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對電話終端有關雷擊防護問題的探討 |
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[ 通信界 / 陳松青 / m.6611o.com / 2005/6/1 13:32:23 ] |
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近年來，有關通信網的雷擊防護問題越來越多，大多數涉及到通信網的技術問題以及防護手段，而制定的管理辦法卻很少。其實，通信網的雷擊防護尤其是電話終端的雷擊防護尤為重要，是通信網最基本的一個保護環節，它不僅關系到電信運營部門的網絡安全，而且關系到維護用戶合法通信權益和用戶人身安全，也直接影響到電話終端生產廠家生產出終端產品是否符合國家標準和規定，為此，本文針對模擬電話終端的有關雷擊防護問題與大家共同進行探討，僅供參考。
一、通信網的迅速發展，電話終端的雷擊防護越來越重要。
“九五”期間，我國通信業進入大發展時期，電話發展取得舉世矚目的成就。據今年第一季度統計資料表明，全國城鄉電話交換機總容量已達1．2億門，電話用戶數7650萬戶，其中市話電話用戶數為6450萬戶。我省今年上半年城鄉電話交換機總容量473．7萬門，用戶數已發展到328．8萬戶，如此龐大的通信網和用戶群，其擁有的電話終端的雷擊防護問題將給電信維護和管理部門帶來許多困難和隱患。一方面，由于電話通信在傳輸和使用過程中，可能會受到來自自然界的各種不良影響或破壞。如：受地域環境、設施方式的影響。在電話的傳輸和使用過程中，可能會遭遇雷擊的威脅，使設施受到損壞或導致使用者人身傷亡。另一方面，由于有線通信網絡的特殊結構方式，使得突發性的雷擊現象有更多的機會導入通信網絡引起設備的損壞或人身傷亡。因此在有線通信網上，盡可能降低雷電引起的損失，已受到許多國家的重視。國際電信聯盟(ITU)也制定了相應的標準(K21建議)，凡是進入美洲、歐洲等地區的電信終端必須設計有雷擊防護措施并通過相關標準，才能進網使用。我國地域遼闊，地貌復雜，許多地區的通信設施在雷雨季節常受到雷擊的破壞，造成了很大危害。近年來，由于受雷擊造成人身傷亡導致用戶與電信部門對簿公堂的案例也不在少數，已引起電信部門的重視。
另外，由于通信網的規模、容量的迅速擴大，為通信產品制造業的發展開拓了巨大的市場。據統計，目前我國電話終端生產廠商500多家，生產5000多個品種和款式，年產量超過1億部，其中35%在
國內銷售使用。而在通信網上使用的電話終端其防雷保護性能好壞直接關系到全網的通信質量和安全，因而早在1989年，原郵電部對電信終端設備實行進網許可證管理，并進行嚴格的進網檢測，在檢
測依據VD/T728標準中明確了電話機防雷技術要求。從近年來制訂和修訂的有關電信終端進網的標準來看，對雷擊防護的要求條款越來越多，這也符合國際上的普遍做法。可見，電話終端的雷擊防護越
來越顯得重要。
二、雷擊防護的基本方法和技術措施
1、電話終端感應雷電和雷擊的特點：
(1)、電話終端感應雷電的特點：電話終端感應雷電的條件大致可分為兩種，一種是暴露環境條件。多見于從交換設備引出的用戶線，通過架空的明線電纜(至少有一部分用戶線是架空明線)接到用
戶處電話機上。這種情況下，若周圍沒有高層建筑或避雷裝置。很容易感應雷電，但能量較大。另一種是非暴露環境條件，即從交換設備引出的用戶線基本通過地下管路接到用戶處的電話機上。在這種情況下還是有可能感應雷電。但由于大地的阻抗，能量會變小。對因某種情況感應到的雷電能量較低時，可視為非暴露環境條件。
(2)、雷擊的基本特點：在電話線上感應到的雷擊基本上是一個上升沿斜直，持續時間較短的浪涌脈沖(見圖1)
Ｚ為具有一定功率的熱敏電阻或其它限流電阻。熱敏電阻的保護效果較好，但缺點是體積大，恢復期過長。
PP為并聯保護器件，現多采用硅材料制成，有兩種不同的保護方式：
鉗位型：即保護器件兩端的電壓，維持在一個較穩定的值，這種器件體積大、成本高、一般多用于如計算機類的保護，因為受保護的電路不允許兩端電壓突然下降。如圖5(2)短路型：即保護器件起保護作用時，保護器件兩端電壓極低，近乎短路。該種器件體積較小，成本低，適用于電話終端的保護。如圖5(1)。
三、在電話電路中的雷擊防護措施
1、逐級保護原則
在電話機兩線入口處采取防雷措施固然很重要，但實踐證明，電話電路的防護應逐級考慮，圖6是逐級保護的示意圖。對于某一過壓或過流沖擊脈沖，經過某一級保護以后，都會有殘余電壓流至后繼電路不能承受殘余電壓的沖擊，同樣會損壞核心電路。因此電路設計應整體考慮。
2、串并聯結合：
前面已經提到，保護電路最好采用串并聯電路結構(見圖5)。且并聯保護器應采用短路型。若只采用短路型并聯器件(PP)，那么事必使通過PP的峰值電流過大，使其難于承受，因此最好在其前面加限流電阻Z。
