陳松青

 摘  要  本文從電話(huà)終端雷擊防護(hù)的重要性入手，提出雷擊防護(hù)的基本方法和技術(shù)措施，并根據(jù)現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)體制，建議在電話(huà)電路設(shè)計(jì)中采取雷擊防護(hù)措施。
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       近年來(lái)，有關(guān)通信網(wǎng)的雷擊防護(hù)問(wèn)題越來(lái)越多，大多數(shù)涉及到通信網(wǎng)的技術(shù)問(wèn)題以及防護(hù)手段，而制定的管理辦法卻很少。其實(shí)，通信網(wǎng)的雷擊防護(hù)尤其是電話(huà)終端的雷擊防護(hù)尤為重要，是通信網(wǎng)最基本的一個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)，它不僅關(guān)系到電信運(yùn)營(yíng)部門(mén)的網(wǎng)絡(luò)安全，而且關(guān)系到維護(hù)用戶(hù)合法通信權(quán)益和用戶(hù)的人身安全，也直接影響到電話(huà)終端生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出的終端產(chǎn)品是否符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。為此，本文針對(duì)模擬電話(huà)終端的有關(guān)雷擊防護(hù)問(wèn)題與大家共同進(jìn)行探討，僅供參考。 一、通信網(wǎng)迅速發(fā)展，電話(huà)終端的雷擊防護(hù)越來(lái)越重要 “九五”期間，我國(guó)通信業(yè)進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，電話(huà)發(fā)展取得舉世矚目的成就。據(jù)2000年統(tǒng)計(jì)資料表明，全國(guó)城鄉(xiāng)電話(huà)交換機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)1.787億門(mén)，固定電話(huà)用戶(hù)數(shù)1.44億戶(hù)，其中市話(huà)電話(huà)用戶(hù)數(shù)為9226萬(wàn)戶(hù)。如此龐大的通信網(wǎng)和用戶(hù)群，其擁有的電話(huà)終端的雷電防護(hù)問(wèn)題將給電信維護(hù)和管理部門(mén)帶來(lái)許多困難和隱患。一方面，由于電話(huà)通信在傳輸和使用過(guò)程中，可能會(huì)受到來(lái)自自然界的各種不良影響或破壞，如：受地域環(huán)境、設(shè)施方式的影響，在電話(huà)的傳輸和使用過(guò)程中，可能會(huì)遭遇雷擊的威脅，使設(shè)施受到損壞或?qū)е率褂谜呷松韨?。另一方面，由于有線通信網(wǎng)絡(luò)的特殊結(jié)構(gòu)方式，使得突發(fā)性的雷擊現(xiàn)象有更多的機(jī)會(huì)導(dǎo)入通信網(wǎng)絡(luò)，引起設(shè)備的損壞或人身傷亡。因此在有線通信網(wǎng)上，盡可能降低雷電引起的損失，已受到許多國(guó)家的重視。國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)(K21建議)，凡是進(jìn)入美洲、歐洲等地區(qū)的電信終端必須有雷擊防護(hù)措施并通過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)網(wǎng)使用。我國(guó)早在1989年，原郵電部對(duì)電信終端設(shè)備就實(shí)行了進(jìn)網(wǎng)許可證管理，并進(jìn)行嚴(yán)格的進(jìn)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，在檢測(cè)依據(jù)YD／T728標(biāo)準(zhǔn)中明確了電話(huà)機(jī)防雷技術(shù)要求。從近年來(lái)制訂和修訂的有關(guān)電信終端進(jìn)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，對(duì)雷擊防護(hù)的要求條款越來(lái)越多，這也符合國(guó)際上的普遍做法?？梢?jiàn)，電話(huà)終端的雷擊防護(hù)越來(lái)越顯得重要。 二、雷擊防護(hù)的基本方法和技術(shù)措施     1．電話(huà)終端感應(yīng)雷電和雷擊的特點(diǎn) (1)電話(huà)終端感應(yīng)雷電的條件大致可分為兩種：一種是暴露環(huán)境條件，多見(jiàn)于從交換設(shè)備引發(fā)出的用戶(hù)線，通過(guò)架空的明線電纜(至少有一部分用戶(hù)線是架空明線)接到用戶(hù)處電話(huà)機(jī)上。這種情況下，若周?chē)鷽](méi)有高層建筑或避雷裝置，很容易感應(yīng)雷電，且能量較大；另—種是非暴露環(huán)境條件，即從交換設(shè)備引出的用戶(hù)線基本通過(guò)地下管路接到用戶(hù)處的電話(huà)機(jī)上。這種情況也有可能感應(yīng)雷電，但由于大地的阻抗，能量會(huì)變小。對(duì)因某種情況感應(yīng)到的雷電能量較低時(shí)，可視為非暴露環(huán)境條件。 (2)雷擊的基本特點(diǎn)：在電話(huà)線上感應(yīng)到的雷擊基本是一個(gè)上升沿斜直、持續(xù)時(shí)間較短的浪涌脈沖(見(jiàn)圖1)。
