基站開關(guān)電源的管理及維護(hù)

基站開關(guān)電源的管理及維護(hù)

導(dǎo)讀

本文重點(diǎn)介紹了開關(guān)電源的“類型及使用場(chǎng)景、配置原則及算法、日常管理及維護(hù)”三部分內(nèi)容。

第一部分 類型及使用場(chǎng)景

1.組合式開關(guān)電源

2.嵌入式開關(guān)電源

3.壁掛式開關(guān)電源

第二部分 配置原則及算法

1.新建時(shí)配置原則

2.共享改造時(shí)配置原則

3.容量算法

第三部分 日常管理及維護(hù)

1.基本組成

2.各部分主要功能說(shuō)明

3.日常維護(hù)

附件1：直流開關(guān)電源系統(tǒng)防雷原理與維護(hù)

附件2：開關(guān)電源選配表…

交流電經(jīng)過(guò)整流，可以得到直流電。但是，由于交流電壓及負(fù)載電流的變化，整流后得到的直流電壓通常會(huì)造成20%到40%的電壓變化。為了得到穩(wěn)定的直流電壓，必須采用穩(wěn)壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。按照實(shí)現(xiàn)方法的不同，穩(wěn)壓電源可分為三種：線性穩(wěn)壓電源、相控穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。

開關(guān)穩(wěn)壓電源與線性穩(wěn)壓電源和相控穩(wěn)壓電源相比，具有功率轉(zhuǎn)換效率高（65%~90%）、發(fā)熱少、體積小、重量輕，對(duì)電網(wǎng)電壓大范圍變化的適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)輸出電壓、負(fù)載的穩(wěn)定度高等特點(diǎn)。目前基站機(jī)房的電源部分，幾乎全部采用開關(guān)穩(wěn)壓電源。

第一部分 類型及使用場(chǎng)景

目前主要使用三種開關(guān)電源類型。

1.組合式開關(guān)電源

（1）配置：機(jī)架48V/300A、48V/600A；整流模塊50A（建議N高 1普配置）。

（2）使用場(chǎng)景：用于室內(nèi)具備機(jī)房條件的電源場(chǎng)景；

2.嵌入式開關(guān)電源

（1）配置：機(jī)架48V/200A、48V/400A；整流模塊50A（建議N高 1普配置）。

（2）使用場(chǎng)景：用于室外一體柜內(nèi)的電源場(chǎng)景；

3.壁掛式開關(guān)電源

（1）配置：機(jī)架48V/200A；

（2）使用場(chǎng)景：用于室分、或無(wú)地面空間放置機(jī)柜的電源場(chǎng)景。

第二部分 配置原則及算法

主要包含了“新建、共享改造的配置以及容量算法”三部分內(nèi)容。

1.新建時(shí)配置原則

（1）機(jī)柜滿配容量按遠(yuǎn)期用電需求考慮，預(yù)警門限值為≤80%。即（負(fù)載電流 充電電流）/ 額定電流≤80%。

（2）電源系統(tǒng)位置應(yīng)盡可能靠近負(fù)荷中心，合理選擇線路路由，降低線路損耗

（3）整流模塊數(shù)量按本期負(fù)荷考慮，本期負(fù)荷應(yīng)按負(fù)荷實(shí)際電流來(lái)確定（不考慮電池充電電流）。數(shù)量宜按N 1配置，N≤8時(shí)，備用1只；N≥9時(shí)，備用2只。

a.精準(zhǔn)配置模塊:只考慮負(fù)載電流的N 1冗余配置（不考慮充電電流），優(yōu)先滿足負(fù)載供電，拉長(zhǎng)電池充電時(shí)長(zhǎng);

b.適配高效模塊:實(shí)際工作中應(yīng)按照N塊配置高效模塊， 1塊配置普通模塊。日常工作中高效模塊工作， 1備份模塊休眠，當(dāng)負(fù)載電流增大到N塊整理模塊容量之上或高效模塊故障時(shí)，啟動(dòng)普通模塊應(yīng)急;

c.采用休眠技術(shù):開關(guān)電源柜具備模塊休眠功能。部分模塊休眠提升其余模塊負(fù)載率。平時(shí)供電時(shí)，采用高效模塊工作，標(biāo)準(zhǔn)模塊休眠；在電池均充時(shí)啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)模塊工作，電池浮充時(shí)標(biāo)準(zhǔn)模塊休眠.

