盛灿英SHENG Can-ying

（万马科技股份有限公司，杭州 311300）

0 引言

通信领域安装在配线架上的保安单元，肩负着保护通信设备免遭过电压、过电流损坏的重任。保安单元是插在总配线架（MDF）保安接线排上的为防止人身和设备受过电压、过电流伤害的装置。所谓过电压、过电流，是指出现在设备上的超过设备本身正常工作电压和电流的外来电压和电流。保安单元是随着过电压、过电流防护器件的进步而发展的。目前，按器件及产品结构主要为：气体放电管加PTC、半导体放电管加PTC、IC 电子集成型等类型的保安单元。

总配线架是局用交换机与局外外线的交接设备，起着内外线的交接，保护局内设备和人身安全以及维护测试和查找障碍的作用。YD/T694-2004《总配线架》中规定过电压和过电流来源为：外线上或外线附近雷击造成的电涌；外线附近的电力线或电力装置和其电气系统发生故障时，在外线上感应出的短时交流电压；外线与220V 电力线直接相碰。

保安单元是插在总配线架（MDF）保安接线排上的为防止人身和设备受过电压、过电流伤害的装置。在过电压、过电流情况下，限压和限流功能可以保证人身和设备安全，告警系统功能可使维护人员及时维护，发现线路出现过流、强压的现象。

限流型保安单元是一种传统的保安形式，其主要构成是气体放电管加PTC。外线过电压时，气体放电管放电，将外线上的电流引导入地，如果持续时间较长，放电管持续放电发出的热量可使热熔块熔化而输出告警信号；当线路遭受过电流侵袭时，PTC 阻值迅速上升，使线路近似于开路状态，过电流现象得到控制，如过电流快消失，PTC 自动恢复，如果持续时间较长，PTC 发出的热量可使热熔块熔化而输出告警信号。

分流型主要以IC 监控为原理的保安形式，其主要构成是监控过压、过流的IC 加感知电阻。当线路遭受过电压、过电流时，感知电阻两端电压降会使IC 以纳秒级的速度关闭SW1~4，进入短路保护状态，将外线上的电流通过IC 旁路掉。如果持续时间较长，IC 产生的热量可使温度敏感材料动作而输出告警信号。由于IC 承受大电流能力差的缘故，需要在线路前段串联熔断器（或者PTC）以应对大电流事件。

