直流开关电源系统防雷原理与维护
按照通信用高频开关整流器规范，直流开关电源配置C级防雷器。有经验的电源工程师了解防雷器接线方法，也熟知防雷器告警的原因及处理方法，但对其中的细节可能不甚清楚。业界认为艾默生电源重视防雷设计，系统防雷做得很好，但防雷问题是系统工程，不是只要有配置了防雷器的电源就可以完全解决的。如果能全面了解电源系统防雷思想，不但有助于分析设备故障，并有助于建设高可靠的通信动力系统，为通信网络提供有力保障。 一、雷击过电流产生的原理
雷电流的入侵首先表现为过电压，当存在泄放通道时，产生雷电流。不论是由于直击雷产生的线路来波，抑或电磁感应的过电压均是如此。过电压有共模过电压和差模过电压两种类型，如图1所示。 图1 共模与差模过电压、过电流
由于寄生电容的广泛存在，雷电过电压击穿空气或在常压下绝缘的器件，形成强大的雷电流，造成设备损坏。
为了抑制雷电的影响，应在雷电能量进入设备前将能量泄放至大地。对于共模过电压，应在输入电缆与防雷地之间安装防雷器件（或称防雷片）；对于差模过电压，应在输入电缆火线和零线之间安装防雷器件。由于雷电流是属于浪涌电流，防雷器件是一种浪涌抑制保护器件（Surge Protection Device），简称SPD。
二、常用放雷器件的特性
1、压敏电阻
压敏电阻为限压型器件，当两端施加工作电压时阻值很高，漏电流为μA级。随着端电压升高，压敏电阻阻值降低，端电压超过一定值后阻值急剧降低，漏电流可高达20~40KA，
形成雷电泄放通道。当电压降低至工作电压后，压敏电阻的漏电流迅速减小，恢复原来状态。
直流开关电源常用的压敏电阻主要参数如下，关键参数含义如图2所示。
Uc：最大持续工作交流电压，一般为385V。
U1mA：标称电压，指漏电流达到1mA时施加的端电压，一般为630V。
炉用风机 UP：残压，指通过压敏电阻泄放限压后两端最高电压，一般为1500V。
In：额定通流能力，能在额定通流能力内安全泄放多次雷电流，一般为20KA。
Imax：最大通流能力，能安全泄放1次，一般为40KA，泄放后，压敏电阻可能损坏。
此外，压敏电阻的响应时间也很关键，一般响应时间为10~100ns。
图2 常用压敏电阻特性
随着工作时间的增加，尤其是多次泄放雷电流，压敏电阻漏电流逐渐增大。如果施加标称电压U1mA的90%电压时漏电流就达到1mA，就认为压敏电阻性能达不到要求，需要更换。基于此，可以比较容易地检测压敏电阻性能。
与防雷器有关的行业标准、国际标准有很多，目前并未统一，一般要求压敏电阻能耐受In电流正反各冲击5次，耐受Imax电流正负各冲击一次，10%In电流冲击100次。压敏电阻失效时，表现为短路，窗口由绿变红；偶尔也会因为压敏电阻爆炸断裂，表现为开路。
2、气体放电管
气体放电管为开关型器件，主要由电极及电极之间的气隙组成。当气体放电管两端施加的电压小于促发电压时，气体放电管为断路状态，基本无漏电流。当电压高于促发电压时，气隙被击穿，可认为短路。促发电压与气体放电管种类有关，并且有一定的光敏效应，即在有光和无光的情况下偏差较大。直流开关电源常用的气体放电管长期耐受工作电压为255V，促发电压为400V左右。当两端的电压下降至工作电压以内时，气隙不能灭弧，
继续有电流通过，这就是气体放电管的续流问题。气体放电管的灭弧电压很低，一般为20~50V，因此不能安装在火线与零线、火线与地线之间。图3表示了气体放电管的一般特性。
频偏
图3 常用气体放电管特性
气体放电管主要参数与压敏电阻类似，如UC蜜饯LH、UP、In、Imax等。气体放电管失效时，表现为开路，偶尔可能因为气体放电管变形造成短路。
三、凯文接线方法
由于雷电流很大，任何较长电缆的电感不可忽略，如果防雷片两端的电缆较长，最终施
加在设备上的电压等于防雷片残压与电缆上感应电压之和，如图4左图所示，这对设备来说是危险的。为了降低加在设备上的残余雷电过电压，应采用如图4右图所示的接线方法，这种方法称为凯文接法。
防雷开关图4 常规接法与凯文接法
在具体应用凯文接法时，可能无法做到入、出电缆均直接与防雷器连接，但应尽可能地缩短入、出线交叉点与防雷器接线端子之间的距离，一般不要超过0.5米。
四、4P防雷器
4P防雷器指由4个压敏电阻构成的防雷器，如图4所示。在我国市场上仅有少量4P防雷器，
但在其它国家如印度，直流开关电源配置的防雷器多是4P的。
图5 4P防雷器接线方法
当某相压敏电阻失效短路时，相电流通过地回流至电源。由于TN供电系统电源端地网与设备端地网有直接的金属连接，电阻极小，短路电流很大，防雷空开跳闸，使防雷器迅速脱离电源。但如果4P防雷器应用于TT供电系统（如供电）中，由于TT供电系统电源接地地网与设备端地网没有直接连接，短路电流经过电阻较高的大地流回电源。按通信电源、空调维护规程，接地电阻小于5Ω，回路总电阻可能高达10Ω，短路电流只有22A，防雷空开不能脱扣，持续强电流可能导致线路和防雷器着火。
五、3P+1防雷器
在我国，大型局站通信动力系统供电均采用TN方式，可以应用4P防雷器。大量中小局站则多采用TT供电系统，宜选用3P+1防雷器，即由3个压敏电阻和一个气体放电管组成的防雷器，如图6所示。
胸章机
图6 3P+1防雷器接线方法
3P+1防雷器与4P防雷器的第一个不同点在于压敏电阻安装在相线与零线之间，能有效地泄放差模雷电过电压，共模过电压由气体放电管泄放。由于气体放电管响应时间长于压敏
电阻，在气体放电管响应前，相线上的对地过电压不能泄放，防雷器总的响应时间为压敏电阻与气体放电管之和，因此有必要优先选用响应速度更快的气体放电管。
化学镀镍磷合金 3P+1防雷器与4P防雷器的第二个不同点在于零线与地线之间采用气体放电管作为防雷片。气体放电管有续流问题，灭弧电压低，在3P+1防雷器中却正好可以进一步降低零地电压，使零线上的残压很低，有利于负载正常工作。
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