对电话终端有关雷击防护问题的探讨77

　　近年来，有关通信网的雷击防护问题越来越多，大多数涉及到通信网的技术问题以及防护手段，
而制定的管理办法却很少。其实，通信网的雷击防护尤其是电话终端的雷击防护尤为重要，是通信网
最基本的一个保护环节，它不仅关系到电信运营部门的网络安全，而且关系到维护用户合法通信权益
和用户人身安全，也直接影响到电话终端生产厂家生产出终端产品是否符合国家标准和规定，为此，
本文针对模拟电话终端的有关雷击防护问题与大家共同进行探讨，仅供参考。
　一、通信网的迅速发展，电话终端的雷击防护越来越重要。
　“九五”期间，我国通信业进入大发展时期，电话发展取得举世瞩目的成就。据今年第一季度统
计资料表明，全国城乡电话交换机总容量已达1．2亿门，电话用户数7650万户，其中市话电话用户数
为6450万户。我省今年上半年城乡电话交换机总容量473．7万门，用户数已发展到328．8万户，如此
庞大的通信网和用户群，其拥有的电话终端的雷击防护问题将给电信维护和管理部门带来许多困难和
隐患。一方面，由于电话通信在传输和使用过程中，可能会受到来自自然界的各种不良影响或破坏。
如：受地域环境、设施方式的影响。在电话的传输和使用过程中，可能会遭遇雷击的威胁，使设施受
到损坏或导致使用者人身伤亡。另一方面，由于有线通信网络的特殊结构方式，使得突发性的雷击现
象有更多的机会导入通信网络引起设备的损坏或人身伤亡。因此在有线通信网上，尽可能降低雷电引
起的损失，已受到许多国家的重视。国际电信联盟(ITU)也制定了相应的标准(K21建议)，凡是进入美
洲、欧洲等地区的电信终端必须设计有雷击防护措施并通过相关标准，才能进网使用。我国地域辽
阔，地貌复杂，许多地区的通信设施在雷雨季节常受到雷击的破坏，造成了很大危害。近年来，由于
受雷击造成人身伤亡导致用户与电信部门对簿公堂的案例也不在少数，已引起电信部门的重视。
　另外，由于通信网的规模、容量的迅速扩大，为通信产品制造业的发展开拓了巨大的市场。据统
计，目前我国电话终端生产厂商500多家，生产5000多个品种和款式，年产量超过1亿部，其中35%在
国内销售使用。而在通信网上使用的电话终端其防雷保护性能好坏直接关系到全网的通信质量和安
全，因而早在1989年，原邮电部对电信终端设备实行进网许可证管理，并进行严格的进网检测，在检
测依据VD/T728标准中明确了电话机防雷技术要求。从近年来制订和修订的有关电信终端进网的标准
来看，对雷击防护的要求条款越来越多，这也符合国际上的普遍做法。可见，电话终端的雷击防护越
来越显得重要。
　二、雷击防护的基本方法和技术措施
　1、电话终端感应雷电和雷击的特点：
　(1)、电话终端感应雷电的特点：电话终端感应雷电的条件大致可分为两种，一种是暴露环境条
件。多见于从交换设备引出的用户线，通过架空的明线电缆(至少有一部分用户线是架空明线)接到用
户处电话机上。这种情况下，若周围没有高层建筑或避雷装置。很容易感应雷电，但能量较大。另一
种是非暴露环境条件，即从交换设备引出的用户线基本通过地下管路接到用户处的电话机上。在这种
情况下还是有可能感应雷电。但由于大地的阻抗，能量会变小。对因某种情况感应到的雷电能量较低
时，可视为非暴露环境条件。
　(2)、雷击的基本特点：在电话线上感应到的雷击基本上是一个上升沿斜直，持续时间较短的浪涌
脉冲(见图1)
　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　(图1)

