通信線路的雷電過電壓及抑制措施84336

1、通信線路的雷電過電壓及抑制措施通信線路的雷電過電壓及抑制措施《防雷世界》主編李承耀譯自日本防雷《OHM》雜志〖摘要〗隨著多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，通信裝置大量使用交流供電。這些裝置由于從交流供電線路和通信線路侵入雷電電涌，其防雷措施是重要課題。本文敘述了關(guān)于感應(yīng)雷和建筑物直擊雷在通信線路上產(chǎn)生的雷電電涌的電壓和電流特性。同時(shí)介紹了目前使用的：1等電位法；2旁路法；3隔離法等抑制雷電過電壓的保護(hù)措施。1概述一般晶體管或集成電路IC的工作電壓只

2、有幾伏左右，因?yàn)橛衫纂姼袘?yīng)的電壓高達(dá)幾百伏至幾萬伏，不僅擊壞通信裝置，也會出現(xiàn)中斷通信工作的重大事故。目前，通信裝置大量使用交流供電，這些通信裝置由于從交流供電線路和通信線路侵入雷電電涌，其防雷措施是重要課題。通信裝置遭受到雷害有兩種：一種是感應(yīng)雷雷害：當(dāng)落雷到通信設(shè)施附近的場所時(shí)，就會產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)電磁場，就有在通信線路上感應(yīng)一個(gè)非常高的感應(yīng)電壓。因?yàn)樵摳袘?yīng)電壓會傳送到通信裝置，會擊穿電子回路而發(fā)生通信裝置誤動作等雷害。另一種是直擊雷雷害

3、：當(dāng)落雷到天線鐵塔或者建筑物頂?shù)谋芾揍槙r(shí)產(chǎn)生的一部分雷電流直接流入通信裝置，由于產(chǎn)生的電位差而損壞通信裝置。對這些雷害的基本保護(hù)措施是：1等電位法，2旁路法，和3隔離法。本文的重點(diǎn)是：對用戶住宅內(nèi)的通信裝置以及通信中心大樓的通信裝置所發(fā)生雷害的機(jī)理及其防雷措施的事例進(jìn)行介紹。2感應(yīng)雷電涌侵入通信線路及其防雷措施2.1通信線路上產(chǎn)生的感應(yīng)雷電涌電壓如果發(fā)生了落雷到通信電纜附近時(shí)，因?yàn)榇蟮夭皇峭耆珜?dǎo)體，就產(chǎn)生垂直電場和水平電場。沿電纜的長度

4、方向，將這兩個(gè)電場進(jìn)行積分計(jì)算出的電壓就是通信電纜終端上的感應(yīng)電壓。圖1示出了通信線路的雷電感應(yīng)電壓的觀測結(jié)果。用戶住宅內(nèi)通信線路終端以及通信中心大樓內(nèi)通信線路終端發(fā)生的感應(yīng)電壓的頻率近似值見公式（1）和（2）：NS=0.6105V－1.8NC=0.36104V－1.8式中：NS——用戶住宅內(nèi)通信線路終端發(fā)生的感應(yīng)電壓的頻率（次數(shù)用戶，雷雨日數(shù)）；NC——通信中心大樓內(nèi)通信線路終端發(fā)生的感應(yīng)電壓的頻率（次數(shù)用戶雷雨日數(shù)）；V——感應(yīng)電壓

5、的峰值（V）。圖1的波形示出了用戶住宅內(nèi)通信線路終端和通信中心大樓內(nèi)通信線路終端處觀測到的感應(yīng)電壓波形的平均值。通信中心大樓通信線路終端的雷電感應(yīng)電壓大約是用戶住宅內(nèi)通信線路終端的雷電感應(yīng)電壓的15以下。通信電纜內(nèi)的心線與相對于塑料外層的鋁金屬層，無論怎樣的連接到通信裝置上，都會產(chǎn)生不同的效果。圖2（a）為通信電纜的外套要接地到已離開的大地場所，只有將通信線路連接到通信裝置上。由于雷電在通信線路上感應(yīng)產(chǎn)生的雷電電涌電流只能流入通信電纜外

6、套的接地點(diǎn)，這時(shí)，接地線上有接地阻抗，在接地點(diǎn)的電位會升高到幾千伏至幾萬伏。電纜外套與通信線之間產(chǎn)生幾百伏至幾千伏的電位差（但是VbVa），其結(jié)果，通信裝置上的電壓為Va＋Vb。但是，圖2b的電纜通信外套的接地線也連接到能信裝置的接地線上，通信裝置的電子回路的電位，只施加了通信電纜外套與通信線之間的電位差Vb，比圖2a的電壓Va＋Vb會大用從來的模擬電路，不如用高頻信號，對高頻信號不會給予壞影響的電氣性能是必要的。而且，對于雷電電涌要有

