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對電話終端有關(guān)雷擊防護(hù)問題的探討 |
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[ 通信界 / 陳松青 / www.6611o.com / 2005/6/1 13:32:23 ] |
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近年來，有關(guān)通信網(wǎng)的雷擊防護(hù)問題越來越多，大多數(shù)涉及到通信網(wǎng)的技術(shù)問題以及防護(hù)手段，而制定的管理辦法卻很少。其實，通信網(wǎng)的雷擊防護(hù)尤其是電話終端的雷擊防護(hù)尤為重要，是通信網(wǎng)最基本的一個保護(hù)環(huán)節(jié)，它不僅關(guān)系到電信運營部門的網(wǎng)絡(luò)安全，而且關(guān)系到維護(hù)用戶合法通信權(quán)益和用戶人身安全，也直接影響到電話終端生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出終端產(chǎn)品是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，為此，本文針對模擬電話終端的有關(guān)雷擊防護(hù)問題與大家共同進(jìn)行探討，僅供參考。
一、通信網(wǎng)的迅速發(fā)展，電話終端的雷擊防護(hù)越來越重要。
“九五”期間，我國通信業(yè)進(jìn)入大發(fā)展時期，電話發(fā)展取得舉世矚目的成就。據(jù)今年第一季度統(tǒng)計資料表明，全國城鄉(xiāng)電話交換機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)1．2億門，電話用戶數(shù)7650萬戶，其中市話電話用戶數(shù)為6450萬戶。我省今年上半年城鄉(xiāng)電話交換機(jī)總?cè)萘?73．7萬門，用戶數(shù)已發(fā)展到328．8萬戶，如此龐大的通信網(wǎng)和用戶群，其擁有的電話終端的雷擊防護(hù)問題將給電信維護(hù)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(huán)境、設(shè)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(shè)施受到損壞或?qū)е率褂谜呷松韨觥Ａ硪环矫妫捎谟芯�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，已受到許多國家的重視。國際電信聯(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)的電信終端必須設(shè)計有雷擊防護(hù)措施并通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)網(wǎng)使用。我國地域遼闊，地貌復(fù)雜，許多地區(qū)的通信設(shè)施在雷雨季節(jié)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(dǎo)致用戶與電信部門對簿公堂的案例也不在少數(shù)，已引起電信部門的重視。
另外，由于通信網(wǎng)的規(guī)模、容量的迅速擴(kuò)大，為通信產(chǎn)品制造業(yè)的發(fā)展開拓了巨大的市場。據(jù)統(tǒng)計，目前我國電話終端生產(chǎn)廠商500多家，生產(chǎn)5000多個品種和款式，年產(chǎn)量超過1億部，其中35%在
國內(nèi)銷售使用。而在通信網(wǎng)上使用的電話終端其防雷保護(hù)性能好壞直接關(guān)系到全網(wǎng)的通信質(zhì)量和安全，因而早在1989年，原郵電部對電信終端設(shè)備實行進(jìn)網(wǎng)許可證管理，并進(jìn)行嚴(yán)格的進(jìn)網(wǎng)檢測，在檢
測依據(jù)VD/T728標(biāo)準(zhǔn)中明確了電話機(jī)防雷技術(shù)要求。從近年來制訂和修訂的有關(guān)電信終端進(jìn)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)來看，對雷擊防護(hù)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(hù)越
來越顯得重要。
二、雷擊防護(hù)的基本方法和技術(shù)措施
1、電話終端感應(yīng)雷電和雷擊的特點：
(1)、電話終端感應(yīng)雷電的特點：電話終端感應(yīng)雷電的條件大致可分為兩種，一種是暴露環(huán)境條件。多見于從交換設(shè)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(jī)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(yīng)雷電，但能量較大。另一種是非暴露環(huán)境條件，即從交換設(shè)備引出的用戶線基本通過地下管路接到用戶處的電話機(jī)上。在這種情況下還是有可能感應(yīng)雷電。但由于大地的阻抗，能量會變小。對因某種情況感應(yīng)到的雷電能量較低時，可視為非暴露環(huán)境條件。
(2)、雷擊的基本特點：在電話線上感應(yīng)到的雷擊基本上是一個上升沿斜直，持續(xù)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(hù)效果較好，但缺點是體積大，恢復(fù)期過長。
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，維持在一個較穩(wěn)定的值，這種器件體積大、成本高、一般多用于如計算機(jī)類的保護(hù)，因為受保護(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，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，適用于電話終端的保護(hù)。如圖5(1)。
三、在電話電路中的雷擊防護(hù)措施
1、逐級保護(hù)原則
在電話機(jī)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(hù)應(yīng)逐級考慮，圖6是逐級保護(hù)的示意圖。對于某一過壓或過流沖擊脈沖，經(jīng)過某一級保護(hù)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(shè)計應(yīng)整體考慮。
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)(見圖5)。且并聯(lián)保護(hù)器應(yīng)采用短路型。若只采用短路型并聯(lián)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(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，我們可將次級保護(hù)再分為一級保護(hù)和二級保護(hù)。