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2．雷擊的兩級(jí)防護(hù)一般講，在交換機(jī)的用戶(hù)線出口處裝有初級(jí)雷擊防護(hù)裝置，該裝置可以將感應(yīng)到的高約幾十千伏，長(zhǎng)約幾十毫秒的浪涌沖擊降到一至四千伏以?xún)?nèi)，時(shí)間在一毫秒以?xún)?nèi)。在此情況下，如果再采取次級(jí)保護(hù)，可使浪涌沖擊降到幾十伏的安全范圍(見(jiàn)圖2)。 3．雷擊防護(hù)的一般措施 (1)對(duì)高能量的初步防護(hù)一般采用碳隙放電管(見(jiàn)圖3)放電方式，碳隙放電管是由兩個(gè)碳極組成的，優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是壽命短、跳火門(mén)限是變化的。另一種是采用氣體放電管(見(jiàn)圖4)，它是由在密閉管子內(nèi)的兩個(gè)金屬電極組成的，一般密閉管內(nèi)是低壓氣體。其主要缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間較慢。實(shí)際上氣體放電管兩端的殘眾電壓取決于浪涌沖擊的梯度／dv dt。一般講，初級(jí)保護(hù)安裝在交換設(shè)備的出入線處。
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(2)電話(huà)終端僅考慮次級(jí)防護(hù)問(wèn)題次極防護(hù)多采用串并聯(lián)結(jié)合的方式，來(lái)達(dá)到滿(mǎn)意的防護(hù)目的(見(jiàn)圖5(1)、圖5(2))。
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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(hù)效果較好，但缺點(diǎn)是體積較大，恢復(fù)期過(guò)長(zhǎng)。     PP為并聯(lián)保護(hù)器件，現(xiàn)多采用硅材料制成，有兩種不同的保護(hù)方式：鉗位型：即保護(hù)器件兩端的電壓維持在一個(gè)較穩(wěn)定的值，這種器件體積大、成本高、一般多用于如計(jì)算機(jī)類(lèi)的保護(hù)，因?yàn)槭鼙Ｗo(hù)的電路不允許兩端電壓突然下降，如圖5(2)。短路型：即保護(hù)器件起保護(hù)作用時(shí)，保護(hù)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(huà)終端的保護(hù)，如圖5(1)。 三、電話(huà)電路中的雷擊防護(hù)措施 1．逐級(jí)保護(hù)原則在電話(huà)機(jī)兩線入口處采取防雷措施固然很重要，但時(shí)間證明，電話(huà)電路的防護(hù)應(yīng)逐級(jí)考慮，圖6是逐級(jí)保護(hù)的示意圖。對(duì)于某一過(guò)壓或過(guò)流沖擊脈沖，經(jīng)過(guò)某一級(jí)保護(hù)以后，都會(huì)有殘余電壓流至后繼電路。若后繼電路不能承受殘余電壓的沖擊，同樣會(huì)損壞核心電路，因此電路設(shè)計(jì)應(yīng)整體考慮。
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2．串并聯(lián)結(jié)合     前面已經(jīng)提到，保護(hù)電路最好采用串并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖5)，且并聯(lián)保護(hù)器應(yīng)采用短路型，若只采用短路并聯(lián)器件(PP)，那么事必使通過(guò)PP的峰值電流過(guò)大，使其難于承受，因此最好在其前面加限流電阻Z。     3．保護(hù)器件的選擇     根據(jù)暴露環(huán)境條件和非暴露環(huán)境條件，我們可將次級(jí)保護(hù)再分為一級(jí)保護(hù)和二級(jí)保護(hù)。 A、一級(jí)(4000V)保護(hù)器件必須選擇特殊專(zhuān)用器件，如SGS—THOMSON公司生產(chǎn)的SA100—230和TPB200S。其中門(mén)坎電壓VBR的選擇應(yīng)注意：若太小，振鈴電壓就可能啟動(dòng)；若太大，就會(huì)危及后繼電路。 B、二級(jí)(1000V)保護(hù)器件現(xiàn)在普通電話(huà)機(jī)中多選用壓敏電阻作為保護(hù) 器件。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明，大多數(shù)廠家的電話(huà)機(jī)，不能通過(guò)1000V的雷擊試驗(yàn)，多數(shù)在手柄取機(jī)狀態(tài)或免提狀態(tài)電路損壞，但是也有部分同樣選用壓敏電阻的廠家的電話(huà)機(jī)通過(guò)了1000V的雷擊試驗(yàn)。這表明：只要慎重選用保護(hù)器件，并對(duì)電話(huà)機(jī)電路進(jìn)行整體合理設(shè)計(jì)，用壓敏電阻作為防護(hù)器件也可以通過(guò)1000V的雷擊試驗(yàn)。 C、保護(hù)器件的選擇要點(diǎn)：在選擇保護(hù)器件時(shí)，應(yīng)注意以下三方面問(wèn)題：第一，器件的擊穿電壓(或稱(chēng)門(mén)坎啟動(dòng)電壓VBR)應(yīng)在200V左右，此電壓過(guò)低?？