ZXJ10程控交换机综合防雷问题探讨

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    一、引言

    程控交换机系统是现代通信网络中不可缺少的重要组成部分，是现代通信网络支柱之一，而ZXJ10程控交换机是江西赣州通信网的一个重要组成部分，一旦发生故障，所造成的损失不仅是经济上的，更为严重的是对该地区的经济建设和市政建设产生直接影响。因此，加强对ZXJ10程控交换机的安全防护就显得尤为重要。

    ZXJ10程控交换机最主要的部件是集成电路(IC)。IC抗干扰能力比较低,即使是从线缆感应过来的雷电电磁脉冲(LEMP),也能把IC元件击穿。所以程控交换机很容易发生雷击事故。目前由于ZXJ10交换机防雷击保护性能较弱，在雷击防护性能上存在着较大的隐患，单板容易遭雷击损坏。为了从根本上全面解决ZXJ10设备的防雷击问题，提高设备抗雷击能力，降低单板损坏率，我们对设备进行了单独的防雷设计，该设计改进已经在多处系统中试运行，效果良好。为更好的推广实施防雷改进工程。下面我将结合江西赣州地区正在进行的ZXJ10程控交换机防雷工程深入的分析和探讨综合防雷问题。

二、雷电灾害的分类和预防原则

    雷击可以产生以下几种不同的破坏形式：

    1、直击雷：

    雷电流在闪击中直接进入金属管道或导线时，它们沿着金属管道或导线可以传送到很远的地方。雷电流从导线传送到用电设备，如电气或电子设备时，将出现一个强大的雷电冲击波及其反射分量。反射分量的幅值尽管没有冲击波大，但其破坏力也大大超过半导体或集成电路等微电子器件的负荷能力，尤其是它与冲击波叠加，形成驻波的情况下，便成了一种强大的破坏力。

    2、雷电感应：

    感应雷的破坏也称为二次破坏。雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。

    3、雷电波侵入：

    由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。

    4、雷击电磁脉冲：

    作为干扰源的直接雷击和附近雷击所引起的效应。绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电流或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及磁辐射干扰。

雷电灾害被称为“电子时代的一大公害”，雷击、感应雷击、电源尖波等瞬间过电压已成为破坏电子设备的罪魁祸首。从大量的通信设备雷击事例中分析，专家们认为：由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲（LEMP）是通信设备损坏的主要原因。为此我们采取的防范原则是“整体防御、综合治理、多重保护”。力争将其产生的危害降低到最低点。

    三、防雷主要的应对措施

    3．1完善的接地系统

    接地是防雷体系中最基本的，也是最有效的措施。

    3.1.1 按照“接地”的作用不同，可以将“地”分成“工作地”、“保护地”和“防雷地”等形式。对重要的通信设备系统，一定具备的是“工作地”，它为整个系统提供标准参考电位，有了这个参考电位，系统才能正常工作；如果系统同时由强电电源供电，还需将设备外壳接“保护地”，系统有室外架空金属设备或电缆与之相连，还需要系统在合理位置接“防雷地”，以防止雷击高压串入系统中。

    3.1.2 如果通信系统的“工作地”、“保护地”和“防雷地”是分别安装，互不连接，自成系统，我们称作“分设接地系统”。如果三者合并设在一起，形成一个统一接地系统，我们称为“合设接地系统”。目前江西赣州地区的通信大楼基本都是采用合设接地的接地方式。合设接地系统消除了不同接地点可能存在的电位差，在发生雷击时，可以较好地抑制不同接地点之间发生的放电现象。

    3.1.3 程控交换机的接地及其所在整栋建筑的接地很重要。按信息产业部的标准规定，电信建筑防雷接地接冲击接地电阻不应大于10欧姆（YD5003-94《电信专用房屋设计规范》），重要的电信建筑物接地电阻应在1欧姆以下（YDJ20-88《程控电话交换设备安装设计暂行技术规定》）。若接地不符合要求，当程控交换机受到雷击时，可能会造成严重的受损事故。

    3.1.4 在实际布线过程中，采用类似“分散接地”的布线方式，即工作地线和保护地线都从地线排上引出，两种地线不直接就近相连，如图一所示，其优点是当雷电流流过接地网时，雷电流只纵向流动，即使存在接触不良的接点，也不会造成横向干扰。

3.1.5 交换机的接地处理：用一根135ｍｍ2的多股铜芯导线，单独连接到接地线线排上。不同于系统的是：（1）不直接与交换机的正极就近相连，也不将机柜与带正极的缆、线随机连接。（2）机柜与高架地板及底座的接触部分都进行了绝缘处理，相当于采用了“悬浮接地”方式，以防止相近面层的静电及建筑物的杂散电流串入机柜，对通信造成干扰。

