防护电路设计规范华为

由天下分享时间：2024/6/1 20:57:58 加入收藏我要投稿点赞

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我们设计的防护电路要获得满意的防雷效果，应达到以下两个目的：1、防雷器的输出残压

应低于被保护端口的过电压耐受水平，并有一定裕量；2、防雷器自身具有一定的雷击过电流耐受水平，应比实际使用环境中被保护设备端口可能引入的雷击过电流的最高值要高一些，并有足够裕量。也就是说，通信设备各端口自身要有一定的过电压耐受水平，并且防雷器自身不易被雷击损坏，只有满足这两点才能对设备的端口实现有效的保护。

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。

需要注意的是： 1、

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单板工作地和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。关于设备系统接地的设计原则和方法，请参见公司已发布的《接地设计指导书》。

2、

设备端口的防护指标根据其产品族类、应用环境、网络地位、信号类型等因素的不同而不同，从而其所对应的防护电路有所差异。关于设备端口的具体防护指标请参见公司的《产品工程特性需求基线》。

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，因此，下面对各种防雷器的安装方式做一下说明。

5.1 电源防雷器的安装 5.1.1 串联式防雷器

串联式电源防雷器接在馈电线的线间，保护器件并接到馈电线上的走线可以做到很短且距离

是固定的，因此串联式电源防雷器的安装位置可视设备安装的方便、合理性来确定。

-48vRTNPGND输入输出-48vRTNPGND串联式直流电源避雷器图5-1 串联式防雷器的安装

5.1.2 并联式防雷器

并联式电源防雷器在安装中需要注意的一个问题是：防雷器并接到机柜电源接线端子的导线

（或并接到馈电线上的导线）一定要短，否则电源防雷器的保护效果会大大下降。

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图5-2并联式防雷器的安装

图5-2示出一种不好的防雷器安装方式：防雷器到机柜接线端子的并接线较长（例如：1～1.5

米）。由图5-2可以看出：直流馈电线引入差模过电流时，由于并接电源防雷器的作用，机柜电源端子处呈现的差模残压为：Uad=Uab+Ubc+Ucd。其中Ubc是电源防雷器的差模残压，Uab、Ucd分别是过电流流过电源防雷器的两段并接导线时导线两端的瞬间压降。电源防雷器的差模残压（Uad）在5kA的8/20us冲击电流下约200V左右；若导线Lab、Lcd分别长1米，则在5kA的8/20us冲击电流下，若导线Lab、Lcd两端的瞬间的压降Uab、Ucd分别可以达到905V（如图5-3中左图所示）。这时设备电源接线端子处的残压值为：Uad=Uab+Ubc+Ucd=905+200+905=2010V，可见并接导线达到1米长时，影响设备端口差模残压指标的主要是导线的压降而不是防雷器的残压。所以，电源防雷器到机柜电源接线端子的并接导线太长，无法使电源防雷器有效的保护设备。

图5-3 5kA(左)、3kA(右)的8/20us冲击电流下1米长导线两端压降

(试验实测值，探头衰减500倍)

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冲击电流作用下线缆两端的压降可以通过理论计算大致估算出来：一根导线可等效为一个电

感，在一个变化的电流流过导线时，导线两端的压降为：?U＝L?di/dt，其中L为导线上的电感量，一般1米长导线的电感量在1uH～1.6uH之间（计算可取1uH）；di/dt是导线上电流的变化率。通过这个公式可以看出，?U与L成正比，L 又与线长成正比。因此，减小电源防雷器并接导线的长度就是减小Uab和Ucd，也就是减小Uad。所以，电源防雷器并接到机柜电源接线端子的导线（或并接到馈电线上的导线）一定要短，特别是对于防护等级在20kA或者40kA这样大量级的情况，防雷模块的安装需要尤为注意。这一设计原则应用到单板内的防护电路设计也是一样的道理：做线间保护的防雷电路的引线一定要短。

