通信系统过电压产生的原因与防护

—冲击系数，一般小于1。

独立避雷针均应有独立的接地体，按规定冲击接地电阻宜小于10Ω。放雷设施在雷雨季节必须处于良好的运行状况，接闪器与引下线之间，引下线与接地体之间应可靠连接；还应特别注意避雷针（线）与被保护物之间的距离，防止雷电流产生的高电位对被保护物发生反击现象。例如，在图5中避雷针距被保护物的最近点A之电位为

uA=uR＋uL=iRsh＋Ldi/dt

式中uR——雷电流在接地体上产生电位的电阻分量；

uL——雷电流在h段引下线上产生的电感压降（即电位的电感分量，忽略引下线电阻）；

图6雷电冲击波

Rsh——接地体电阻；

L——h段引下线的电感；

i——雷电流，设计时可取150kA。

根据实验数据，工程上可按下式确定安全空气距离Ssaf

Ssaf≥0.3Rsh＋0.12h

式中Ssaf——安全空气距离，m。

为保证安全可靠，避雷针（线）的安全空气距离Ssaf不得小于5m。

为了防止避雷针（线）接地体在土壤中对被保护物接地体发生闪络，两接地体之间必须保持足够的地中距离SE，通常可按下式确定

SE≥0.3Rsh

要求SE不小于3m。

3.2感应过电压的防护

（1）雷电冲击波的特性

当传输线路遭受雷击后，在导线上产生雷电冲击波并以电磁波速度向导线两侧流动，这种流动的冲击波又叫行波。如果忽略导线的分布电阻和导线对地电导，仅考虑导线的分布电感L0和分布电容C0，当行波经过导线时，在L0中形成磁场，能量为L0i2/2；在C0中形成电场，能量为C0u2/2。随着电流和电压冲击波对L0和C0的充放电变化，相当于行波沿无损导线向前传播。

设行波在某一瞬间的电位分布如图6所示，若A、B两点之间距离x=vt，B点对地电位为零，则A、B两点间的电感为L0x=L0vt，于是A点电位为

uA=L0vtdi/dt=L0vta

式中v—行波速度；

a=di/dt—电流冲击波的陡度。

同时，A点电位还与A点在dx段的对地电容C0dx充电电荷量有关。设单位长度导线上的电荷量为q，则导线在dx段上的电荷量为qdx。因此

uA=qdx/C0dx=q/C0

电流i可用电荷量的变化率来表示，即

i=qdx/dt=qd(vt)/dt=qv=at

故uA=at/vC0

又因uA=L0vta

由此可得

在架空传输线路中若假定为无损导线，则可认为，雷电冲击波（行波）在无损导线中的行进速度与电磁波的传播速度相同（即光速）。如果导线与地之间充填其它介质，例如用绝缘纸、塑料或其它介质充填的电缆等，则雷电冲击波在导线上的传播速度将降低。另外，实际的导线总有分布电阻和对地电容，当发生过电压时还会产生电晕而造成能量损耗，所以行波在传播过程中必然会逐渐衰减和变形，波幅值和波陡度会逐渐减小。

由此，在架空线路的终端串接大电感或并联电容器，可以拉平冲击波的波头，对防雷是有利的，但不解决根本问题。关键是降低冲击波的幅值，把它抑制到规定的数值以下。

(2)感应过电压的防护

过电压产生的同时往往伴随着过电流的产生，因此在实施保护时要从限制过电压和限制过电流两方面考虑：即电压限制和电流限制。

①电压限制:从原理上讲是应用“非线性效应”，使得在正常工作时在带电导体和一个补偿导体（通常是地）之间有一条开路的电路。保护元件起作用后，电荷散逸使得电压衰减。在这个过程中可能短暂地产生强电流，电压限制元件的放电能力必须调整到要释放电流的值。

常见的几种电压限制元件及其工作特性如下：

S过电压放电器/气体放电管：过电压放电器/气体放电管是具有一定气密的玻璃或陶瓷外壳，中间充满稳定的气体，如氖或氩，并保持一定压力。电极表面涂以发射剂以减少电子发射能。这些措施使得动作电压可以调整(一般是70伏到几千伏)，而且可保持在一个确定的误差范围内。

当电压升高至放电电压Ua之前，GDT（气体放电管）是一个绝缘体（电阻Riso>100MΩ）。当电压升高到大于放电电压后，过电流大部分泄入大地，产生电弧放电，电压会降低到几乎与电流大小无关的电弧电压（10V～25V）。当电流下降到低于低限值时，放电器会熄灭电弧并恢复其原来的高电阻状态。GDT通常是安装在承受运行电压的线路支线上，因此就有放电器不能熄弧的风险。所以对熄弧性能有一定的要求。GDT的能量吸收能力与其它电压限制装置相比是非常高的。放电特性也受电压上升速度的影响。

这种装置的两电极和三电极型应用于电讯工业中。三电极型专门为成对线路设计，可以理解为带一个公共电弧室的两个组合电极的放电器。这种设计可确保在两个室中同时产生电弧，因而当两条线中同时发生干扰时，可以获得最优的共模干扰抑制。

S变阻器/VDR：变阻器是陶瓷元件，其应用越