防护电路设计规范

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1、 2006 2006 to 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 2006 to 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。 3 0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。 2006 to 术

2、语和定义（ 2） 4 0)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 0生器输出短路时，输出波形是 8/20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。 5 10/700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。 2006 to 术语和定义（ 3） 6 8/20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

3、口。 7 10/350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。 2006 to 0 02006 to 00 2006 to 雷电过电压产生机理雷电过电压 电位升高，反击 ）（ di/ h=10m， I=10010/350s）假设有 4根引下线分流，即I=25L=di/s 422006 to 雷电过电压产生机理雷电过电压 2006 to 0雷电过电压产生机理雷 电 侵 入 波 2006 to 1雷电过电压产生机理A 1502 2006 to 2雷电过电压产生机理之地电位反击 2006 to 3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

4、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 000系列等等，这些标准是抗浪涌方面的基础标准，另外，00 386是一个欧洲的通信设备 2006 to 4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 2次无损坏；共模 4次无损坏。测试波形： 0混合波。测

5、试方法：按照 000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 1次无损坏；共模：施加 2次无损坏。等级 模：施加 次无损坏；共模：施加 1次无损坏。测试波形： 0混合波，测试方法：按照 000级 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。 2006 to 5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 2次无损坏；共模：施加 4次

6、无损坏。 等级 差模：施加 1次无损坏；共模：施加 2次无损坏。 等级 模：施加 次无损坏；共模：施加 1次无损坏。 测试波形： 0混合波， 测试方法：按照 000 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 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 30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 2006 to 6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：

7、差模：施加冲击电压 4模： 施加冲击电压 4 等级 差模：施加冲击电压 1模： 施加冲击电压 1 测试波形： 10/700试验方法：按照 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 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 2006 to 7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 、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 极间电容（小于 5续流遮断时间。 2006 to 8

8、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 2006 to 9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： 于 中 示直流击穿电压的最小值。 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 2006 to 0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

9、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个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量 (较大，但小于气体放电管 )、结电容（几百几千 、响应时间（ 于气体放电管）等。 2006 to 1防雷电路中的元器件压敏电阻压敏电阻设计要点：1 压敏电阻的压敏电压（ 1、通流容量是电路设计时应重点考虑的。在直流回路中，应当有： 1于 ()中交流回路中，应当有： 1于(中 述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时，有适当的安全裕度。在信号回路中时，应当有： 1于 (中 敏电阻的通流容量应根据防雷电路的设计指标来定。一般而言，压

10、敏电阻能够承受两次电流冲击而不损坏的通流值应大于防雷电路的设计通流量。2 压敏电阻的失效模式主要是短路，当通过的过电流太大时，也可能造成阀片被炸裂而开路。压敏电阻使用寿命较短，多次冲击后性能会下降。因此由压敏电阻构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题。 2006 to 2防雷电路中的元器件 电压钳位型瞬态抑制二极管（ 用与压敏电阻很类似。也是利用器件的非线性特性将过电压钳位到一个较低的电压值实现对后级电路的保护。 向击穿电压、最大钳位电压、瞬间功率、结电容 (高几百几千 几 响应时间（ 。 2006 to 3防雷电路中的元器件 电压钳位型瞬态抑制二极管（ 通过 此可以获得比压敏电阻更理想

11、的残压输出。在很多需要精细保护的电子电路中，应用 般用于最末级的精细保护，因其通流量小，一般不用于交流电源线路的保护，直流电源的防雷电路使用 般还需要与压敏电阻等通流容量大的器件配合使用。 适合在单板上使用。2 单极性的信号电路和直流电源电路中，选用单向 以获得比压敏电阻低 50以上的残压。3 流容量是电路设计时应重点考虑的。在直流回路中，应当有： 1于 ()中 信号回路中时，应当有： 1于 (中 当通过的过电流太大时，也可能造成 2006 to 4防雷电路中的元器件 (: 过电压电路保护器件有两种类别，箝制和“转折”，或“急剧短路”器件。如金属氧化物变阻器 （ 二极管的箝制型器件在运行中能够

12、让电压上升到设计好的箝制水平以流过至负载。如 折”器件对应于超过击穿电压的浪涌电压情况作为一个分流器器件来工作。“转折”型器件提供了优于箝制器件的一项优点。对于某个给定的故障电流，在 是由于“转折”器件两端的电压更小。这样就可使用小尺寸的过电压器件，并使电容值降低，而这正是高速通讯设备极为需要的特性之一。这种基于芯片的器件能够对击穿电压进行精确的设置，并且不会在多次故障事件后降低等级。 助于节约部件密集的印刷电路板上的空间。在电压超过器件“转折”所需的击穿电压时，将导致一个低阻抗路径的形成，从而有效地对过电压状况进行短路。器件将在流经它的电流降低到其保持额定值以下前保持在这种低阻抗状态下。在过