（4）系統(tǒng)選型時(shí)應(yīng)考慮技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的高效節(jié)能產(chǎn)品，或混合使用。

（5）3個(gè)月內(nèi)為本期規(guī)劃，1年內(nèi)為近期規(guī)劃，2年內(nèi)為遠(yuǎn)期規(guī)劃。

2.共享改造時(shí)配置原則

（1）新增設(shè)備后，整流模塊的配置，只考慮設(shè)備負(fù)載電流的滿足，且 1冗余，不考慮電池的充電電流。

（2）新增設(shè)備后，直流輸出端子數(shù)量不夠時(shí)，是通過(guò)創(chuàng)新改造或增加直流配電箱來(lái)滿足需求。

（3）開關(guān)電源端子改造：分為一次下電端子和二次下電端子，采取創(chuàng)新改造或新增直流配電箱、新增DCDU等改造方式來(lái)滿足需求：

一次/二次下電端子都滿足：直接利舊。

一次下電端子不滿足：新增DCDU。

一次/二次下電端子都不滿足：新增直流配電箱。

3.容量算法

根據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域?qū)嶋H供電質(zhì)量，以及站點(diǎn)供電保障能力綜合考慮。

（1）機(jī)架容量算法：

A．負(fù)載總電流=設(shè)備總電流 電池均充總電流。（設(shè)備總電流=額定功率的60%/53V；電池均充電流=0.1C（C為電池總?cè)萘浚?/p>

B．結(jié)合配置原則綜合考慮得出容量大小

（2）整流模塊算法

A．模塊數(shù)N=負(fù)載總電流/50（向上取整）

B．結(jié)合實(shí)際功率與額定電流差值來(lái)綜合考慮。

第三部分 日常管理及維護(hù)

主要包含了“開端電源組成、各部分功能說(shuō)明及日常維護(hù)”三部分內(nèi)容。

1.基本組成（如圖所示）

開關(guān)電源系統(tǒng)一般由“交流配電、整流模塊、監(jiān)控模塊和直流配電”四部分組成，其整體結(jié)構(gòu)如下圖所示

備注：機(jī)柜各部分電流走向流程：

市電—電源總空開—交流端及SPD--整流器分路空開—整流器—直流母排—直流SPD—負(fù)載熔絲—負(fù)載。

2.各部分主要功能說(shuō)明

（1）交流配電單元

A．基本組成（如圖所示）

B．主要功能

交流配電——輸入市電或油機(jī)電，將交流電分配給各路交流負(fù)載。當(dāng)市電中斷或市電異常時(shí)（過(guò)壓、欠壓、缺相等），配電屏能自動(dòng)發(fā)出告警信號(hào)，有的電源系統(tǒng)還能自動(dòng)切換到第二路市電或自動(dòng)切斷交流電源，保護(hù)系統(tǒng)。

C．主要組成器件

（A）交流輸入空開：交流接入一般通過(guò)空氣開關(guān)，交流接入開關(guān)的容量即為交流配電屏的容量。

（B）整流器交流輸入開關(guān)：交流配電單元分別為系統(tǒng)的每一個(gè)整流器提供一路交流輸入，開關(guān)容量根據(jù)整流器容量確定。

（C）交流切換機(jī)構(gòu)：有自動(dòng)切換機(jī)構(gòu)和手動(dòng)切換機(jī)構(gòu)。自動(dòng)切換機(jī)構(gòu)由機(jī)械電子雙重互鎖的接觸器或ATS組成。

