通信電源設(shè)備的雷電過電壓防護(hù)

通信電源設(shè)備的雷電過電壓防護(hù)吳川，李慶春（廣西移動通信有限責(zé)任公司，廣西南寧530028）曹華剛（杭州伊頓施威特克電源有限公司，浙江杭州310012）摘要：本文概述通信電源發(fā)展歷程，闡述了通信電源系統(tǒng)綜合防雷的思想，提供了通信電源系統(tǒng)防雷的主要措施和具體實(shí)施的細(xì)節(jié)，為通信電源設(shè)備的綜合防雷提供了有益的建議。關(guān)鍵詞：通信電源系統(tǒng)；開關(guān)電源；防雷；措施。1前言通信電源設(shè)備是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的重要組成部分，其目的是為通信設(shè)備提供安全、可靠、高效、穩(wěn)定、不間斷的能源。隨著科技水平的進(jìn)步，對于通信電源設(shè)備性能的要求也逐步提高，除必須滿足基本的功能外，還要求具備交流配電、自動切換、直流配電、遠(yuǎn)程智能集中監(jiān)控、電池自動管理等功能，從而滿足網(wǎng)絡(luò)管理的需求。通信電源的發(fā)展經(jīng)歷了從線性電源、相控電源到開關(guān)電源的發(fā)展歷程，由于開關(guān)電源具有功率轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍寬、功率密度比大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，從而成為通信電源的主體，并向著高頻小型化、高效率、高可靠性的方向發(fā)展。計算機(jī)控制、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，為通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和完善提供了更加便利的條件，使其無人值守成為可能。通信電源系統(tǒng)由交流配電、整流柜、直流配電和監(jiān)控模塊組成，如圖1所示。集中式監(jiān)控系統(tǒng)可將交流配電柜、直流配電柜和整流柜放在不同樓層，實(shí)現(xiàn)分散供電，進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。交流配電柜主要完成市電輸入或油機(jī)輸入切換和交流輸出分配功能，要求采取必要的防護(hù)措施，交流配電柜一般要求具有多級防雷措施、單面操作維護(hù)、實(shí)時狀態(tài)顯示和告警等功能；直流配電柜主要完成直流輸出路數(shù)分配、電池接入和負(fù)載邊接等功能，一般要求可自由出線，可出面操作維護(hù)，可實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)并機(jī)和柜外并機(jī)，具有狀態(tài)顯示和告警功能，能檢測每一路熔斷器的通斷狀態(tài)；整流柜的主要功能是將輸入交流電轉(zhuǎn)換輸出為滿足通信要求的直流電源，它一般由多臺整流模塊并聯(lián)組成，共同分擔(dān)負(fù)載，并能良好地均分負(fù)載，單模塊故障不應(yīng)影響系統(tǒng)工作。電源模塊采用低壓差自入均流技術(shù)，使模塊間的電流不均衡度小于3％，并具有輸出短路故障自動恢復(fù)功能。圖1通信電源系統(tǒng)組成框圖監(jiān)控模塊主要實(shí)現(xiàn)交流配電柜、直流配電柜和模塊監(jiān)控，此外還要進(jìn)行電池自動管理功能。通信電源系統(tǒng)作為通信網(wǎng)絡(luò)的能源供給者，除了必須具備可靠、穩(wěn)定等基礎(chǔ)特性外，其電磁兼容設(shè)計、防護(hù)設(shè)計、可操作性和可維護(hù)性也是非常關(guān)鍵的因素。安全性是電源設(shè)備最重要的指標(biāo)，其不安全隱患不但不能完成正常的供電要求，而且還有可能發(fā)生嚴(yán)重的事故，甚至造成機(jī)毀人亡的巨大損失。為此，必須加強(qiáng)安全性設(shè)計工作。而目前影響電源設(shè)備安全性最重要的工作是如何有效提高其防雷電過電壓的能力2通信電源雷擊侵入途徑為了達(dá)到最佳通信效果，大部分通信站設(shè)置在地勢最高、曠野孤立處。由于條件所限或?yàn)榱斯?jié)省投資，其交流電源絕大部分采用架空電線引入，傳輸信號電纜也大部分采用架空引入，加上通信鐵塔避雷針的引雷效應(yīng)，因此通信設(shè)備所處的環(huán)境是高雷擊風(fēng)險的區(qū)域。雷擊可分為直擊雷和感應(yīng)雷。2.1直擊雷的危害雷電直接擊中通信站建筑、電力電纜、通信電纜和操作人員，可能會造成建筑損毀，設(shè)備損壞、人員傷亡和電氣短路引起火災(zāi)等嚴(yán)重后果，因此直擊雷發(fā)生的概率雖然很小，但其危害十分大，所以不能掉以輕心。