通信设计中电路保护问题

VoIP(Voice overIP)、T1、E1、ADSL、HDSL、VDSL、SDSL、视频、无线本地环路等应用都面临着一个共同问题:需要防止雷击和电源交扰电话线接口,以保证用户和维护人员的安全,并可满足电路保护的要求。
   
设备设计人员可根据下面10个步骤来决定电信设计应满足哪种安全要求,并选择适当的电路保护设计。

１ 确实设计方案的销售地区

  
电路保护要求在世界各地是不同的,故要根据设计的不同安装地点来决定所要满足的保护要求。在北美洲,PSTN接口二级保护的权威机构有UL(Underwriters Laboratories)、FCC(联邦通信委员会)、Bellcore (Telcordia Technologies)。在欧洲和世界上大多数地区,JTU(国际电信联盟)的K系列建议是最广泛的参考规范。
  
那些计划只满足北美洲保护要求的设计者们将遵循UL、FCC和Telcordia的电路保护准则。这些准则包括防雷击和电源交扰的要求,这比ITU的要求要严格一些。

若把设计方案销售给北美洲以外的国家和地区,那么使用较低电涌率的元件就可以满足ITU的有关要求; 销售给世界其它国家和地区,设计者在选件时既要满足北美的电路保护要求,又要满足ITU的电路保护要求。
  
加拿大有自己的CSA(加拿大标准协会)要求,而未用FCC要求。然而最近,FCC Part 68的要求与CSA的要求一致起来了。
  
２ 确定客户

对于知道要满足的具体规范要求,关键是要确定谁是你的客户。例如,要为北美洲的客户端设备(CPE)做设计,就需要满足UL1950和FCC Part 68保护要求。(UL60950不久就会发布并涵盖CPE)。而网络设备要满足Telcordia GR-1089的要求。
  
在世界上其它国家和地区,ITU K.21规定了CPE的要求,ITU K.20规定了网络设备的要求。新的ITU K.45标准将用于中心局和客户端建筑之间的接入网设备。
  
３ 确定要满足哪种要求

对于CPE,设计人员应满足UL1950(也许不久将是UL60950)和FCC的Part 68要求。FCC Part 68要求源自美国政府,并具备法律效力,任何连接到PSTN的CPE必须满足这些要求。上面已经提到,准备在北美洲销售的网络设备的设计人员一般要考虑满足Telcordia GR-1089要求。
  
在很多情况下,CPE设计为满足Telcordia GR-1089要求。若一台设备被用作CPE或网络设备,那么设计人员应能通过满足Telcordia GR-1089的网络设备保护要求而全面考虑所有的设计可能性。例如,数字环路运营需要满足UL/FCC和Telcordia的要求。
  
４ 针对实际问题选择保护要求
   
在实验室中满足不同权威机构的要求或标准是一回事,而经受实际工作中的考验是另一回事。很少的设计可以充分地防止直接的雷击,各种不同的保护要求涵盖了由附近的雷击所感应出电涌的更多通例。它们也涵盖了可能发生的更糟的电源交扰情况。如果电源线与电话线直接碰触,或在附近的电话线中感应出故障电流时,就会有电源交扰。

对本文所讨论的不同机构标准所反映的大多数严重问题,Telcordia GR-1089要求提供了保护。但是,假如设备不接到PSTN,而是接到内部电话线路中,如PBX的内线或无线本地环路系统,情况又会怎样呢?Telcordia GR-1089有磁建筑物内要求更适于上面这些情况。这些要求不如Telcordia GR-1089外线(PSTN)要求严格。在大多数情况下,建筑物入口的主要保护可以保证故障不会进入其内部。然而,实际中的问题(如电源交扰)会发生在内线中,良好地工程状况会起很大的保护作用。

5 选择保护元件

电信接口的保护元件可以分为两类:过压保护和过流保护。过压保护元件在末端与环,末端与地,和/或环与地之间是并联的。它们通常有高阻抗特性,当电压达到击穿值以上时,转换到低阻抗。典型的过压保护元件包括可控硅、TVS二极管、MOV以及气体放电管等。

过流保护元件在末端和/或环线中是串联的。它们通常有低阻抗特性,当电流达到断路值以上时,转换到高阻抗。

６ 考虑可重置与非重置的保护
  
可重置与非重置的问题存在于过流保护方面。可重置过流保护器件包括聚合物PTC和陶瓷PTC。“PTC”一词指的是含正温度系数电阻的器件。在过流状态下,PT器件受热并发生相变,这使其电阻增大了几个数量级。这极大地减小了电路中流过的电流,进而对敏感的下游元件起到了保护作用。非重置元件包括一次性的保险丝。

可重置元件的优势很明显,一旦过流故障消失,器件冷却后会返回到低电阻状态。无需用户去干预,也无需技术人员的帮助。非重置器件必须由技术人员或其他合格的人员进行手工重置,这样当设备位于远端站时,就会产生不必要的保用成本或高额运营费用。幸好的是,现在二级保护所用的大多数过压保护元件是可重置的。