（D）交流采樣電路：由變壓器和整流器件組成的電路板，將交流電壓、電流和頻率等轉(zhuǎn)換成監(jiān)控電路可以處理的電信號(hào)。

（E）交流切換控制電路：完成兩路交流自動(dòng)切換、過(guò)欠壓保護(hù)、告警等功能。

（F）交流監(jiān)控電路：集散式監(jiān)控中專門處理交流配電各種信息的微處理器電路，可以完成信號(hào)檢測(cè)、處理、告警、顯示以及與監(jiān)控模塊通信等功能。

（G）C級(jí)與D級(jí)防雷器。

D．重要器件詳細(xì)說(shuō)明

（A）交流輸入空開

（B）C級(jí)防雷器

直流開關(guān)電源中常用的防雷器件是“壓敏電阻和氣體放電管”。

a.壓敏電阻：電壓高于385V時(shí)，電阻下降，電壓越高，電阻越?。?/p>

b.氣體放電管：電壓高于255V時(shí)，氣體擊穿導(dǎo)通。

c.防雷空開：壓敏電阻熱擊穿時(shí)，火線對(duì)零線短路，防雷空開跳開，防止線路著火。正常時(shí)必須合上。

如何判斷防雷器的好壞：

1.壓敏電阻：窗口綠色-好；窗口紅色-壞；

2.氣體放電管：難以直接判斷！隨壓敏電阻一起更換；

3.直流防雷：指示燈全亮-好；指示燈不全亮-壞。

備注說(shuō)明：附后有詳細(xì)的“直流開關(guān)電源系統(tǒng)防雷原理與維護(hù)”說(shuō)明。

（C）整流器空開

作用：整流器空開用于控制單個(gè)整流器輸入交流的連通與斷開；

注意：一個(gè)整流器空開對(duì)應(yīng)一個(gè)整流器， 整流器在安裝時(shí)盡量保持三相電壓平衡負(fù)擔(dān)，槽位與相線關(guān)系為：123456對(duì)應(yīng)ABCABC。

（2）整流模塊

A．基本組成（如圖所示）

作用：將交流電（85V-295V）轉(zhuǎn)換為直流電（42V-59V）。

特點(diǎn)：支持熱插拔；風(fēng)扇自動(dòng)控制。

類型：高效（97%以上）、普效（92%以上）

容量：30A、50A。

現(xiàn)象：綠燈1（交流輸入）常亮-正常、綠燈2（直流輸出）閃爍-限流； 黃燈常亮-告警、黃燈閃爍-通信中斷；紅燈常亮-故障；綠燈1常亮綠燈2關(guān)閉-休眠。

B．主要功能

整流模塊——從交流配電取得交流電能，將交流電整流成直流電，輸出到直流母排。交流異?；蛑绷鬏敵霎惓r(shí)發(fā)出告警或自動(dòng)保護(hù)。整流模塊發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，自動(dòng)關(guān)機(jī)，退出工作。

C．更換步奏（熱插拔）

1.檢查新整流模塊，看是否有明顯的運(yùn)輸損壞。

2.松開整流模塊的把手固定螺釘。將模塊抽出機(jī)架。小心燙傷。

3.抓住新整流模塊把手，緩慢將模塊推進(jìn)到機(jī)柜，確保輸入、輸出插座連接良好。

4.模塊運(yùn)行指示燈經(jīng)過(guò)短時(shí)延遲后會(huì)發(fā)光，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.檢查新的整流模塊工作是否正常。包括：監(jiān)控模塊是否能識(shí)別新整流模塊；是否和其他整流模塊均流；當(dāng)重新拔出該整流模塊時(shí)，觀察監(jiān)控模塊上是否有相應(yīng)告警。

6.固定好新模塊。

（3）直流配電單元

將直流母排上的直流電能分配給不同容量的負(fù)載，并給電池充電。當(dāng)直流供電異常時(shí)要產(chǎn)生告警或保護(hù)。如熔斷器斷告警、電池欠壓告警、電池過(guò)放電保護(hù)等。