1 关于限流和分流型的实验分析情况

选用同一厂家生产的分流型保安单元（单元A）和限流型保安单元（单元B），依照YD/T694-2004《总配线架》要求进行了如下实验：

1.1 常温电阻（YD/T 694-2004 测试5.4.8）

①a 与a′间的电阻（Raa′）不应超过22 欧姆；

②b 与b′间的电阻（Rbb′）不应超过22 欧姆；

③Raa′与Rbb′间的电阻差异不应超过2 欧姆。

连接方法详见图1。

图1 保安单元端口

常温电阻测试的实验结果详见表1。

表1 常温电阻实验结果

此项实验表明IC 控制的分流型保安单元，其室温线路电阻及差异要小于传统的限流型保安单元。

1.2 不动作电流（根据YD/T 694-2004 测试5.4.9 的测试要求），测试电路详见图2

图2 不动作电流试验电路图

①测试条件：90 毫安，40°C，一小时不动作；

②最终电压值与初始电压值之差不超过50%；

③电流计示值不应超过1 毫安。

不动作电流测试的实验结果详见表2。

表2 不动作电流试验结果

由于分流型保安单元室温线路电阻小于限流型保安单元，因此其线路分压值要小于限流型保安单元。从电压、电流差异的实验要求方面来看，两种保安单元特性相差不大。

1.3 雷击试验（YD/T 694-2004 测试5.4.7.1.1），测试电路详见图3

图3 模拟雷击试验（a 对E 和b 对E）电路图

①雷击试验测试条件：脉冲电压Uc（max）=4kV；

②开路电压波形10/700us；

③冲击次数为10 次，每次间隔60 秒；

④试验后，保安单元应当正常工作。

模拟雷击试验的实验结果：单元A 和B 均满足试验要求。

1.4 电力线感应试验（YD/T 694-2004 测试5.4.7.1.2），测试电路详见图4。

图4 电力线感应试验图

①试验电压Ua.c r.m.s=600V ，频率50Hz；

②电阻R=600ohms；

③持续时间：1 秒；

④试验次数为5 次，每次间隔60 秒；

⑤试验后，保安单元应当正常工作；

⑥实验中，保安单元不应告警。

电力线感应试验的实验结果：单元A 和B 均满足试验要求。

1.5 电力线碰触试验（YD/T 694-2004 测试5.4.7.1.3），测试电路详见图5。

图5 电力线碰触试验电路图

①试验电压Ua.c r.m.s=220V，频率50Hz，其中K 置于1-1＇时Ua.c r.m.s=187V；

②持续时间：1 小时；

③试验次数：K 每位置一次；

④实验中，保安单元不应着火并且在3 分钟内告警。

由于设备所限，仅进行了600Ohm 及10Ohm 碰触实验。

电力线碰触试验的实验结果详见表3。

表3 电力线碰触试验结果

当进行10 欧姆碰触实验时（开关K 置于4-4’），单元A 被损坏。开关闭合时，可见来自单元内的火花；实验后，发现PCB 上走线烧断。尽管单元A 起到保护作用，但未能告警。

此项实验表明IC 控制的分流型保安单元由于内在局限，必须在线路前段串联熔断器，由于熔断器在遭受大电流碰触时为保证IC 不被损坏而快速熔断来切断电路，使得IC 来不及发热触动LED 告警系统。如果采用计算机/智能系统报警配合分流型保安单元，则可以解决此项问题。但由此带来的系统花费以及同体积PCB 走线复杂度都将是不经济的。综合考虑，由于此内在局限，使得基于IC 的分流型保安单元告警系统难以设计。

1.6 限流特性（YD/T 694-2004 测试5.4.10）

在25℃下测试要求详见表4。

表4 测试要求

对于不同类型的保安单元采用不同的测试电路（详见图6 与图7）。

图6 单元A（分流型）测试电路

图7 单元B（限流型）测试电路

限流特性的实验结果：串联在负载端的安培计测得保护时的漏电流，示波器记录保护时间。（详见表5）

表5 限流特性的实验结果

根据示波器记录的限流波形观察此项实验表明IC 控制的分流型保安单元保护动作时间要远远小于限流型保安单元。但分流型保安单元保护动作后，依然有大量周期性的峰值脉冲应力加载在负载上。而限流型保安单元在保护动作后只有小量漏电流，对负载影响最小。

2 结果讨论

IC 具有动作时间快，动作电流准确等优点，其品质良好，本身没有问题。保安单元厂家的产品、设计能力等等也没有问题，这在限流型单元的实验中看得很清楚。但是，一旦IC 被用在单元中就会出现如上所述的问题。因此，人们不断地提出疑问，IC 作为保护芯片用在MDF 总配线架中是否合适？至于分流型保安单元一定优于限流型保安单元的说法，更可能是一个很大的误解！具体结论如下：

①分流型保安单元由于无法启动告警系统，不能通过大电流的电力线碰触试验。

②从电力线碰触试验中我们可以知道，由于IC 方式的分流型保安单元难以承受大电流，很难设计基于IC 保护的大电流告警电路。

③假如接地不良，分流型保安单元的保护效用将完全实效，又由于无法告警及时排除危害，将导致保安单元负载被损坏，严重时将导致灾难性后果。另一方面，在接地不良的情况下，限流型的保安单元却能够长时间保持在保护状态，大大减小接地不良所带来的影响。

④从限流特性试验的波形中可以得知，即使在保护状态下，IC 方式的分流型保安单元依然会使负载端承受持续的脉冲峰尖应力。

尽管该IC 功能强大、品质可靠，动作响应时间快速。但由于其内在的固有缺陷以及保护机理限制，综合整体保护效果，传统的放电管加PTC 限流型保安单元，其设计性能及安全可靠性都优于基于IC 的分流型保安单元。