容量、动作速度、残压等有很大差别。而正温度系数 PTC、电感、电阻、保险
丝则属于过电流保护元件。
（一）常用保护元件的简介及应用。
1．金属氧化物可变电阻
它是一种陶瓷元件，其应用越来越广。它的典型应用产品是氧化锌压敏电阻，
它是由氧化锌微粒组成的多晶半导体过电压抑制器件。利用其良好的伏安特性将冲
击电压限制在一定范围内。其主要技术参数有通流能力、冲击击穿电压和残压。它
能承受较大的电流冲击，它有较快的响应速度，可达到毫微秒级，价格较便宜。不
足之处在于：它的体积和电容值较大；存在一定的漏电流，如果质量不好，漏电流
将逐渐增大甚至损坏；残压较高，嵌位效果较差，冲击电流越大，嵌位电压就越高；
反复冲击耐受能力差，它多次受冲击后特性格变坏，直接影响到其使用效果和寿命。
氧化锌压敏电阻可作为第一级或第二级保护。在一些要求高的电子设备中仅用
它来保护还不够，还应结合其它保护器件如半导体二极管来保护。
2．半导体二极管
包括开关二极管、齐纳二极管、瞬态二极管等。它们的保护性能大致相同，在
承受冲击能力和限制电压等级稍有不同。正常情况下，管子呈高阻，当外加电压达
到其门限值时，电流迅速增加。它是响应时间非常快的保护元件，限幅电压低，管
子两端压降基本不受冲击电压和冲击电流的影响，欲保护精密设备中半导体电路非
它莫属。近年来正在发展的瞬态二极管，在通流能力方面有了较大突破，可用在第
二级甚至第一级保护。
3．

气体放电管
是把一对放电间隙封装在充以放电介质（如惰性气体）的玻璃或陶瓷中，即构
成气体放电管。常用的放电管冲击击穿电压在一百多伏到几千伏，一旦冲击过电压
达到放电管冲击击穿电压时，管内气体电离，放电管由原来的开路状态变为近似短
路。
虽然放电管具有可承受很大电流冲击的能力，且体积小、价格低，但它响应速
度慢，在导通期间电源近似变为短路，有可能造成上一级空气开关跳闸。在一些不
允许短暂中断电源的场合不应采用放电管来保护。但由于其价格便宜，在一般要求
不高的场合，可用它作为第一级或第二级保护元件。
4．PTC（正温度系统）电阻器
它是一种电流限制固态元件。在正常温度下呈现欧姆特性，当超过一个特定温
度以后，电阻急剧上升104-106倍，温度上升可能是外部加热也可以由它所在的电路
的电流产生内部加热。在内部加热时，PTC与保险丝相似，不同的是当故障排除之后，
PTC能自动接通电路。因此它不需要维护。
PTC分陶瓷器件和导电聚合物器件。导电聚合物器件是一种较新的技术，它克服
了陶瓷器件的缺点，体积小，在任何情况下也不会呈现负温度系数。
（二）如何选择保护器
选择保护器时主要应考虑下列特性：
1．能承受一定程度的浪涌能量。在靠近低压首端、易受外部冲击的设备需选用
通流容量大的保护器，反之可选用通流容量小一些的保护器。
2．要能可靠地抑制瞬间过电压，其残压应低于设备的耐雷击冲击电压。残压越
低，说明其保护性能越好，设备越能得到可靠保护。
3．响应速度要快。即正常状态呈高阻抗，对设备的正常工作毫无影响，动作时
呈低阻抗，从高阻抗转到低阻抗过程时间要短。
4．保护器应有高的稳定性，尽量选用经反复多次受冲击而性不变的产品。
四、保护器的安装与维护
（－）即使是性能优良的防雷装置，如果安装不当，仍起不到应有的防护效果。
因此一定要注意安装方法。
1．防雷装置的接地电阻应符合GB5007—94《建筑物防雷接地规范》与YDJ26－89
《通信局（站）接地设计暂行技术规定》。
2．防雷装置的抑制过电压性能与连接引线的长度有很大关系，这是因为被保护
设备上的过电压取决于所采用保护器的残压、Ldi／dt与限之和，其中，L是连接引线
的电感，di／dt是雷电流陡度，l是雷电流，R是连接引线的电阻，L和R跟连接引线的
长度成正比。因此，要求连接引线尽量以粗、短、直为佳。如果地线盘离被保护设备
较远，设备内保护器接地线可接至该设备的接地端子之后，设备再接

保护地线。
3．为了使保护器达到更佳的防雷效果，除了要求连接引线尽量以粗、短、直外，
还应降低连接引线的电感，如果条件允许，可用图3的安装方法，每相进、出保护器
的两根连线采用绞合或靠近平行布放，使之流过的电流方向相反，降低连接电感。甚
至保护器的接地端也可采取同样的办法，以进一步减少连线电感。
（二）维护
要注意避雷元器件是否能正常使用，应在每年雷雨季节到来之前和过后检查它们
有否已损坏，重点测试它们的动作电压和额定电压下的漏电流，如果数值跟原来产品
参数有一定范围变化，就应该更换掉，这一点对于农村多雷区模块局、移动基站和山
头微波站尤为重要。





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