防护电路设计规范[1]

©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.防护电路设计规范MadebyTitanAccess/Compliance©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction2内容概要（第一部分）术语和定义雷电过电压产生机理设备端口抗浪涌过电压能力防雷电路中的保护元器件©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction3术语和定义（1）1防雷器：可安装在设备端口的保护器，防止由外部线缆引入设备的过电压/过电流损坏设备。2防雷器的残压：进入防雷器的过电压被限压保护元件钳位后防雷器输出的剩余过电压值。被保护端口自身的抗过电压水平必须高于防雷器的输出残压并有一定的裕量，防雷器才能真正起到保护设备的作用。31.2/50us冲击电压：雷击时线缆上产生的感应过电压的模拟波形，用于设备端口过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端口和建筑物内走线的信号线测试。©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction4术语和定义（2）41.2/50us(8/20us)混合波：是浪涌发生器输出的一种具有特定开路/短路特性的波形。发生器输出开路时，输出波形是1.2/50us的开路电压波；发生器输出短路时，输出波形是8/20us的短路电流波。具有这种特性的浪涌发生器主要用于设备端口过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端口和建筑物内走线的信号线测试。510/700us冲击电压：雷击时线缆上产生的感应雷过电压的模拟波形。用于设备端口过电压耐受水平测试时用的波形，主要测试范围：建筑物外走线的信号线（如用户线类电缆）的测试。©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction5术语和定义（3）68/20us冲击电流：雷击时线缆上产生的感应过电流模拟波形，设备的雷击过电流耐受水平测试用标准波形，主要用于通信设备的电源口、信号口、天馈口。710/350us冲击电流：直流雷电流模拟波形。目前通信设备端口的防雷测试较少使用。©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction6模拟雷电过电压波形1.2/50μs电气电子设备绝缘耐受性能试验用标准雷电过电压波形50μs0.1Um0.5Um0.9UmUmt1.2μs1.2/50μs过电压脉冲波形©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction7模拟感应雷电流波形20μs0.1Im0.5Im0.9ImImt8μs8/20μs电流脉冲波形8/20μs防雷设计和保护装置试验用标准电流脉冲波形©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction8雷电过电压产生机理雷电过电压-直击雷（地电位升高，反击）Uab=L（di/dt）取h=10m，I=100KA（10/350µs）假设有4根引下线分流，即I=25KA则：L=16.7µH，di/dt=2.5KA/µsUab≈42KVabRiih©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction9雷电过电压产生机理雷电过电压-感应雷©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction10雷电过电压产生机理雷电侵入波©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction11雷电过电压产生机理ADeviceBDevice5kA通流情况下，1m平行线缆上耦合950V电压；2m线平行线上耦合1.54kV电压。©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction12雷电过电压产生机理之地电位反击©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction13设备端口抗浪涌过电压能力设备上连接各种线缆（电源线、信号线）的外端口，需要具备一定的抗雷击过电压的能力。主要有两方面的含义：1、由线缆引入到设备端口的雷击过电压较小时，设备自身的雷击过电压耐受能力应可抵抗得住而不发生损坏。2、由线缆引入到设备端口的雷击过电压较大时，设备的端口需要外加防雷器，这时设备自身的雷击过电压耐受能力应高于防雷器的输出残压值，防雷器才能有效的保护设备。国际电工委员会，国际电信联盟等在设备端口抗雷击过电压测试方面的主要标准是IEC1000-4-5，ITU-TK系列等等，这些标准是抗浪涌方面的基础标准，另外，ETS300386是一个欧洲的通信设备EMC测试行业标准。©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction14设备端口抗浪涌过电压能力1交流电源口过电压耐受水平等级I：差模施加2kV电压正负各5次无损坏；共模4kV电压正负各5次无损坏。测试波形：1.2/50ms[8/20ms]混合波。测试方法：按照IEC1000-4-5的要求进行。交流供电的通信设备，除满足以上电源口过电压耐受水平外，还应配有交流防雷装置。2直流电源口过电压耐受水平等级I：差模：施加1kV电压正负各5次无损坏；共模：施加2kV电压正负各5次无损坏。等级II：差模：施加0.5kV电压正负各5次无损坏；共模：施加1kV电压正负各5次无损坏。测试波形：1.2/50ms[8/20ms]混合波，测试方法：按照IEC1000-4-5的要求进行。等级II是通信设备的直流电源口过电压耐受水平的基本要求，所有通信设备的直流电源口都应该达到这一水平。终端类通信设备，不一定在各种情况下都要求配直流电源防雷器。若终端设备不配直流电源防雷器，其直流电源口过电压耐受水平的要求应达到等级I。©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction15设备端口抗浪涌过电压能力3信号口过电压耐受水平建筑物内信号互连线：等级I：差模：施加2kV电压正负各5次无损坏；共模：施加4kV电压正负各5次无损坏。等级II：差模：施加1kV电压正负各5次无损坏；共模：施加2kV电压正负各5次无损坏。等级III：差模：施加0.5kV电压正负各5次无损坏；共模：施加1kV电压正负各5次无损坏。测试波形：1.2/50ms[8/20ms]混合波，测试方法：按照IEC1000-4-5的要求进行。非平衡线，要进行差模及共模的测试。平衡线，在接口部分没有保护电路的情况下，可以只进行共模的测试。等级III是通信设备信号口过电压耐受水平的基本要求，室内走线的通信设备信号口（指设备对外的信号口，不包括并柜机架间的互连线，以及板间、框间互连线）都应该达到这一水平。走线距离可以超过10m，一般不超过的30m的信号线，在没有外加防雷器保护的情况下，信号端口的过电压耐受水平建议达到等级I的要求。©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction16设备端口抗浪涌过电压能力3信号口过电压耐受水平在建筑物外走线的信号电缆：等级I：差模：施加冲击电压4kV设备无损坏；共模：施加冲击电压4kV设备无损坏。等级II：差模：施加冲击电压1kV设备无损坏；共模：施加冲击电压1kV设备无损坏。测试波形：10/700ms冲击电压试验方法：按照ITU-TK.20。在建筑物外走线的信号电缆，进入机房后首先应经过配线架上保安单元的一次保护。测试信号口过电压耐受水平的要求是：对设备的信号端口自身做测试，需要满足等级II的要求；在信号端口前连接配线架（带保护单元），在配线架前做测试，需要满足等级I的要求。©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction17防雷电路中的元器件－气体放电管工作原理：气体间隙放电主要指标有：响应时间（数百ns以至数ms）、直流击穿电压（20～50V）、冲击击穿电压（一般大于600V）、通流容量、绝缘电阻（千M欧以上）、极间电容（小于5pF）、续流遮断时间。©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction18什么是气体放电管的续流和遮断防雷电路中的元器件－气体放电管©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction19使用气体放电管的注意事项：1在交流电源电路的相线对保护地线、中线对保护地线单独使用气体放电管是不合适的2在直流电源电路中应用时，如果两线间电压超过15V，不可以在两线间直接应用放电管。3设置在普通交流线路上的放电管，要求它在线路正常运行电压及其允许的波动范围内不能动作，则它的直流放电电压应满足：min(ufdc)大于1.8UP。式中ufdc直流击穿电压，min(ufdc)表示直流击穿电压的最小值。UP为线路正常运行电压的峰值。4气体放电管构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题。防雷电路中的元器件－气体放电管©2006LucentTechnologies.AllRightsReserved.LucentTechnologies–ProprietaryUsepursuanttocompanyinstruction20防雷电路中的元器件－压敏电阻压敏电阻简介压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一