A.基本組成（如圖所示）

B．主要功能

（A）負(fù)載下電和電池保護(hù)

（B）電池欠壓告警值：45V（可調(diào)）

（C）次要負(fù)載下電（一次下電）值：44V

（D）電池低電壓保護(hù)（二次下電）值：43.2V

C．技術(shù)要求

直流配電屏位于整流器與通信負(fù)載之間，主要用于整流器、蓄電池組的接入和直流負(fù)荷的分配。其主要技術(shù)要求如下：

(A)同一種電壓同型號(hào)的直流配電屏應(yīng)能并聯(lián)使用。

(B)可接入兩組蓄電池。

(C)負(fù)荷分路及容量可根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要確定。

(D)在低阻配電系統(tǒng)中，直流屏帶額定負(fù)荷時(shí)，屏內(nèi)放電回路電壓降≤500mV。

(E)具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù)和低電壓告警功能。

(F)對(duì)于蓄電池充放電回路以及主要輸出分路應(yīng)能夠進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

D．重要器件詳細(xì)說(shuō)明

（1）負(fù)載熔絲和空開

作用：提供負(fù)載設(shè)備的接入及保護(hù)。

原理：當(dāng)負(fù)載設(shè)備電流大于熔絲（空開）額定電流時(shí)，熔絲熔斷，空開脫扣，保護(hù)負(fù)載設(shè)備。

注意：1.熔絲熔斷時(shí)，須及時(shí)更換；2.選配時(shí)熔絲（空開）容量為負(fù)載電流的1.5-2倍。

（2）分流器

作用：精密電阻用來(lái)測(cè)量負(fù)載、電池電流（“負(fù)載、電池組1、電池組2”各裝1個(gè)分流器，用來(lái)檢測(cè)實(shí)際電流大?。?。

原理：將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)電壓信號(hào)。分流器通過(guò)檢測(cè)輸出0~75mv電壓信號(hào)送至監(jiān)控單元，監(jiān)控單元根據(jù)設(shè)置的分流器規(guī)格，按比例關(guān)系計(jì)算實(shí)際電流。

同時(shí)分流器的方向性功能，可以顯示蓄電池充電時(shí)電流（正）、放電的時(shí)電流（負(fù)）。

規(guī)格：300A/75mv；

（3）直流接觸器

作用：電池保護(hù)、負(fù)載下電（包括一次下電、電池下電）。

原理：接觸器采用常閉接法，當(dāng)接收到下電信號(hào)（45V、43V）時(shí)，線圈加電，接觸器斷開；市電來(lái)電后，接觸器自動(dòng)吸合。

斷開現(xiàn)象：母排電壓正常（53.5V），一次下電排或電池下電排電壓為0時(shí)。

注意：實(shí)際工作中，由于其他器件故障時(shí)，可能會(huì)造成直流接觸器斷開。此時(shí)需要斷開故障器件，并強(qiáng)制上電恢復(fù)供電。

以ZJ開頭，常閉型，正常情況下長(zhǎng)通。上下兩端無(wú)電位差。

使用說(shuō)明：線圈額定電壓48V；常閉型（無(wú)電閉合，加電斷開）

（4）監(jiān)控單元

監(jiān)控模塊是高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中的智能裝置，對(duì)開關(guān)電源系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)一的管理。該模塊通過(guò)內(nèi)部通信接口，根據(jù)預(yù)定的工作程序，對(duì)開關(guān)整流模塊、交、直流配電屏及電池的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制和管理。一套開關(guān)電源系統(tǒng)有一個(gè)監(jiān)控模塊，可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)高頻開關(guān)整流模塊和配電裝置。另外，通過(guò)RS232／485外部接口納入上一級(jí)監(jiān)控管理系統(tǒng)，發(fā)送并接收相應(yīng)的信息，執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)的命令；同時(shí)，還具有完成對(duì)各種參數(shù)及運(yùn)行信息的存儲(chǔ)，由維護(hù)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，將系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示等功能。