赡軙?huì)在振鈴信號(hào)送過(guò)來(lái)時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作，出現(xiàn)鈴響一聲后，不再振鈴，其實(shí)此時(shí)，主被叫已經(jīng)接通。在電話(huà)網(wǎng)上振鈴電壓的峰值可能會(huì)達(dá)到130多伏，如果設(shè)計(jì)使用的壓敏電阻擊穿電壓過(guò)低(110V)，振鈴電壓會(huì)啟動(dòng)壓敏電阻，呈現(xiàn)為低阻導(dǎo)通狀態(tài)，使交換設(shè)備誤判為被叫摘機(jī)，導(dǎo)致錯(cuò)誤。     第二，器件的動(dòng)作時(shí)間不能太慢，前面已經(jīng)提到，沖擊電壓的波前時(shí)間是10μs，從波形上粗略估計(jì)，對(duì)VBR為230V的器件，在電壓220V升到260V的時(shí)間也只有1－2μs，器件必須在其間做出迅速反應(yīng)以盡可能降低殘余電壓的峰值（可視為VB0）。     第三，器件可通過(guò)的峰值電流IPP應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。我們所希望的保護(hù)器件—應(yīng)該對(duì)后繼電路安全可靠；二具有良好的可恢復(fù)性，如果選用的器件不能承受實(shí)際過(guò)大的峰值電流，就會(huì)導(dǎo)致該器件的損壞，使被保護(hù)的設(shè)備不得不進(jìn)入維修期。四、電話(huà)終端有關(guān)防雷技術(shù)要點(diǎn)和安全要求 1．YD／T728《電話(huà)機(jī)防雷技術(shù)要求及測(cè)試方法》技術(shù)要點(diǎn) (1)YD／T728標(biāo)淮基本上參照丁ITU—T的建議K21“用戶(hù)終端過(guò)電壓和過(guò)電流的能力”中關(guān)于雷電浪涌試驗(yàn)部分。雖然該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定由雷電引起電磁兼容問(wèn)題不在該標(biāo)準(zhǔn)中考慮。但國(guó)際上一般是將雷電試驗(yàn)列入電磁兼容范疇。 (2)標(biāo)準(zhǔn)中使用了10／700us的沖擊電壓波形(見(jiàn)圖1)，該波形代表了通信電纜感應(yīng)雷擊的典型情況，也是國(guó)際上對(duì)電信終端進(jìn)行雷擊試驗(yàn)較普遍采用的試驗(yàn)波形。     視在波前時(shí)間T1：可以近似看成是一個(gè)單極性沖擊脈沖的上升時(shí)間，反映了沖擊波的速度，這里是10μs 。在進(jìn)行電路防護(hù)措施設(shè)計(jì)時(shí)，若保護(hù)器件的動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)于T1，那么沖擊波到來(lái)時(shí)，保護(hù)器件不能達(dá)到滿(mǎn)意的保護(hù)效果。     視在半峰值時(shí)間T2可以近似看成一個(gè)單極性沖擊脈沖從起始到回落至脈沖的50％時(shí)的時(shí)間，它是沖擊波總能量的一個(gè)重要標(biāo)志，這里是700μs，在考慮保護(hù)器件的耐久性時(shí)，應(yīng)注意到T2的長(zhǎng)度。     (3)非暴露環(huán)境條件下的橫向試驗(yàn)電壓為±1500V，試驗(yàn)在電話(huà)機(jī)的a、b引出線間進(jìn)行；縱向試驗(yàn)電壓為±1500V，試驗(yàn)在電話(huà)機(jī)ab引線與保護(hù)地之間進(jìn)行。     暴露環(huán)境條件下的橫向試驗(yàn)和縱向試驗(yàn)電壓為±4000V，橫向試驗(yàn)是在a、b線之間進(jìn)行；但b線與保護(hù)地線相連；縱向試驗(yàn)是在ab線與保護(hù)地線之間進(jìn)行。     對(duì)于沒(méi)有保護(hù)地的普通購(gòu)線電話(huà)機(jī)，只進(jìn)行±1000V橫向試驗(yàn)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，室外用公用電話(huà)機(jī)，IC卡電話(huà)機(jī)、磁卡電話(huà)機(jī)、投幣電話(huà)機(jī)等須通過(guò)±4000V的雷擊試驗(yàn)。     2．有關(guān)其它安全要求對(duì)于電信終端設(shè)備的安全要求，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是IEC950《信息技術(shù)設(shè)備包括電氣事務(wù)設(shè)備的安全》，對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是GB4943。除了在電話(huà)機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提到的如：高壓擊穿、絕緣性、雷擊以外，對(duì)其它涉及到安全的問(wèn)題都在該標(biāo)準(zhǔn)中作出詳細(xì)規(guī)定，如：安全標(biāo)志、電源隔離、爬電距離、溫升、燃燒、穩(wěn)定性等等，對(duì)于普通電話(huà)機(jī)所涉及的問(wèn)題較少，但對(duì)于帶有交流外接電源的設(shè)備如：無(wú)繩電話(huà)機(jī)，錄音電話(huà)機(jī)等涉及的安全問(wèn)題就多—些。因而建議生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)考慮使用GB4943／IEC950標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)有關(guān)涉及安全方面的問(wèn)題。