通信电源设备的雷电过电压防护

通信电源设备的雷电过电压防护吴川，李庆春（广西移动通信有限责任公司，广西南宁530028）曹华刚（杭州伊顿施威特克电源有限公司，浙江杭州310012）摘要：本文概述通信电源发展历程，阐述了通信电源系统综合防雷的思想，提供了通信电源系统防雷的主要措施和具体实施的细节，为通信电源设备的综合防雷提供了有益的建议。关键词：通信电源系统；开关电源；防雷；措施。1前言通信电源设备是现代通信系统中的重要组成部分，其目的是为通信设备提供安全、可靠、高效、稳定、不间断的能源。随着科技水平的进步，对于通信电源设备性能的要求也逐步提高，除必须满足基本的功能外，还要求具备交流配电、自动切换、直流配电、远程智能集中监控、电池自动管理等功能，从而满足网络管理的需求。通信电源的发展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的发展历程，由于开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率密度比大、重量轻等优点，从而成为通信电源的主体，并向着高频小型化、高效率、高可靠性的方向发展。计算机控制、通信和网络技术的快速发展，为通信电源远程监控系统的发展和完善提供了更加便利的条件，使其无人值守成为可能。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成，如图1所示。集中式监控系统可将交流配电柜、直流配电柜和整流柜放在不同楼层，实现分散供电，进行实时监控。交流配电柜主要完成市电输入或油机输入切换和交流输出分配功能，要求采取必要的防护措施，交流配电柜一般要求具有多级防雷措施、单面操作维护、实时状态显示和告警等功能；直流配电柜主要完成直流输出路数分配、电池接入和负载边接等功能，一般要求可自由出线，可出面操作维护，可实现柜内并机和柜外并机，具有状态显示和告警功能，能检测每一路熔断器的通断状态；整流柜的主要功能是将输入交流电转换输出为满足通信要求的直流电源，它一般由多台整流模块并联组成，共同分担负载，并能良好地均分负载，单模块故障不应影响系统工作。电源模块采用低压差自入均流技术，使模块间的电流不均衡度小于3％，并具有输出短路故障自动恢复功能。图1通信电源系统组成框图监控模块主要实现交流配电柜、直流配电柜和模块监控，此外还要进行电池自动管理功能。通信电源系统作为通信网络的能源供给者，除了必须具备可靠、稳定等基础特性外，其电磁兼容设计、防护设计、可操作性和可维护性也是非常关键的因素。安全性是电源设备最重要的指标，其不安全隐患不但不能完成正常的供电要求，而且还有可能发生严重的事故，甚至造成机毁人亡的巨大损失。为此，必须加强安全性设计工作。而目前影响电源设备安全性最重要的工作是如何有效提高其防雷电过电压的能力2通信电源雷击侵入途径为了达到最佳通信效果，大部分通信站设置在地势最高、旷野孤立处。由于条件所限或为了节省投资，其交流电源绝大部分采用架空电线引入，传输信号电缆也大部分采用架空引入，加上通信铁塔避雷针的引雷效应，因此通信设备所处的环境是高雷击风险的区域。雷击可分为直击雷和感应雷。2.1直击雷的危害雷电直接击中通信站建筑、电力电缆、通信电缆和操作人员，可能会造成建筑损毁，设备损坏、人员伤亡和电气短路引起火灾等严重后果，因此直击雷发生的概率虽然很小，但其危害十分大，所以不能掉以轻心。2.2感应雷的危害雷云对地放电的主通道虽然没有经过被保护物，但放电过程中产生的强大的电磁场可以在附近的导体中感应起电磁脉冲，我们称为雷电电磁感应脉冲，即通常所说的感应雷。显然感应雷是由直击雷引起的，感应雷产生于导体中并沿导体传播，损坏与导体相联的设备或设备中的某些器件（这些设备或器件的耐冲击水平较低）。通信电源设备通过电力电缆和各种通信传输电缆与外界相连，其中也有大量的集成电路通过金属导线相连，这就为感应雷的侵入提供了良好的条件，加上控制和通信电路采用了大量高集成度的微电子电路，其耐冲击水平较低，容易被感应雷损坏，产生各种各样的设备故障。如接口板损坏、内部通信口的损坏、整流模块的损坏等，有时感应雷引起故障甚至让我们很难与雷电联系在一起，但却是由雷电引起的。感应雷形成的破坏虽然不及直击雷大，但其损害的往往是设备的核心器件，给设备正常工作带来障碍。有研究表明直击雷可在其周围1000米范围的半导体上感应起危险电压，加上通信站与外界连接的各种长距离电缆可在更大的范围内感应上雷电电磁脉冲，并几乎无衰减的沿电缆传入通信站。因此对通信站来讲感应雷的概率远大于直击雷的概率，可以这样说，通信站防雷主要是防感应雷。3通信电源系统的防雷措施3.1直击雷的防护：根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》（2000年版）对直击雷电流分类：第一类防雷建筑物防范的雷电流为200kA（10/350uS）；第二类防雷建筑物防范的雷电流为150kA（10/350uS）；第三类防雷建筑物防范的雷电流为100kA（10/350uS）。如图所示：一个能量为200kA的直击雷，由整个系统的接闪器、引下线、接地网、电源、管线、通信网络线来分担。以通信站来讲，基本无管道系统，大约有50％通过外部防雷装置（接闪器、引下线和地网）直接入地，电源部分承担其中近45%（100kA），以三相四线为例，每线承担大约有25kA（10/350uS）的雷电流。通信线路承担剩余5%的雷电流。由此可见，电源系统对直击雷的防护非常关键。3.2感应雷的防护前面已提到感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的，其实感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：在雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放使通信电源的工作可靠性得到更大提高。5防雷设计依据(1)

建筑物防雷设计规范

GB50057-94(2)

电子计算机机房设计规范

GB50174-93(3)

民用建筑电气设计规范

JGJ/T16-92(4)

计算站场地安全要求

GB9361-88(5)

计算站场地技术文件

GB2887-89(6)

计算机信息系统防雷保安器

GA173-1998(7)

雷电电磁脉冲的防护

IECI312(8)

通信局（站）雷电过电压保护工程规范

YD/T

5098－2001(9)通信局（站）接地设计暂行技术规定

YDJ26E9(10)通信局（站）电源系统总技术要求YD/T1051-2000作者资料：吴川（1972－），男，通信工程师（通信电源专业），北京邮电大学工程硕士，研究方向为电子与信息工程。从事通信电源维护管理13年，现为广西移动通信有限责任公司网络运营中心动力室经理。李庆春（197