A.基本組成（如圖所示）

作用：完成系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、蓄電池管理、各種參數(shù)設(shè)置、查看實(shí)時(shí)告警和歷史告警、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ堋?/p>

現(xiàn)象：綠燈1（直流供電）常亮-正常、綠燈2（運(yùn)行狀態(tài)）閃爍-正常；紅燈閃爍-告警。

注意：一旦監(jiān)控單元損壞，應(yīng)及時(shí)更換監(jiān)控單元。

監(jiān)控單元損壞對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行舉例：

1.當(dāng)蓄電池放電時(shí)，監(jiān)控單元不能下電保護(hù)（直流接觸器失效），蓄電池可能會(huì)深度放電；

2.整流器只能輸出53.5V直流電為電池組充電（默認(rèn)為浮充）；

3.電池充電電流不受限制（對(duì)蓄電池充電管理功能失效）；

4.動(dòng)環(huán)系統(tǒng)監(jiān)控中斷（失效）。

B．主要功能：

1.顯示功能：監(jiān)控模塊可在其液晶顯示屏上分屏顯示系統(tǒng)各種運(yùn)行信息，如交流輸入電壓、直流輸出電壓/電流，電池的均/浮充狀態(tài)等。

2.參數(shù)設(shè)置：可通過(guò)鍵盤和顯示屏輸入、修改電源系統(tǒng)的工作參數(shù)。這些參數(shù)將在以后電源系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，所以設(shè)置參數(shù)時(shí)，必須確保輸入的參數(shù)值與實(shí)際情況一致，否則監(jiān)控模塊不能正確地監(jiān)控電源系統(tǒng)。

3.控制功能：監(jiān)控模塊根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)被監(jiān)控對(duì)象發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令，主要包括：

（1）改變整流模塊的限流點(diǎn)；

（2）控制整流模塊的開/關(guān)機(jī)狀態(tài)和均/浮充狀態(tài)；

（3）電池欠壓保護(hù)等。

4.告警功能：監(jiān)控模塊可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)交直流配電開關(guān)量、模擬量、電池運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并綜合相關(guān)信息處理進(jìn)一步的告警。

5.歷史記錄：監(jiān)控模塊將電源系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的一些重要狀態(tài)和數(shù)據(jù)，根據(jù)時(shí)間或其它條件存儲(chǔ)起來(lái)，以備查詢。監(jiān)控模塊可提供五條的歷史告警信息，每一條信息都包括告警類型、起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，并保證掉電后不會(huì)消失。用戶隨時(shí)可以在液晶顯示屏上瀏覽。

6.電池管理功能：監(jiān)控模塊可根據(jù)用戶設(shè)定的數(shù)據(jù)（如充電限流值、均/浮充轉(zhuǎn)換電流值、二次下電電壓值和電池保護(hù)電壓值等）調(diào)整電池的充電方式、充電電流，并實(shí)施各種保護(hù)措施（如充電限流、浮充溫度補(bǔ)償、二次下電和電池保護(hù)等）。

3.日常維護(hù)部分

（1）電氣連接檢測(cè)

