瞬態(tài)過電壓

瞬態(tài)過電壓持續(xù)時間數(shù)毫秒或更短，通常帶有強阻尼的振蕩或非振蕩的一種過電壓，它可以疊加于暫時過電壓上。

瞬態(tài)過電壓（switching overvoltage）是指因特定的通斷操作或故障，在系統(tǒng)中的一定位置上出現(xiàn)的瞬態(tài)過電壓。

瞬態(tài)過電壓是指電力系統(tǒng)正常運行時，電氣設(shè)備的絕緣處于電源額定電壓下，當(dāng)雷擊、操作、故障、或參數(shù)配置等原因使系統(tǒng)中某部分電壓升高大大超過正常運行的數(shù)值的電壓 。

過電壓分為大氣過電壓和內(nèi)部過電壓,其中大氣過電壓又分直擊雷過電壓、感應(yīng)雷擊過電壓和侵入雷電波過電壓，特點是持續(xù)時間短暫,沖擊性強,與雷電活動強度有直接關(guān)系，與設(shè)備電壓等級無關(guān)。220KV以下系統(tǒng)的絕緣水平由防止大氣過電壓決定。內(nèi)部過電壓是由于拉、合閘操作、接地或斷線事故及其他原因引起電力系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生突然變化產(chǎn)生對系統(tǒng)有威脅的過電壓。究其原因是系統(tǒng)內(nèi)部電磁能的振蕩和集聚引起的故稱內(nèi)部過電壓。內(nèi)部過電壓可分為操作過電壓和暫態(tài)過電壓(含諧振過電壓、工頻過電壓) 。

雷擊過電壓（lightning overvoltage）是指因特定的雷擊放電，在系統(tǒng)中的一定位置上出現(xiàn)的瞬態(tài)過電壓 。2100433B

備案信息

備案號：47856-2015。 2100433B

過電壓指峰值大于正常運行下最大穩(wěn)態(tài)電壓的相應(yīng)峰值的任何電壓。在工程上，它指一切可能對設(shè)備造成損害的危險電壓。因此在工程中，一些雖然大于設(shè)備正常運行電壓峰值但不足以危及設(shè)備正常工作的過電壓被排除在外。過電壓包括：

（1）瞬態(tài)過電壓，持續(xù)時間為毫秒級或更短，是避雷器的主要防護對象。

（2）暫態(tài)過電壓或短時過電壓，持續(xù)時間相對較長，一般介于0.1s和1s之間。

瞬態(tài)過電壓的來源主要有：雷擊、開關(guān)操作、靜電放電和核爆炸。在通信局站，主要是雷電過電壓或雷擊過電壓。

暫態(tài)過電壓主要有：轉(zhuǎn)移過電壓、斷零過電壓、斷線諧振過電壓和中性線漂移形成的過電壓。此外，空載線路的電容效應(yīng)、不對稱接地故障和突然甩負(fù)荷也可能產(chǎn)生危險的過電壓。

1．通信電源系統(tǒng)過電壓保護的基本原則

通信電源系統(tǒng)過電壓保護有兩條基本原則：一是系統(tǒng)防護原則，二是概率防護原則。

（1）系統(tǒng)防護原則

之所以有系統(tǒng)防護原則，是因為：

1）危險過電壓，特別是雷電過電壓的耦合機制多種多樣，無孔不入；

2）因供電、數(shù)據(jù)與信息傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)需要，通信設(shè)備間存在著廣泛的電連接。

系統(tǒng)防護原則包括以下內(nèi)容：

1）既要考慮到瞬態(tài)過電壓的保護，也要考慮到暫態(tài)過電壓的耐受與防護；

2）既要考慮到各種過電壓的保護，也要考慮到電磁脈沖的防護；

3）考慮到每個端口的保護；

4）將電涌保護器和被保護電路作為一個整體看待，進行良好的配合與協(xié)調(diào)；

5）過電壓保護措施，必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求；

6）過電壓保護措施的加入，不能影響其他通信設(shè)備間的正常運行和互聯(lián)互通；

7）提出合理的機房環(huán)境要求；

8）提出合理的安裝與維護要求。

（2）概率防護原則

之所以有概率防護原則，是因為：

1）雷電的形成和發(fā)生有一定的隨機性和不確定性，雷電參數(shù)的取值也有一定的統(tǒng)計性質(zhì)；

2）防雷裝置不能阻止雷電的形成；

3）由于技術(shù)的限制，防雷裝置不能完全消除或阻止所有過電壓，設(shè)備的過電壓耐受能力也是有限的。

根據(jù)概率防護原則，需要做到：

1）對設(shè)備進行多種波形、幅值的模擬沖擊測試；

2）對被保護設(shè)備提出過電壓耐受指標(biāo)；

3）設(shè)備的沖擊通流容量的指標(biāo)應(yīng)明顯高于國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2．過電壓保護的方法