　　2、雷击的两级防护一般讲，在交换机的用户线出口处装有初级雷击防护装置 ，该类装置可以
将感应到的高约几十千伏，长约几十毫秒的浪涌冲击降到一至四千伏以内，时间在一毫秒以内，在此
情况下，如果再采取次级保护。可使浪涌冲击到几十伏的安全范围(见图2)。

　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　(见图2)

　　3、雷击防护的一般措施
　(1)、对高能量的初级防护一般采用碳隙放电管(见图3)放电方式。碳隙放电管是由两个碳极组成
的，优点是成本低，缺点是：寿命短，跳火门限是变化的。

　　　　　　　　　　　　　　　(图3)

　　　　　　　　　　　　　　(图4)

　　另一种是采用气体放电管(见图4)它是由在一个密封管子内的两个金属电极组成的，一般密封管内
是低压气体。其主要缺点是响应时间较慢，实际上气体放电管两端的残余电压取决于浪涌冲击的梯度
/dv dt。一般讲，初级保护安装在交换设备的出入线处。
　(2)、电话终端仅考虑次级防护问题。
　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　图5(1)　用于一级保护

　　次级防护多采用串并联结合的方式，来达到满意的防护目的(见图5(1)、(2))

　　　　　　　　　　图5(2)　用于二级保护

　　Ｚ为具有一定功率的热敏电阻或其它限流电阻。热敏电阻的保护效果较好，但缺点是体积大，恢
复期过长。
　PP为并联保护器件，现多采用硅材料制成，有两种不同的保护方式：
　钳位型：即保护器件两端的电压，维持在一个较稳定的值，这种器件体积大、成本高、一般多用
于如计算机类的保护，因为受保护的电路不允许两端电压突然下降。如图5(2)短路型：即保护器件
起保护作用时，保护器件两端电压极低，近乎短路。该种器件体积较小，成本低，适用于电话终端的
保护。如图5(1)。
　三、在电话电路中的雷击防护措施
　1、逐级保护原则
　在电话机两线入口处采取防雷措施固然很重要，但实践证明，电话电路的防护应逐级考虑，图6是
逐级保护的示意图。对于某一过压或过流冲击脉冲，经过某一级保护以后，都会有残余电压流至后继
电路不能承受残余电压的冲击，同样会损坏核心电路。因此电路设计应整体考虑。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　(图6)