A．檢測(cè)交流輸入回路的短路故障

操作步驟：

1. 將本設(shè)備外接的電源開關(guān)（在交流配電箱內(nèi)）置于OFF。

2. 將本設(shè)備內(nèi)的交流輸入空開置于OFF。

3. 將萬(wàn)用表調(diào)到蜂鳴器檔。

4. 在本設(shè)備的交流輸入空開處檢測(cè)交流輸入回路是否存在短路故障。

檢測(cè)觸點(diǎn)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如下

示例：檢測(cè)交流輸入端子L1和L2之間的短路故障

B．檢測(cè)直流輸出回路的短路故障

操作步驟1. 將萬(wàn)用表調(diào)到蜂鳴器檔；

2.檢測(cè)直流輸出回路是否存在短路故障。

檢測(cè)觸點(diǎn)不檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參見下表：

示例：

C．檢測(cè)交流輸入電壓

操作步驟如下：

1. 確認(rèn)本設(shè)備內(nèi)的交流輸入空開仍然置于OFF。

2. 將外接的電源開關(guān)（在交流配電箱內(nèi)）置于ON。

3. 將萬(wàn)用表調(diào)到交流電壓檔。

4. 在本設(shè)備內(nèi)的交流輸入空開位置處檢測(cè)交流輸入電壓。

5. 完成檢測(cè)后，將本設(shè)備外接的電源開關(guān)置于OFF。

檢測(cè)觸點(diǎn)不檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參見下表：

示例：檢測(cè)交流輸入L1與L2之間的電壓

D．檢測(cè)電池組的端電壓

操作步驟：

1. 將萬(wàn)用表調(diào)到直流電壓檔。

2. 在電池熔絲座位置處檢測(cè)每一路電池組的端電壓，并將檢測(cè)值記錄在以下表格中。

檢測(cè)觸點(diǎn)與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

示例：檢測(cè)電池組1的端電壓

（2）開關(guān)電源設(shè)置建議

1.電源設(shè)置必須與基站現(xiàn)場(chǎng)情況一致，不得使用出廠默認(rèn)值；

2.電源設(shè)置重點(diǎn)在電池管理、電源模塊數(shù)量正確（部分廠家自適應(yīng)系 統(tǒng)不用設(shè)置模塊數(shù)量）；

3.開關(guān)電源一二次下電設(shè)置值：應(yīng)根據(jù)基站類型，路途遙遠(yuǎn)，電池容量及負(fù)載情況設(shè)置，對(duì)于2.5G傳輸站和傳輸鏈路上下掛較多站點(diǎn)的基站，以保證傳輸供電為重點(diǎn)，宜將一次下電值設(shè)為46V，二次下電值設(shè)為43.2（44）V；

4.普通基站一次下電值建議設(shè)為45.6V、二次下電值設(shè)為44.4V；

5.端站（不用對(duì)傳輸做保護(hù)的站）宜將一、二次下電均設(shè)置為44V；

6.直流低壓告警值：傳輸節(jié)點(diǎn)站、重要站點(diǎn)、高山站的直流電壓低告警值宜設(shè)為48V，普通基站設(shè)為47V；

7.普通站：充電限流值：0.1C10，定時(shí)均充時(shí)間3－6個(gè)月，停電頻繁站：均充限流值增加為0.15-0.2C10，加快電池充電；定時(shí)均充時(shí)間1－2個(gè)月。

附件1：直流開關(guān)電源系統(tǒng)防雷原理與維護(hù)

按照通信用高頻開關(guān)整流器規(guī)范，直流開關(guān)電源配置C級(jí)防雷器。有經(jīng)驗(yàn)的電源工程師了解防雷器接線方法，也熟知防雷器告警的原因及處理方法，但對(duì)其中的細(xì)節(jié)可能不甚清楚。業(yè)界認(rèn)為艾默生電源重視防雷設(shè)計(jì)，系統(tǒng)防雷做得很好，但防雷問(wèn)題是系統(tǒng)工程，不是只要有配置了防雷器的電源就可以完全解決的。如果能全面了解電源系統(tǒng)防雷思想，不但有助于分析設(shè)備故障，并有助于建設(shè)高可靠的通信動(dòng)力系統(tǒng)，為通信網(wǎng)絡(luò)提供有力保障。

一、雷擊過(guò)電流產(chǎn)生的原理

雷電流的入侵首先表現(xiàn)為過(guò)電壓，當(dāng)存在泄放通道時(shí)，產(chǎn)生雷電流。不論是由于直擊雷產(chǎn)生的線路來(lái)波，抑或電磁感應(yīng)的過(guò)電壓均是如此。過(guò)電壓有共模過(guò)電壓和差模過(guò)電壓兩種類型，如圖1所示。