7、快速的響應(yīng)動作也是必要的。對于DSU（數(shù)字交換單元）或終端適配器，可采用安裝在外接旁路回路上的防雷設(shè)備。2.3通信中心大樓的通信裝置的防感應(yīng)雷措施通信中心大樓的防感應(yīng)雷措施基本上有必要采用住宅內(nèi)通信裝置用的同樣的防感應(yīng)雷措施。其中有點(diǎn)不一樣的是：通信電纜的根數(shù)較多，又是大型通信裝置。為此，每個(gè)通信裝置不會安裝旁路回路，在通信線路一側(cè)的整個(gè)引入電纜上插接有避雷器，一方面，在交流電源線一側(cè)，引入建筑物的這部分電纜上插接有避雷器，通信線路的接

8、地線與交流電源線的接地線還要進(jìn)行相互連接，見圖3和圖4的接地方法。通信線路側(cè)用的避雷器，對于數(shù)字電路要用PnPn避雷元件，交流電源線用的避雷器采用氧化鋅避雷器。3通信中心大樓的直擊雷害及其防雷措施3.1由于通信中心大樓的直擊雷害使通信線路上產(chǎn)生的雷電壓和雷電流直接雷擊到一般家用住宅的現(xiàn)象是非常罕見的。在通信中心大樓或雷電較多的山頂無線中繼所，由于遭受到直接落雷，大樓內(nèi)通信裝置會發(fā)生故障，也會有大范圍的雷電故障。下面列舉兩種直擊雷害的事例

9、：3.1.1侵入大樓內(nèi)的雷電流帶來的影響直接侵入到避雷針上的雷電涌電流會流入到大樓的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)上，會發(fā)生下列現(xiàn)象：(1)一部分雷電涌電流流入通信裝置；(2)在大樓以外場所的通信裝置之間會產(chǎn)生電位差；(3)大樓內(nèi)配線用的通信電纜上產(chǎn)生感應(yīng)電壓；就會有損壞通信裝置的電子電路的情況。隨著通信中心大樓的通信裝置的數(shù)字化和大規(guī)模系統(tǒng)化，提出了這樣的一些問題，日本的スイス電話公司可能進(jìn)行有關(guān)通信中心大樓內(nèi)雷電流分布等課題的研究。在日本國內(nèi)，即便是

10、開始對天線鐵塔或通信中心大樓模型進(jìn)行雷電涌電流的數(shù)學(xué)分析的實(shí)驗(yàn)，今后，必須用數(shù)學(xué)分析說明清楚的課題有很多已留傳下來了。作者用通信中心大樓的縮小模型的同時(shí)，開始在實(shí)際的鋼筋混凝土大樓進(jìn)行研究，至今，例如：侵入100KA左右的雷電流，每層樓可能產(chǎn)生幾千伏的電位差，這樣，可以得出在大樓內(nèi)配電系統(tǒng)會產(chǎn)生幾十伏至幾千伏的感應(yīng)電壓。3.1.2從通信中心大樓流出到樓外的雷電流帶來的影響由于直擊雷電流從通信中心大樓流出到樓外而進(jìn)入大地時(shí)，因?yàn)樵摯髽堑慕?/p>

11、地電位會上升，來自連接到遠(yuǎn)處的配線的通信電纜或交流供電線路雷電涌電流流出到樓外時(shí)，會損壞在通信電纜或交流供電線路的引出大樓分支點(diǎn)上的避雷器的情況。過去，這些雷電涌電流有多大是不清楚的。近年來，對在日本北陸地區(qū)的冬季雷的直擊雷電流進(jìn)行同時(shí)觀測，可以得出的數(shù)據(jù)是：流過通信電纜的直擊雷電流大約為10～15％，流過交流供電線的直擊雷電流大約為30～40％。對于通信電纜，流過金屬外層的雷電流為80～90％，而通信電纜內(nèi)心線數(shù)量又很多，流過每根心線

12、的雷電流可以確認(rèn)是非常小的了。關(guān)于研究這樣的通信中心大樓直擊雷電流的歷史是短的，留下來的研究課題是很多的。今后，更有必要積累研究和觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)考慮系統(tǒng)性防雷措施很有必要。3.2通信中心大樓的直擊雷的防雷措施首先，關(guān)于上述第3.1.1條的侵入通信中心大樓內(nèi)的雷電流，它的防雷措施的代表性示例見圖5。在該通信中心大樓內(nèi)，接地干線設(shè)計(jì)有一條低阻抗的接地母線，將每層樓的通信裝置連接到這條接地母線上，謀求有等電位化。通信裝置有兩種接地構(gòu)成