A、一級(4000V)保護(hù)器件，必須選擇特殊專用器件，如SGS桾HOMSON公司生產(chǎn)的SA100?30和TPB200S。其中門坎電壓VBR的選擇應(yīng)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(hù)器件
現(xiàn)在普通電話機(jī)中多選用壓敏電阻作為保護(hù)器件。根據(jù)試驗結(jié)果表明，大多數(shù)廠家的電話機(jī)，不能通過1000V的雷擊試驗，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
阻的廠家的電話機(jī)通過了1000V的雷擊試驗，這表明：只要慎重選用保護(hù)器件，并對電話機(jī)電路進(jìn)行整體合理設(shè)計，用壓敏電阻作為防護(hù)器件也可以通過1000V的雷擊試驗。
C、保護(hù)器件的選擇要點：
在選擇保護(hù)器件時，應(yīng)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(yīng)在200V左右。此電壓值過低，可能會在振鈴信號送來時產(chǎn)生誤動作，出現(xiàn)鈴響一聲后，不再振鈴，其實此時，主被叫已經(jīng)接通。如果設(shè)計使用的壓
敏電阻擊穿電壓過低(110V)。在電話網(wǎng)上振鈴電壓的峰值可能會達(dá)到130多伏。這樣，振鈴電壓會啟動壓敏電阻，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)致錯誤。
第二，器件的動作時間不能太慢，前面已經(jīng)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(yīng)以盡可能降低殘余電壓的峰值(可視為VB0)。
第三，器件可通過的峰值電流IPP應(yīng)滿足設(shè)計要求。
我們所希望的保護(hù)器件－應(yīng)該對手繼電路安全可靠；二具有良好的可恢復(fù)性，如果選用的器件不能承受實際過大的峰值電流，就會導(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、電話終端有關(guān)防雷技術(shù)要點和安全要求
1、YD/T728《電話機(jī)防雷技術(shù)要求及測試方法》技術(shù)要點
(1)、YD/T728標(biāo)準(zhǔn)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(guān)于雷電浪涌試驗部分。雖然該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定由雷電引起的電磁兼容問題不在該標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)雷電的典型情況，也是國際上對電信終端進(jìn)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(jìn)行電路防護(hù)措施設(shè)計時，充分注意到T1的長度，是達(dá)到設(shè)計目的重要因素。也就是說，若保護(hù)器件的動作時間長T1，那么沖擊波到來時，保護(hù)器件不能達(dá)到滿意的保護(hù)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(biāo)志，這里是700us，在考慮保護(hù)器件的耐久性時，應(yīng)注意到T2的長度。
(3)、非暴露環(huán)境條件下的橫向試驗電壓為±1000V，試驗在電話機(jī)的a、b引出線間施加進(jìn)行；縱向試驗電壓為±1500V，試驗在電話機(jī)a、b引線與保護(hù)地之間施加進(jìn)行。
暴露環(huán)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(jìn)行，但b線與保護(hù)地線相連；縱向試驗是在ab線與保護(hù)地線之間進(jìn)行。
對于沒有保護(hù)地的普遍兩線電話機(jī)，只進(jìn)行±1000V橫向試驗。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對于室外用公用電話機(jī)，即IC卡電話機(jī)，磁卡電話機(jī)、投幣電話機(jī)等須通過4000V的雷擊試驗。
2、有關(guān)其它安全要求：
對于電信終端設(shè)備的安全要求，權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)是IEC950《信息設(shè)備的安全》，對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB4943。除了在電話機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提到的如：高壓擊穿、絕緣性、雷擊以外；對其他涉及到安全的問
題都在該標(biāo)準(zhǔn)中作了詳細(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。對于普通電話機(jī)所涉及的問題較少，但對于帶有交流外接電源的設(shè)備如：無繩電話機(jī)，錄音電話機(jī)等所涉及的安全問題就多一些。因而建議生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計和組織生產(chǎn)時考慮使用GB4943/IEC950標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)有關(guān)涉及安全方面的問題。另外，據(jù)悉從今年起，我國有關(guān)部門將強(qiáng)制實施電磁兼容國際標(biāo)準(zhǔn)，以提高國產(chǎn)電氣產(chǎn)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(chǔ)全面推行電氣產(chǎn)品“CE”(合格認(rèn)證)標(biāo)記準(zhǔn)入市場制度。這種市場電磁兼容質(zhì)量方式和保護(hù)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(fā)電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)47個，還有23個標(biāo)準(zhǔn)正在修訂中。我國將依據(jù)國際電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化要求，進(jìn)一步加強(qiáng)對電氣產(chǎn)品電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)實施監(jiān)督與認(rèn)證工作的力度。這應(yīng)引起電信管理部門和國內(nèi)電話終端生產(chǎn)廠商的重視。 |
作者：陳松青 合作媒體：中國電力通信網(wǎng) 編輯：顧北 |
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