3、保護器件的選擇
根據暴露環境條件和非暴露環境條件，我們可將次級保護再分為一級保護和二級保護。
A、一級(4000V)保護器件，必須選擇特殊專用器件，如SGS桾HOMSON公司生產的SA100?30和TPB200S。其中門坎電壓VBR的選擇應注意，若太小，振鈴電壓就可能啟動；若太大，就會危及后繼電路。
B、二級(1000V)保護器件
現在普通電話機中多選用壓敏電阻作為保護器件。根據試驗結果表明，大多數廠家的電話機，不能通過1000V的雷擊試驗，多數在手柄取機狀態或免提狀態電路損壞，但是也有部分同樣選用壓敏電
阻的廠家的電話機通過了1000V的雷擊試驗，這表明：只要慎重選用保護器件，并對電話機電路進行整體合理設計，用壓敏電阻作為防護器件也可以通過1000V的雷擊試驗。
C、保護器件的選擇要點：
在選擇保護器件時，應注意以下三方面問題：
第一，器件的擊穿電壓(或稱門坎啟動電壓VBR)應在200V左右。此電壓值過低，可能會在振鈴信號送來時產生誤動作，出現鈴響一聲后，不再振鈴，其實此時，主被叫已經接通。如果設計使用的壓
敏電阻擊穿電壓過低(110V)。在電話網上振鈴電壓的峰值可能會達到130多伏。這樣，振鈴電壓會啟動壓敏電阻，呈現為低阻導通狀態，使交換設備誤判為被叫摘機，導致錯誤。
第二，器件的動作時間不能太慢，前面已經提到，沖擊電壓的波前時間是10us，從波型上粗略估計，對于VBR為230V的器件，在電壓200V升到260V的時間也只有1-2us，器件必須在其間做出迅速反應以盡可能降低殘余電壓的峰值(可視為VB0)。
第三，器件可通過的峰值電流IPP應滿足設計要求。
我們所希望的保護器件－應該對手繼電路安全可靠；二具有良好的可恢復性，如果選用的器件不能承受實際過大的峰值電流，就會導致該器件的損壞，使被保護的設備不得不進入維修期。
四、電話終端有關防雷技術要點和安全要求
1、YD/T728《電話機防雷技術要求及測試方法》技術要點
(1)、YD/T728標準基本上參照了ITU桾的建議K．21“用戶終端過電壓和過電流的能力”中關于雷電浪涌試驗部分。雖然該標準已經規定由雷電引起的電磁兼容問題不在該標準中考慮。但國際上一般是將雷擊試驗列入電磁兼容范疇。
(2)、標準中使用了10/700us的沖擊電壓波形(見圖1)，該波形代表了通信電纜感應雷電的典型情況，也是國際上對電信終端進行雷擊試驗較普遍采用的試驗波形。
視在波前時間T1，可以近似看成是一個單極性沖擊脈沖的上升時間，反映了沖擊波的速度，這里是10us。在進行電路防護措施設計時，充分注意到T1的長度，是達到設計目的重要因素。也就是說，若保護器件的動作時間長T1，那么沖擊波到來時，保護器件不能達到滿意的保護效果。視在半峰值時間T2可以近似看成是一個單極性沖擊脈沖從起始到回落至脈沖的50%時的時間，它是沖擊波總能量的一個重要標志，這里是700us，在考慮保護器件的耐久性時，應注意到T2的長度。
(3)、非暴露環境條件下的橫向試驗電壓為±1000V，試驗在電話機的a、b引出線間施加進行；縱向試驗電壓為±1500V，試驗在電話機a、b引線與保護地之間施加進行。
暴露環境條件下的橫向試驗和縱向試驗電壓相同都為±4000V，橫向試驗是在a、b線之間進行，但b線與保護地線相連；縱向試驗是在ab線與保護地線之間進行。
對于沒有保護地的普遍兩線電話機，只進行±1000V橫向試驗。根據相關標準規定對于室外用公用電話機，即IC卡電話機，磁卡電話機、投幣電話機等須通過4000V的雷擊試驗。
2、有關其它安全要求：
對于電信終端設備的安全要求，權威的標準是IEC950《信息設備的安全》，對應的國家標準是GB4943。除了在電話機相關標準中提到的如：高壓擊穿、絕緣性、雷擊以外；對其他涉及到安全的問
題都在該標準中作了詳細規定，如：安全標志、電源隔離，爬電距離、溫升、燃燒、穩定性等等。對于普通電話機所涉及的問題較少，但對于帶有交流外接電源的設備如：無繩電話機，錄音電話機等所涉及的安全問題就多一些。因而建議生產企業在設計和組織生產時考慮使用GB4943/IEC950標準指導有關涉及安全方面的問題。另外，據悉從今年起，我國有關部門將強制實施電磁兼容國際標準，以提高國產電氣產品在國際市場的競爭力。1997年歐洲市場正式實施電磁兼容指令和低電壓指令，并以這兩項指令為基礎全面推行電氣產品“CE”(合格認證)標記準入市場制度。這種市場電磁兼容質量方式和保護消費者利益的做法正成為一種國際通用辦法。我國目前已頒發電磁兼容國家標準47個，還有23個標準正在修訂中。我國將依據國際電磁兼容標準化要求，進一步加強對電氣產品電磁兼容標準實施監督與認證工作的力度。這應引起電信管理部門和國內電話終端生產廠商的重視。 |
作者：陳松青 合作媒體：中國電力通信網 編輯：顧北 |
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