　　2、串并联结合：
　前面已经提到，保护电路最好采用串并联电路结构(见图5)。且并联保护器应采用短路型。若只采
用短路型并联器件(PP)，那么事必使通过PP的峰值电流过大，使其难于承受，因此最好在其前面加限
流电阻Z。
　3、保护器件的选择
　根据暴露环境条件和非暴露环境条件，我们可将次级保护再分为一级保护和二级保护。
　A、一级(4000V)保护器件，必须选择特殊专用器件，如SGS桾HOMSON公司生产的SA100?30和
TPB200S。其中门坎电压VBR的选择应注意，若太小，振铃电压就可能启动；若太大，就会危及后继
电路。
　B、二级(1000V)保护器件
　现在普通电话机中多选用压敏电阻作为保护器件。根据试验结果表明，大多数厂家的电话机，不
能通过1000V的雷击试验，多数在手柄取机状态或免提状态电路损坏，但是也有部分同样选用压敏电
阻的厂家的电话机通过了1000V的雷击试验，这表明：只要慎重选用保护器件，并对电话机电路进行
整体合理设计，用压敏电阻作为防护器件也可以通过1000V的雷击试验。
　C、保护器件的选择要点：
　在选择保护器件时，应注意以下三方面问题：
　第一，器件的击穿电压(或称门坎启动电压VBR)应在200V左右。此电压值过低，可能会在振铃信
号送来时产生误动作，出现铃响一声后，不再振铃，其实此时，主被叫已经接通。如果设计使用的压
敏电阻击穿电压过低(110V)。在电话网上振铃电压的峰值可能会达到130多伏。这样，振铃电压会启动
压敏电阻，呈现为低阻导通状态，使交换设备误判为被叫摘机，导致错误。
　第二，器件的动作时间不能太慢，前面已经提到，冲击电压的波前时间是10us，从波型上粗略估
计，对于VBR为230V的器件，在电压200V升到260V的时间也只有1-2us，器件必须在其间做出迅速反
应以尽可能降低残余电压的峰值(可视为VB0)。
　第三，器件可通过的峰值电流IPP应满足设计要求。
　我们所希望的保护器件－应该对手继电路安全可靠；二具有良好的可恢复性，如果选用的器件不
能承受实际过大的峰值电流，就会导致该器件的损坏，使被保护的设备不得不进入维修期。
　　四、电话终端有关防雷技术要点和安全要求
　1、YD/T728《电话机防雷技术要求及测试方法》技术要点
　　(1)、YD/T728标准基本上参照了ITU桾的建议K．21“用户终端过电压和过电流的能力”中关于雷
电浪涌试验部分。虽然该标准已经规定由雷电引起的电磁兼容问题不在该标准中考虑。但国际上一般
是将雷击试验列入电磁兼容范畴。
　(2)、标准中使用了10/700us的冲击电压波形(见图1)，该波形代表了通信电缆感应雷电的典型情
况，也是国际上对电信终端进行雷击试验较普遍采用的试验波形。视在波前时间T1，可以近似看成
是一个单极性冲击脉冲的上升时间，反映了冲击波的速度，这里是10us。在进行电路防护措施设计
时，充分注意到T1的长度，是达到设计目的重要因素。也就是说，若保护器件的动作时间长T1，那么
冲击波到来时，保护器件不能达到满意的保护效果。视在半峰值时间T2可以近似看成是一个单极性
冲击脉冲从起始到回落至脉冲的50%时的时间，它是冲击波总能量的一个重要标志，这里是700us，在
考虑保护器件的耐久性时，应注意到T2的长度。
　(3)、非暴露环境条件下的横向试验电压为±1000V，试验在电话机的a、b引出线间施加进行；纵向
试验电压为±1500V，试验在电话机a、b引线与保护地之间施加进行。
　暴露环境条件下的横向试验和纵向试验电压相同都为±4000V，横向试验是在a、b线之间进行，但
b线与保护地线相连；纵向试验是在ab线与保护地线之间进行。
　对于没有保护地的普遍两线电话机，只进行±1000V横向试验。根据相关标准规定对于室外用公用
电话机，即IC卡电话机，磁卡电话机、投币电话机等须通过4000V的雷击试验。
　2、有关其它安全要求：
　对于电信终端设备的安全要求，权威的标准是IEC950《信息设备的安全》，对应的国家标准是
GB4943。除了在电话机相关标准中提到的如：高压击穿、绝缘性、雷击以外；对其他涉及到安全的问
题都在该标准中作了详细规定，如：安全标志、电源隔离，爬电距离、温升、燃烧、稳定性等等。对
于普通电话机所涉及的问题较少，但对于带有交流外接电源的设备如：无绳电话机，录音电话机等所
涉及的安全问题就多一些。因而建议生产企业在设计和组织生产时考虑使用GB4943/IEC950标准指导
有关涉及安全方面的问题。另外，据悉从今年起，我国有关部门将强制实施电磁兼容国际标准，以
提高国产电气产品在国际市场的竞争力。1997年欧洲市场正式实施电磁兼容指令和低电压指令，并以
这两项指令为基础全面推行电气产品“CE”(合格认证)标记准入市场制度。这种市场电磁兼容质量方
式和保护消费者利益的做法正成为一种国际通用办法。我国目前已颁发电磁兼容国家标准47个，还有
23个标准正在修订中。我国将依据国际电磁兼容标准化要求，进一步加强对电气产品电磁兼容标准实
施监督与认证工作的力度。这应引起电信管理部门和国内电话终端生产厂商的重视。