（1）過電壓保護基本方法

為了防止過電壓威脅到設(shè)備的正常運行和安全，首先可以減少或阻止過電壓能量到達設(shè)備，這樣的方法包括：

1）衰減或轉(zhuǎn)移能量，如采用屏蔽、濾波、加裝電涌保護器（SPD）等措施。

2）斷開危險線路，如采用熔斷器、短路器等。這一方法要在條件允許時才可以實施。

3）電氣隔離，如采用隔離變壓器、光耦等。

其次，由于過電壓本身的不確定性和技術(shù)實現(xiàn)上的困難，不可能將過電壓能量完全消除或阻止，這時需要增強設(shè)備抵抗剩余能量威脅的方法。這些方法有：提高設(shè)備的工作電壓范圍、提高設(shè)備的絕緣強度以及設(shè)計和實施完善的等電位連接與接地網(wǎng)絡(luò)等。

（2）多級保護

通信電源系統(tǒng)應(yīng)采用分級保護，逐級限壓，將雷電過電壓限制在設(shè)備的承受水平上。

（3）端口的保護

1）外殼端口的保護

對外殼端口實施的保護措施主要是屏蔽，應(yīng)滿足EMC測試中對輻射（屏蔽）的要求。

2）交流電源端口的保護

A．通流容量（8/20ms波形）：對于通信電源設(shè)備，應(yīng)不低于20kA×10次及40kA×1次；對于通信局（站）低壓配電系統(tǒng)，應(yīng)依據(jù)YD/T5098-2005《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，根據(jù)通信局（站）的類型、年雷暴日多少和地理環(huán)境等具體情況確定。

B．最大持續(xù)工作電壓：應(yīng)能使通信電源設(shè)備的耐受特性滿足IEC61643-1和UL1449的要求，根據(jù)YD/T5098-2005《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，國內(nèi)低壓配電系統(tǒng)的交流電源防雷器的最大持續(xù)工作電壓應(yīng)取385V。

C．應(yīng)具備遙信告警功能，提供遙信告警接口，這對無人值守站尤其重要。

D．使用的SPD應(yīng)有安全、有效和可靠的失效保護措施，對熔斷器或斷路器的額定電流、分?jǐn)嗵匦院蛣幼魈匦缘纫缶鶓?yīng)在大量實驗基礎(chǔ)上加以確定，對熔斷器或斷路器的材料質(zhì)量也有嚴(yán)格要求。

E．第一級SPD應(yīng)緊靠機房接地排安裝。

3）直流電源端口的保護

A．通流容量（8/20ms波形）：對于通信電源設(shè)備的直流端口，SPD的最大通流容量應(yīng)不低于15kA。

B．最大持續(xù)工作電壓：一般不低于75V。

C．應(yīng)具備遙信告警功能，提供遙信告警接口，這對無人值守站尤其重要。

D．使用的SPD應(yīng)有安全、有效和可靠的失效保護措施，對熔斷器或斷路器的額定電流、分?jǐn)嗵匦院蛣幼魈匦缘纫缶鶓?yīng)在大量實驗基礎(chǔ)上加以確定，對熔斷器或斷路器的材料質(zhì)量也有嚴(yán)格要求。

4）控制信號端口的保護

A．通流容量（8/20pLS波形）：結(jié)合現(xiàn)場情況，根據(jù)通信局（站）的類型、年雷暴日多少和地理環(huán)境，以及控制信號線的長度、布線方式與保護級別等因素，依據(jù)YD/T5098-2005《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定加以確定，其中標(biāo)稱放電電流一般不低于3kA。

B．最大持續(xù)工作電壓：一般不低于控制信號電平峰值的1.2倍。

C．應(yīng)不影響控制信號的傳輸質(zhì)量，傳輸速率和帶寬滿足設(shè)備接口要求，插入損耗一般低于0.2dB。

3．過電壓保護器件

過電壓保護器又叫電涌保護器（SurgeProtectiveDevices，SPD），是用于各類通信系統(tǒng)對各種雷電電流、操作過電壓等進行保護的器件。它由氣體放電管、放電間隙、MOV（氧化物壓敏電阻）、SAD（半導(dǎo)體放電管）、齊納二極管、濾波器、保險絲等元件組成。

SPD通常分為以下三類：

1）開關(guān)型SPD，如火花間隙、雷擊電流放電器、氣體放電管等。它是安裝在通信局（站）建筑物外（一般用在LPZOB～LPZ1區(qū)）用于電源系統(tǒng)的SPD，可最大限度地消除電網(wǎng)后續(xù)電流，疏導(dǎo)10/350ms的模擬雷電沖擊電流。

2）限壓型SPD，如氧化物壓敏電阻（MOV）、瞬變抑制二極管、半導(dǎo)體放電管（SAD）等。它是安裝在防雷區(qū)建筑物內(nèi)（一般用在LPZ1區(qū)和LPZ2區(qū)至LPZn區(qū)）的SPD，可疏導(dǎo)8/20ms的模擬雷電沖擊電流。