13、电压事件发生后，器件将恢复成高阻值状态，实现正常的系统运行。 2006 to 5防雷电路中的元器件 用注意事项：1. 击穿电压：决定器件在哪一点应当从高阻抗转入到低阻抗，以保护负载。需要进行保护的最低电压是多少，最大击穿电压必须小于此值。2. 关断状态电压：器件的最大额定运行电压必须大于系统的持续运行电压，这个值定义为峰值振铃（交流）电压加上直流电压的总和。3. 峰值脉冲电流：器件的峰值脉冲电流必须大于针对系统规定的最大浪涌电流。如果不是这样，就有可能需要增加额外的电阻值来减少脉冲电流，让其处于器件的脉冲额定值范围以内。典型峰值脉冲电压值在相关电信标准的雷击浪涌部分规定，例如 保持电流：保持电

14、流决定了过电压保护器件将在保时“复位”或从低阻抗切换至高阻抗，从而让系统恢复正常。该器件的保持电流必须大于系统的电源电流，否则它将保持在低状态下。 2006 to 6防雷电路中的元器件 正常温度下，这些导电性颗粒在聚合物内构成了低电阻的网络结构但是，如果温度上升到器件的切换温度（ ，无论这种状况是由于部件流过很大的电流造成的，还是由于环境温度的上升造成的，聚合物内的晶体物质将会融化并成为无定形物质。在晶体相融化阶段所出现的体积增长导致导电性颗粒在液力作用下分隔，并导致器件的电阻值出现巨大的非线性增长。典型情况下，电阻值将增加 3到 4个数量级。此电阻值在增加后能够将故障条件下流经的电流数量降低

15、到一个较低的稳态水平，从而保护电路内的设备。在故障排除以前以及电路电源断开以前， 阻值）状态下，而故障排除以及电路电源断开时，导电性复合材料冷却下来并重新结晶，将 影响的设备也恢复到正常的运行状况。器件所具有的较小外形有助于节省宝贵的板卡空间。而且与传统上要求用户能够接触到的熔断器相反， 于 以也能耐受机械冲击和振动，从而有助于在广泛的应用范围内提供可靠的保护能力。一旦 于它需要有一个很低的焦耳加热泄漏电流或外部热源来保护其已动作状况，所以有一个很小数值的电流通过。一旦故障状况被排除，这个热源即被消除。这时器件就可以恢复到低阻值状态，而电路也就恢复正常。 2006 to 7防雷电路中的元器件

16、实际应用电路举例 2006 to 8防雷电路中的元器件 实际应用电路举例 美） 2006 to 9防雷电路中的元器件 电压开关型瞬态抑制二极管（ 压开关型瞬态抑制二级管与 是利用半导体工艺制成的限压保护器件，但其工作原理与气体放电管类似，而与压敏电阻和 后 到流过 2006 to 0防雷电路中的元器件 电压开关型瞬态抑制二极管（ 1 电容方面具有与 于制成表贴器件，很适合在单板上使用， 过电压从击穿电压值附近下拉到接近 0时二极管的结压降小，所以用于信号电平较高的线路（例如：模拟用户线、护时通流量比 护效果也比 2 在使用 流过此 号线路的常态电流应小于 3 1、通流容量是电路设计时应重点考虑

17、的。在信号回路中时，应当有： 1于 (中 4 5 当通过的过电流太大时，也可能造成 2006 to 1四种常用电路保护器件特性一览表气体放电管 压敏电阻 小 ( 小 ( 小 ( 较小 (限制电压 点火电压高， 限制电压低低中 低 低通流容量 大 (10 大 (10 中 (100 低 (10响应时间 中 慢 (较快 ( 25快 ( 1快 ( 1流问题 有 无 无 有电容量 低 (1中高 (500高 (1000较低 (50常使用寿命 较短 (使用性能降低 )较短 (使用性能降低 )长 长成本 低高 低 高 高失效模式 开路 短路 短路 短路主要应用 信系统初级保护压控制系统 低压控制 /通信系统通

18、信 /数据 /信号系统 2006 to 2防雷电路中的元器件 热敏电阻（ 介： 电阻值可以随通过 般串联于线上用作过流保护。当外部线缆引入过电流时，般在毫秒级以上，因此它的非线性电阻特性在雷击过电流通过时基本发辉不了作用，只能按它的常态电阻来估算它的限流作用。热敏电阻的作用更多的体现在诸如电力线碰触等出现长时间过流保护的场合，常用于用户线路的保护中。 目前 中陶瓷 用陶瓷 2006 to 3防雷电路中的元器件 保险管 熔断器 空气开关 保险管、熔断器、空气开关都属于保护器件，用于设备内部出现短路、过流等故障情况下，能够断开线路上的短路负载或过流负载，防止电气火灾及保证设备的安全特性。保险管一般