5.2 信号防雷器的接地

图5-4示出一种不正确的信号防雷器安装方式：防雷器安装在设备以外的其它设备内（例如：

DDF架内），并且通过其它装置的接地线接地，由于机房内独立设备的保护接地线通常都不会太短（3～20米），使信号防雷器的共模防护作用大大减低。

其它设备被保护通信设备信号避雷器内部信号走线接地汇流条信号接口板12机房保护接地排图5-4 不正确的信号防雷器安装方式

根据被保护设备内部接口电路的不同，信号防雷器实现共模保护的原理略有区别： 1、内部接口具有对地的防护电路，或外部线缆中有信号回线与内部单板地连接。

这种情况下，外加信号防雷器应达到如下效果：由信号线引入的共模过电流，绝大部分通过信号防雷器的接地线泄放到大地，只有非常小的一部分过电流流入设备内部，这一小部分过电流是设备内部的单板防护电路本身能耐受得住而不发生损坏的。

在信号防雷器和单板级防护电路都存在的情况下，线缆上的感应过电流可以同时通过图5-4中1、2两条泄放途径泄放到大地。但是图中泄放途径1因为保护接地线太长而具有较大的线间感抗，使路径1不能成为比路径2阻抗小得多的雷电流低阻泄放路径，因此信号防雷器的共模保护效果大大减低。解决方法是：将信号防雷器靠近被保护设备安装或安装在被保护设备内部，信号防雷器通过很短的接地线接到设备的保护地上去，如图5-5所示。

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2、内部信号接口没有防护电路，且外部信号电缆对内部单板地隔离

外部信号电缆对内部单板地隔离的情况下，只要接口部分出现的过电压没有超过接口电路自身的绝缘耐压值时，接口电路一般不会发生共模损坏。因此信号防雷器的共模保护作用体现在：外部线缆引入感应雷击过电流时，信号防雷器本身的共模残压加上信号防雷器接地线两端的压降，必须小于接口电路自身的绝缘耐压。我们知道5kA的8/20us冲击电流作用下1米长导线两端的压降可达到900V左右，而导线两端的压降为：?U＝L?di/dt，因此减小信号防雷器输出共模残压的最有效办法是减小信号防雷器接地线的长度（信号防雷器自身的共模残压可以做到很小）。正确的信号防雷器安装方式也是：将信号防雷器靠近被保护设备安装或安装在被保护设备内部，信号防雷器通过很短的接地线接到设备的保护地上去。这个原则也适用于单板内部防护电路的设计：单板内部防护电路的泄流地应尽可能短的在单板框母板上与单板工作地汇接在一起。

5.3 天馈防雷器的接地

天馈防雷器的安装和接地设计中，一个很重要的问题是应符合国家的行业标准中对天馈防雷

器安装及接地的要求。YD 5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》第3.3.3条明确规定：“同轴电缆馈线进入机房后与通信设备连接处应安装馈线防雷器，以防来自天馈线的感应雷。馈线防雷器接地端子应就近引接到室外馈线入口处接地线上。”因此，应该明确的是：当设备位于室内并在馈线上配置天馈防雷器时，应该安装接地线，且接地线应接室外接地排（当天馈防雷器位于机柜顶部或者内部时可以不遵照本要求）。

5.4 防雷器正确安装的例子

天馈防雷器电源防雷器1信号防雷器2RTN -48V去电源天馈接地排防雷器-48VRTNPGND1信号线信号防雷板2信号线电源防雷箱通信设备室外接地排机房保护地排图5-5 防雷器正确安装的例子

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图5-5示出防雷器正确安装的例子。其中，直流电源防雷器是并联式防雷器，通过很短的（10cm

左右）并接线接到设备的电源接线端子上(安装位置1)，或采用凯文接线的方式接到馈电线上（安装位置2）；信号防雷器应安装在设备机柜上，宜通过金属固定件实现与机壳保护地的直接连接，如果采用接地线则应尽量短，至少应短于5cm；多个天馈防雷器的接地引线先在一个天馈防雷器接地排上汇接，再由天馈防雷器引一根接地线接到室外接地排上。

6 电源口防雷电路设计

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、

在遇到雷电暂态过电压作用时，保护装置应具有足够快的动作响应速度，即能尽早的动作限压和旁路泄流。

3、

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。

4、

防护电路在系统的最高工作电压时不应动作。通常在交流回路中，防护电路的动作电压是交流工作电压有效值的2.2～2.5倍，在直流回路中，防护电路的动作电压是直流额定工作电压的1.8～2倍。

5、

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。

6、