3）混合型SPD，一般由氧化物壓敏電阻（MOV）與濾波器、半導(dǎo)體放電管（SAD）與MOV等電路組成。

在通信電源系統(tǒng)中，常用的SPD是開關(guān)型的火花間隙或雷擊電流放電器以及限壓型的壓敏電阻，二者在性能上有以下優(yōu)缺點：

火花間隙或雷擊電流放電器主要具有沖擊通流容量大和導(dǎo)通后兩端電壓很低的優(yōu)點，但它也存在需要遮斷續(xù)流、無法遙信、無法劣化指示等問題。所以嚴(yán)格來說，火花間隙或雷擊電流放電器只有接在運行質(zhì)量穩(wěn)定的TT供電系統(tǒng)的中線對地線間才是本質(zhì)安全的。

壓敏電阻可實現(xiàn)遙信告警和劣化指示功能，而且其伏安特性是連續(xù)和遞增的，因此不存在續(xù)流遮斷問題，但泄流能力相對較弱。

依照YD/T5098-2005《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，過電壓保護器的選擇應(yīng)滿足以下要求。

（1）SPD選擇的一般要求

能承受一定浪涌能量、可靠抑制瞬間過壓、殘壓小于設(shè)備安全電壓、時間響應(yīng)快、元件具有高可靠性和穩(wěn)定性、反復(fù)沖擊不損壞、具有遙信和監(jiān)控功能等。

（2）電源用SPD

1）工程選用限壓型SPD時，必須考慮通信局（站）供電電源的不穩(wěn)定等因素，對SPD的標(biāo)稱導(dǎo)通電壓、標(biāo)稱放電電流、沖擊通流容量、限制電壓、殘壓等參數(shù)，根據(jù)工程的具體情況進行選擇。

2）通信局（站）采用的電源用模塊式SPD，應(yīng)具有以下功能：

A．SPD模塊損壞告警；

B．遙信；

C．SPD模塊替換；

D．熱容和過流保護。

3）通信局（站）采用的電源用箱式SPD，應(yīng)根據(jù)通信局（站）的具體情況；具有以下功能：

A．SPD劣化指標(biāo)；

B．SPD損壞告警；

C．熱容和過流保護；

D．跳閘告警；

E．遙信；

F．雷電記數(shù)。

第D、F項功能可根據(jù)需要進行選擇。

4）混合型SPD-般有兩種形式：

A．MOV與濾波器組成的混合型SPD，RFI濾波器可對150kHz～20MHz的雷電波進行濾波，該類SPD在標(biāo)稱放電電流為40kA時其殘壓應(yīng)小于1000V。

B．半導(dǎo)體放電管（SAD）與MOV組成的混合型SPD，在一般雷電過電壓的保護時，標(biāo)稱放電電流可達10～20kA，若遇到較大量級的雷電過電壓，第一級由SAD組成的電路保險管應(yīng)自動斷開，由第二級MOV作為雷電過電壓保護，MOV能承受沖擊通流能量宜大于100kA。

5）開關(guān)型SPD應(yīng)具有高能泄放、殘壓在2000～4000V范圍內(nèi)、響應(yīng)時間小于100ns等特點。

（3）信號線用SPD

1）信號線用SPD的啟動電壓應(yīng)滿足通信設(shè)備接口的需要，對雷電響應(yīng)時間應(yīng)在納秒（ns）級。

2）總配線架的保安單元應(yīng)符合YD/T694-2000《總配線架技術(shù)要求和實驗方法》的規(guī)定。

3）信號線用SPD應(yīng)滿足信號傳輸速率及帶寬的需要，其接口應(yīng)與被保護設(shè)備兼容。

4）信號線用SPD的插入損耗應(yīng)滿足通信系統(tǒng)的要求。

5）信號線用SPD的標(biāo)稱放電電流應(yīng)大于或等于3kA。

（4）饋線用同軸型SPD

1）同軸型SPD插入損耗應(yīng)小于等于0.2dB，駐波比小于等于1.2，同軸型SPD最大輸入功率能滿足發(fā)射機最大輸出功率的要求，安裝與接地方便，具有不同的接頭，同軸型SPD與同軸電纜接口應(yīng)具備防水功能。

2）同軸型SPD的標(biāo)稱放電電流應(yīng)大于等于5kA。

（5）計算機、控制終端、監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線用SPD

1）計算機接口、控制終端、監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線SPD應(yīng)滿足各類接口設(shè)備傳輸速率的要求，SPD接口的線位、線排、線序應(yīng)與被保護設(shè)備接口兼容，設(shè)計時在滿足設(shè)備傳輸速率條件下，應(yīng)采用由半導(dǎo)體放電管組成的SPD。

2）計算機接口、控制終端、監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線用SPD的標(biāo)稱放電電流應(yīng)大于等于3kA，若采用SAD器件組成的SPD標(biāo)稱放電電流應(yīng)大于等于300A。