19、用于单板上的保护，熔断器、空气开关一般可用于整机的保护。下面简单介绍保险管的使用： 对于电源电路上由空气放电管、压敏电阻、 须配有保险管进行保护，以避免设备内的防护电路损坏后设备发生安全问题。用于电源防护电路的保险管宜设计在与防护器件串联的支路上，这样防护器件发生损坏，保护管熔断后不会影响主路的供电。无馈电的信号线路、天馈线路的保护采用保险管的必要性不大。 保险管的特性主要有：额定电流、额定电压等。 概括而言，熔丝可以在小于其额定电压的任何电压下使用而不损害其熔断特性。 额定电流可以根据防护电路的通流量确定。防护电路中的保险管，宜选用防爆型慢熔断保险管。 2006 to 4常规电子器件 （电阻

20、 电容 电感 导线）在防雷电路中的使用 我们为什么要在防雷保护电路中使用这些常规器件？电感、电阻、电容、导线本身并不是保护器件，但在多个不同保护器件组合构成的防护电路中，可以起到配合的作用。防护器件中，气体放电管的特点是通流量大、但响应时间慢、冲击击穿电压高； 应时间最快，电压钳位特性最好；压敏电阻的特性介于这两者之间，当一个防护电路要求整体通流量大，能够实现精细保护的时候，防护电路往往需要这几种防护器件配合起来实现比较理想的保护特性。但是这些防护器件不能简单的并联起来使用。 2006 to 5电阻、电感、电缆防雷应用 混合型浪涌保护电路中用于前后级保护器件配合的电阻、电感等：L, 2006

21、to 6变压器、光耦、 变压器、光耦、 端口电路的设计中可以利用这些器件具有的隔离特性来提高端口电路抗过电压的能力。 端口雷击共模保护设计有两种方法： 1、线路对地安装限压保护器。 2、线路上设计隔离元件，能够实现这种隔离作用的元件主要有：变压器、光耦、 例如： 2006 to 7印制走线防护电路的设计常犯的一个错误是：防护电路中的保护器件达到了设计指标的要求，但在印制板上的印制走线过细，降低了防护电路整体的通流能力。例如：在一个设计指标为 5用的防护器件的通流量达到了 8连接保护器件的印制走线上的通流量却只能达到 1印制走线的宽度成了限制防护电路通流量的瓶颈。因此在进行接口部分电路的布线时，

22、应注意印制走线不要太细。一般在印制板表层的走线， 150 2006 to 8端口防护概述（第二部分） 电源防雷电路安装 电源防雷电路的设计 信号防雷电路的设计 2006 to 9端口防护基本原则 端口防护的目的就是要将各种外部线缆引入设备的过电压 /过电流阻挡在端口之外，主要是以下两方面： 1、外部线缆引入设备的过电压，经过防护电路后电压值被限制到后级电路能够承受的范围之内； 2、外部线缆引入设备的过电流，绝大部分被防护电路短路到大地，仅有极少部分的电流流入后级电路之中，从而起到保护设备的作用。 防雷器对端口的保护，分为共模保护和差模保护两个方面。对一种线缆而言，引入设备的过电压 /过电流以线

23、缆对地的共模为主，线缆间的差模过电压 /过电流相对小一些。但在有防护电路及设备上广泛采用等电位连接的情况下，共模的过电压 /过电流也可以转化成差模。 通信设备防护能力的强弱，与系统接地设计的关系也非常密切。防雷设计对接地的要求中，最根本的一点是实现设备上电源地、工作地、保护地的等电位连接。通信设备不仅需要良好的端口防护电路，同时也需要有合理的系统接地设计，才能达到良好防雷效果。防雷器主要分为电源防雷器、信号防雷器、天馈防雷器。各种防雷器的保护效果，与防雷器的安装方式有很大的关系。 2006 to 0电源防雷器的安装 1 串连防雷器 2 并联防雷器- 4 8 V B G N D P G N 8

24、N 2006 to 1电源防雷器的安装5 )、 3 )的 8/20米长导线两端压降(试验实测值，探头衰减 500倍 ) 2006 to 2信号防雷器的接地 不正确的信号防雷器接地方法 2006 to 3防雷器的一般安装图示 2006 to 4电源端口的保护设计概述电源口防雷电路的设计需要注意的因素较多，有如下几方面： 1、防雷电路的设计应满足规定的防护等级要求，且防雷电路的残压水平应能够保护后级电路免受损坏。 2、防雷电路加在馈电线路上，不应影响设备的正常馈电。例如，采用串联式电源防雷电路时，防雷电路应可通过设备满负荷工作时的电流并有一定的裕量。 3、防雷电路加在馈电线路上，不应给设备的安全运行带来隐患。例如，应避免由于电路设计不当而使防雷电路存在着火等安全隐患。 4、在整个馈电通路上存在多级防雷电路时，应注意各级防雷电路间有良好的配合关系，不应出现后级防雷电路遭到雷击损坏而前级防雷电路完好的情况。 5、防雷电路应具有损坏告警、遥信、热容和过流保护功能，并具有可替换性。