圖1 共模與差模過(guò)電壓、過(guò)電流

由于寄生電容的廣泛存在，雷電過(guò)電壓擊穿空氣或在常壓下絕緣的器件，形成強(qiáng)大的雷電流，造成設(shè)備損壞。

為了抑制雷電的影響，應(yīng)在雷電能量進(jìn)入設(shè)備前將能量泄放至大地。對(duì)于共模過(guò)電壓，應(yīng)在輸入電纜與防雷地之間安裝防雷器件（或稱防雷片）；對(duì)于差模過(guò)電壓，應(yīng)在輸入電纜火線和零線之間安裝防雷器件。由于雷電流是屬于浪涌電流，防雷器件是一種浪涌抑制保護(hù)器件（Surge Protection Device），簡(jiǎn)稱SPD。

二、常用放雷器件的特性

直流開關(guān)電源中常用的防雷器件是壓敏電阻和氣體放電管。

1、壓敏電阻

壓敏電阻為限壓型器件，當(dāng)兩端施加工作電壓時(shí)阻值很高，漏電流為μA級(jí)。隨著端電壓升高，壓敏電阻阻值降低，端電壓超過(guò)一定值后阻值急劇降低，漏電流可高達(dá)20~40KA，形成雷電泄放通道。當(dāng)電壓降低至工作電壓后，壓敏電阻的漏電流迅速減小，恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。

直流開關(guān)電源常用的壓敏電阻主要參數(shù)如下，關(guān)鍵參數(shù)含義如圖2所示。

Uc：最大持續(xù)工作交流電壓，一般為385V。

U1mA：標(biāo)稱電壓，指漏電流達(dá)到1mA時(shí)施加的端電壓，一般為630V。

UP：殘壓，指通過(guò)壓敏電阻泄放限壓后兩端最高電壓，一般為1500V。

In：額定通流能力，能在額定通流能力內(nèi)安全泄放多次雷電流，一般為20KA。

Imax：最大通流能力，能安全泄放1次，一般為40KA，泄放后，壓敏電阻可能損壞。

此外，壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間也很關(guān)鍵，一般響應(yīng)時(shí)間為10~100ns。

圖2 常用壓敏電阻特性

隨著工作時(shí)間的增加，尤其是多次泄放雷電流，壓敏電阻漏電流逐漸增大。如果施加標(biāo)稱電壓U1mA的90%電壓時(shí)漏電流就達(dá)到1mA，就認(rèn)為壓敏電阻性能達(dá)不到要求，需要更換。基于此，可以比較容易地檢測(cè)壓敏電阻性能。

與防雷器有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有很多，目前并未統(tǒng)一，一般要求壓敏電阻能耐受In電流正反各沖擊5次，耐受Imax電流正負(fù)各沖擊一次，10%In電流沖擊100次。壓敏電阻失效時(shí)，表現(xiàn)為短路，窗口由綠變紅；偶爾也會(huì)因?yàn)閴好綦娮璞〝嗔眩憩F(xiàn)為開路。

2、氣體放電管

氣體放電管為開關(guān)型器件，主要由電極及電極之間的氣隙組成。當(dāng)氣體放電管兩端施加的電壓小于促發(fā)電壓時(shí)，氣體放電管為斷路狀態(tài)，基本無(wú)漏電流。當(dāng)電壓高于促發(fā)電壓時(shí)，氣隙被擊穿，可認(rèn)為短路。促發(fā)電壓與氣體放電管種類有關(guān)，并且有一定的光敏效應(yīng)，即在有光和無(wú)光的情況下偏差較大。直流開關(guān)電源常用的氣體放電管長(zhǎng)期耐受工作電壓為255V，促發(fā)電壓為400V左右。當(dāng)兩端的電壓下降至工作電壓以內(nèi)時(shí)，氣隙不能滅弧，繼續(xù)有電流通過(guò)，這就是氣體放電管的續(xù)流問(wèn)題。氣體放電管的滅弧電壓很低，一般為20~50V，因此不能安裝在火線與零線、火線與地線之間。圖3表示了氣體放電管的一般特性。

