信息系统中电涌保护器的应用

　　摘要：文章简要介绍了电涌保护器的原理以及在信息系统上面的应用，如何采用电涌保护器对信息线路进行防护，同时列举了一些应该注意的事项。

　　关键字：电涌保护器,防雷,信息系统

　　一、信息系统防雷概述

　　随着社会的发展，网络化的应用已经深入到方方面面，在网络带给人们便利的同时，由于自身的脆弱性时常遭受雷击等过电压造成的损坏，对于敏感部门如证券银行如果发生网络遭受雷击损坏将会带来巨大的经济损失和社会责任压力，因此对于网络信息系统采取必要的雷电防护措施十分必要。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量。

　　二、电涌保护器(Surge Protection Device)

　　电涌保护器是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。

　　2.1、SPD的分类：

　　按使用非线性元件的特性可分为以下三类：

　　(1)电压开关型(Voltage switching type SPD)：无浪涌出现时，SPD呈高阻状态;当冲击电压达到一定值时，SPD电阻突然下降为低值。常用的非线性元件有放电间隙，气体放电管、开关型SPD。开关型SPD具有大通流容量的特点，适用于易遭受直接累计部位的雷电过电压保护(即LPZ0A 区)。

　　(2)电压限压型SPD(Voltage limiting type SPD)：当没有浪涌出现时，SPD呈高阻状态;随着冲击电流及电压的逐步提高，SPD的电阻持续下降。常用的非线性元件有压敏电阻，瞬态抑制二极管。一般用于IEC所规定的直击雷防护区(LPZ0B)、第一屏蔽防护区(LPZ1)、第二屏蔽防护区(LPZ2)的雷电过电压保护。

　　(3)组合型SPD(Combination type SPD)：由电压开关型元件和限压型元件混合使用，随着施加的冲击电压特性不同，SPD有时会呈现开关型SPD特征，有时会呈现限压型SPD特征，有时同时呈现两种特征。

　　2.2、SPD的基本元器件：

　　(1)放电间隙(又称保护间隙)：

　　它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线(N)相连，另一根金属棒与接地线(PE)相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被保护设备上的电压升高。

　　(2)气体放电管

　　它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体的玻璃管或陶瓷管内组成的。它可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压Udc分别如下：在直流条件下使用：Udc≥1.8U0(U0为线路正常工作的直流电压)在交流条件下使用：U dc≥1.44Un(Un为线路正常工作的交流电压有效值)

　　(3)压敏电阻

　　它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好，通流容量大，常态泄漏电流小，残压低，对瞬时过电压响应时间快，无续流。

　　(4)瞬态抑制二极管：

　　瞬态抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区，由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。

　　三、信号线路系统的防护

　　3.1 过电压的产生

　　网络通讯系统中出现过电压的主要原因是雷击和开关操作及电源系统影响,而雷击引起的过电压又可分为:直击雷过电压、雷电感应过电压和雷电入侵过电压波。

　　(1)直击雷过电压　雷电直接击中地面上的物体(如建筑物、设备、传输导线等) ,通过它泄放雷电流时所产生的电压降称为直击雷过电压. 直击雷过电压低则几十万伏,高则几千万伏,所带来的危害往往是灾难性的,可能造成建筑物损坏,机毁人亡,甚至引起火灾。

　　(2)雷电感应过电压　雷击大地或地面上物体时,由雷电电磁脉冲的电磁感应或静电感应电荷的扩散消失在导体上产生的电压称为感应雷过电压. 当传输信号线路上出现感应雷过电压波时,与线路相连的设备有可能被损坏。

　　(3)雷电入侵电压波　电力传输线和各种信号传输线上出现的直击雷过电压或感应雷过电压都以行波的方式向机房传播. 此外,雷击时接地装置上的高电位通过接地线引入机房.

　　3.2 防护措施

　　(1)进、出建筑物的信号传输线缆,应选用有金属屏蔽层的电缆,并应埋地敷设,在各雷电防护区交界处,电缆金属屏蔽层应做等电位连接. 各种电子信息设备机房的信号电缆内芯线相应端口,应安装适配的信号SPD ,SPD 的接地端及电缆内芯的空线对应接地。

　　(2)信号系统采用屏蔽电缆时,电缆金属外护层应做接地. 电缆内芯的相应端口应该安装与信号系统参数适配的信号SPD ,SPD 的接地端及电缆内芯的空线对应做接地. 楼宇、工作机房的信号线缆应做结构化布线,在主机房或终端机房应设置符合规范规定的信号线路配线架、分线盒、终端用户盒。

　　(3)信号线路SPD 接地端应与设备机房(或电子信息设备处) 内的局部等电位接地网络相连接。

　　(4)信号线路SPD 应连接在被保护设备的信号端口上. SPD 输出端与被保护设备的端口相连. SPD 也可以安装在机柜内,固定在设备机架上或附近支撑物上。

　　四、信号SPD选用注意事项

　　4.1 分布电容

　　信号SPD 不管其内部元件是使用气体放电管还是半导体放电管或压敏电阻, 在信号线路与地线之间都或多或少存在着分布电容。对于高频信号来说,这个分布电容成为旁路电容, 高频信号会通过这个旁路电容旁路到地, 造成高频信号的损失。在各种元件中, 气体放电管的分布电容最小, 半导体放电管次之, 压敏电阻最大。

　　4.2 带宽

　　信号线的种类很多, 传输速率各不相同。不同的传输速率对信号带宽的要求不同, 速率越高,要求的带宽也越宽。另外, 不同的信号载波频率对电路的带宽也有不同的要求。通常, 低频信号要求电路的幅频特性是低通, 中频信号一般是带通, 而高频信号则要求是高通或带通。SPD 的带宽既要满足传输速率对信号带宽的要求, 又要满足载波频率对电路带宽的要求。如果SPD的带宽不足, 会使得部分信号无法传输。

　　4.3 阻抗匹配

　　阻抗匹配也是影响信号传输的一个因素。如果SPD 的阻抗与线路不匹配, 就会在线路上产生反射波, 形成驻波, 造成信号功率的衰减。这一点对同轴电缆尤为重要。

　　4.4 工作电压

　　传输信号的种类很多, 有模拟信号、数字信号,有控制信号、数据信号, 有音频信号、视频信号, 有低频信号、高频信号等。信号电压不同, 对SPD 的标称导通电压有不同的要求。如果SPD 的标称导通电压过低, 会使SPD频繁导通, 影响信号的通过, 也使SPD 容易损坏; 而标称导通电压过高, 又可能会使得雷电过电压进入被保护设备, 起不到应有的防雷作用。

　　五、结束语

　　信息系统对于瞬态过电压的敏感性决定了我们要采取综合的防护措施来避免设备受到损坏，本文只列举了在信息系统中合理安装SPD来防护，但是单单依靠SPD是远远不够的，只有做好了综合的瞬态过电压干扰的防护措施才能更加有效的抵御这种威胁。

《信息系统中电涌保护器的应用》

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文章名称： 信息系统中电涌保护器的应用

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