     

    　　3.1.6 总配线架的接地：单独从母线排上引入两根50ｍｍ2的多股铜芯导线，其中一根接到配线架底座上，另一根接到配线架上端的接地铜排上。双线分别接地的优点是：一方面可以提高保安设备和告警信号电路的可靠性；另一方面，当通信线路上受到雷击和高压电流而通过保安器入地后，可迅速降低配线架上的电位。

　　 采用联合接地方式后，使设备、地板的接地更加可靠，有效地保证了设备和人身安全。

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    3.2 合理的综合布线

    ZXJ10程控交换机的布线是一项专业性很强的工作，其布线方案，在设计阶段就考虑到雷电安全问题。布线工作包括程控交换机的中继线、内线(用户电缆等)、电源线、室内接地线等。

    3.2.1 交换机的传输网络在室外是采用架空和埋地两种方法。其中对架空线缆应把电话线或电缆在入房前埋地,埋地长度>2ρ(ρ为接地电阻的电阻率,单位为Ω*m),实际长度>50m。而埋地一般是采用金属铠装电缆直接埋地,或非金属屏蔽电缆穿金属管直接埋地。从避雷角度来讲,在有条件的情况下入室电缆应选择埋地方式。

    3.2.2 程控交换机的传输网络在室内应沿专用的信号电缆槽布线,避免沿大楼结构柱或紧贴外墙敷设;强弱电电缆不宜同槽敷设,以减小干扰。如陕西某调度中心大楼无专用的信号电缆槽,其信号线和电源线是同槽敷设的,当电源线遭雷击或感应雷电电脉冲时,会在信号线上也感应出一个电磁脉冲,并沿信号线传至交换机,致使交换机遭雷击破坏。

    3.3 确定分流限压的措施

    3.3.1 进入室内的程控电话和专用数据线路应安装线路避雷器，要求在选用避雷器件时，启动电压应为保护线路信号电压峰值的1.5倍，雷电流通量大于等于0.2KA，特性阻抗为600欧姆，工作频率0-5MHZ。

    3.3.2 对室外有接收装置并有信号线与室内设备相联接的，应在天线接收装置引入线路与设备之间串入相应型号的避雷器。

    3.3.3 以上线路以及设备上安装的信号避雷器应就近做好接地，接地电阻应小于4欧姆（有的个别对接地有特殊要求的要小于1欧姆）。而且其接地线不能接在避雷针、避雷带上，应接在专用避雷器接地线上并与地网直接连接。在电源线、信号线上加装保安器（俗称避雷器），雷电电磁脉冲侵袭时，及时把雷电流分流入地从而起到保护作用。选用防雷器件时，要注意其响应时间大小。有些保安器在雷电流侵入时，被保护器件被击坏了，保安器在仍完好无损，这是因为其响应时间太慢。现在市场上流行的以氧化锌电阻（又称压敏电阻）为核心器件组成的线路避雷器，反应速度比较快，使用效果比较好。

    3.4 增加防雷设备

    3.4.1 加装电源防雷盒；

    电源防雷盒在机房中的安装示意图

     

    3.4.2 加装HW电缆转接卡

    HW防雷转接卡用于对ZXJ10 V10.0交换机一些较老版本的单板LVDS信号加肖特基二极管保护，根据各单板HW电缆接口的不同和背板的不同，设计有PBCTN、PBROM、PCOMA、PCOMM、PDSN、PDSNI、PDTI、PODT、PREPD、PSP。通过增加该转接卡，可以增强交换机抗静电、抗雷击的能力。
　　
　　 3.5 其它一些有效的措施

    3.5.1 确定通信机房等电位连接:即所有进出机房的金属装置、外来导电物、电力线路、通信线路及其它电缆均应与总汇流排做好等电位金属连接。机房应敷设等电位均压网，并应和大楼的接地系统相连接。等电位网宜采用M形网络，各设备的直流地以最短的距离与等电位网相连接。

    3.5.2 交换机的屏蔽原则：交换机的屏蔽(包括空间和线路屏蔽)除了信号线和电源线外,交换机房也应作屏蔽处理,具体作法是把金属门、窗、天花龙骨和防静电专用地板接地。各点电位分布均匀，内部的工作人员和设备会得到较好的屏蔽保护。

    四、结束语

    在现代通信系统中，一个设计良好的防雷系统对设备的安全运行是至关重要的，而不仅仅是针对ZXJ10程控交换机而言，只有严格按照综合防雷的原则，从各个可能的雷击引入途径进行规划保护，才能保证整个通信网络的安全运行。

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