圖3 常用氣體放電管特性

氣體放電管主要參數(shù)與壓敏電阻類似，如UC、UP、In、Imax等。氣體放電管失效時(shí)，表現(xiàn)為開路，偶爾可能因?yàn)闅怏w放電管變形造成短路。

三、凱文接線方法

由于雷電流很大，任何較長(zhǎng)電纜的電感不可忽略，如果防雷片兩端的電纜較長(zhǎng)，最終施加在設(shè)備上的電壓等于防雷片殘壓與電纜上感應(yīng)電壓之和，如圖4左圖所示，這對(duì)設(shè)備來(lái)說(shuō)是危險(xiǎn)的。為了降低加在設(shè)備上的殘余雷電過(guò)電壓，應(yīng)采用如圖4右圖所示的接線方法，這種方法稱為凱文接法。

圖4 常規(guī)接法與凱文接法

在具體應(yīng)用凱文接法時(shí)，可能無(wú)法做到入、出電纜均直接與防雷器連接，但應(yīng)盡可能地縮短入、出線交叉點(diǎn)與防雷器接線端子之間的距離，一般不要超過(guò)0.5米。

四、4P防雷器

4P防雷器指由4個(gè)壓敏電阻構(gòu)成的防雷器，如圖4所示。在我國(guó)市場(chǎng)上僅有少量4P防雷器，但在其它國(guó)家如印度，直流開關(guān)電源配置的防雷器多是4P的。

圖5 4P防雷器接線方法

當(dāng)某相壓敏電阻失效短路時(shí)，相電流通過(guò)地回流至電源。由于TN供電系統(tǒng)電源端地網(wǎng)與設(shè)備端地網(wǎng)有直接的金屬連接，電阻極小，短路電流很大，防雷空開跳閘，使防雷器迅速脫離電源。但如果4P防雷器應(yīng)用于TT供電系統(tǒng)（如基站供電）中，由于TT供電系統(tǒng)電源接地地網(wǎng)與設(shè)備端地網(wǎng)沒(méi)有直接連接，短路電流經(jīng)過(guò)電阻較高的大地流回電源。按通信電源、空調(diào)維護(hù)規(guī)程，基站接地電阻小于5Ω，回路總電阻可能高達(dá)10Ω，短路電流只有22A，防雷空開不能脫扣，持續(xù)強(qiáng)電流可能導(dǎo)致線路和防雷器著火。

五、3P 1防雷器

在我國(guó)，大型局站通信動(dòng)力系統(tǒng)供電均采用TN方式，可以應(yīng)用4P防雷器。大量中小局站則多采用TT供電系統(tǒng)，宜選用3P 1防雷器，即由3個(gè)壓敏電阻和一個(gè)氣體放電管組成的防雷器，如圖6所示。

圖6 3P 1防雷器接線方法

3P 1防雷器與4P防雷器的第一個(gè)不同點(diǎn)在于壓敏電阻安裝在相線與零線之間，能有效地泄放差模雷電過(guò)電壓，共模過(guò)電壓由氣體放電管泄放。由于氣體放電管響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)于壓敏電阻，在氣體放電管響應(yīng)前，相線上的對(duì)地過(guò)電壓不能泄放，防雷器總的響應(yīng)時(shí)間為壓敏電阻與氣體放電管之和，因此有必要優(yōu)先選用響應(yīng)速度更快的氣體放電管。

3P 1防雷器與4P防雷器的第二個(gè)不同點(diǎn)在于零線與地線之間采用氣體放電管作為防雷片。氣體放電管有續(xù)流問(wèn)題，滅弧電壓低，在3P 1防雷器中卻正好可以進(jìn)一步降低零地電壓，使零線上的殘壓很低，有利于負(fù)載正常工作。