2.2感應(yīng)雷的危害雷云對地放電的主通道雖然沒有經(jīng)過被保護(hù)物，但放電過程中產(chǎn)生的強(qiáng)大的電磁場可以在附近的導(dǎo)體中感應(yīng)起電磁脈沖，我們稱為雷電電磁感應(yīng)脈沖，即通常所說的感應(yīng)雷。顯然感應(yīng)雷是由直擊雷引起的，感應(yīng)雷產(chǎn)生于導(dǎo)體中并沿導(dǎo)體傳播，損壞與導(dǎo)體相聯(lián)的設(shè)備或設(shè)備中的某些器件（這些設(shè)備或器件的耐沖擊水平較低）。通信電源設(shè)備通過電力電纜和各種通信傳輸電纜與外界相連，其中也有大量的集成電路通過金屬導(dǎo)線相連，這就為感應(yīng)雷的侵入提供了良好的條件，加上控制和通信電路采用了大量高集成度的微電子電路，其耐沖擊水平較低，容易被感應(yīng)雷損壞，產(chǎn)生各種各樣的設(shè)備故障。如接口板損壞、內(nèi)部通信口的損壞、整流模塊的損壞等，有時感應(yīng)雷引起故障甚至讓我們很難與雷電聯(lián)系在一起，但卻是由雷電引起的。感應(yīng)雷形成的破壞雖然不及直擊雷大，但其損害的往往是設(shè)備的核心器件，給設(shè)備正常工作帶來障礙。有研究表明直擊雷可在其周圍1000米范圍的半導(dǎo)體上感應(yīng)起危險電壓，加上通信站與外界連接的各種長距離電纜可在更大的范圍內(nèi)感應(yīng)上雷電電磁脈沖，并幾乎無衰減的沿電纜傳入通信站。因此對通信站來講感應(yīng)雷的概率遠(yuǎn)大于直擊雷的概率，可以這樣說，通信站防雷主要是防感應(yīng)雷。3通信電源系統(tǒng)的防雷措施3.1直擊雷的防護(hù)：根據(jù)GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（2000年版）對直擊雷電流分類：第一類防雷建筑物防范的雷電流為200kA（10/350uS）；第二類防雷建筑物防范的雷電流為150kA（10/350uS）；第三類防雷建筑物防范的雷電流為100kA（10/350uS）。如圖所示：一個能量為200kA的直擊雷，由整個系統(tǒng)的接閃器、引下線、接地網(wǎng)、電源、管線、通信網(wǎng)絡(luò)線來分擔(dān)。以通信站來講，基本無管道系統(tǒng)，大約有50％通過外部防雷裝置（接閃器、引下線和地網(wǎng)）直接入地，電源部分承擔(dān)其中近45%（100kA），以三相四線為例，每線承擔(dān)大約有25kA（10/350uS）的雷電流。通信線路承擔(dān)剩余5%的雷電流。由此可見，電源系統(tǒng)對直擊雷的防護(hù)非常關(guān)鍵。3.2感應(yīng)雷的防護(hù)前面已提到感應(yīng)雷是因?yàn)橹睋衾追烹姸袘?yīng)到附近的金屬導(dǎo)體中的，其實(shí)感應(yīng)雷可通過兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體，一是靜電感應(yīng)：在雷云中的電荷積聚時，附近的導(dǎo)體也會感應(yīng)上相反的電荷，當(dāng)雷擊放使通信電源的工作可靠性得到更大提高。5防雷設(shè)計依據(jù)(1)

建筑物防雷設(shè)計規(guī)范

GB50057-94(2)

電子計算機(jī)機(jī)房設(shè)計規(guī)范

GB50174-93(3)

民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范

JGJ/T16-92(4)

計算站場地安全要求

GB9361-88(5)

計算站場地技術(shù)文件

GB2887-89(6)

計算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器

GA173-1998(7)

雷電電磁脈沖的防護(hù)

IECI312(8)

通信局（站）雷電過電壓保護(hù)工程規(guī)范

YD/T

5098－2001(9)通信局（站）接地設(shè)計暫行技術(shù)規(guī)定

YDJ26E9(10)通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求YD/T1051-2000作者資料：吳川（1972－），男，通信工程師（通信電源專業(yè)），北京郵電大學(xué)工程碩士，研究方向?yàn)殡娮优c信息工程。從事通信電源維護(hù)管理13年，現(xiàn)為廣西移動通信有限責(zé)任公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中心動力室經(jīng)理。李慶春（197