介绍了电子通讯产品在易发生供电故障和易受雷击的供电环境下，电源端口雷击和暂态过电压的综合防护解决方案。该解决方案将雷击防护与暂态过电压防护有机结合，智能检测判断过电压是雷击还是暂态过电压，并及时启动防护功能，防止电源损坏等严重故障。该方案还可实现防护后自动恢复供电和远程控制供电，在复杂供电环境中保障供电安全和设备不被损坏，有很大的推广价值。

随着通讯业务的发展，通讯产品的应用场景复杂多变，室外应用设备的供电场景尤其复杂和恶劣，某些工程场景因配电网基础薄弱，电能质量难以保证，通信设备供电系统的稳定运行面临挑战。当电网高压侧发生接地故障时，会引起所供低压设备内持续时间几百毫秒的暂态过电压（TOV）。近年来，国内外某些通讯站点陆续出现交流电源防雷器电涌保护器（SPD）烧毁及通讯设备电源损坏和烧毁的严重故障，导致通讯站点的供电和通讯业务中断。通过实地勘查工程现场以及对大量失效防雷器和损坏电源的分析，发现很多故障的原因是电源端口受到雷击和暂态过电压等干扰。

目前，行业内对雷击等瞬态过电压的防护方案比较成熟，但对 TOV 的认识和防护还不够，对 TOV 的研究主要是压敏电阻耐 TOV 特性的研究，以及压敏电阻防 TOV 起火燃烧的研究，缺失雷击和 TOV 一体化的综合防护方案。

01 交流 TOV 干扰机理

瞬态过电压和暂态过电压是两种性质完全不同的过电压，对应着不同的干扰机理和防护方案，如图 1 所示。瞬态过电压持续时间主要是微秒和纳秒数量级 ；暂态过电压一般是中压供电系统接地故障导致的持续时间为毫秒数量级的过电压。

目前业界对雷击干扰的研究比较成熟，下面主要介绍交流 TOV 的干扰机理，如图 2 所示。当 10kV 侧发生线路碰壳故障时，故障电流 IF会通过设备外壳的安全接地点流入大地。由于配电变压器（简称配变）接地电阻并不完全为 0，因此接地点处可能会出现幅值为 UT 的电位抬升，UT 的值等于 IF 与 RT 的乘积。

（a）雷击浪涌等瞬态过电压

图 1 工程现场电源端口过电压类型

配变碰壳故障会导致低压侧中性点发生偏移，在用户侧产生转移过电压，且转移过电压与配变接地点地电位抬升值 UT 直接相关。这个转移过电压对用电设备来说，就是电源端口的交流 TOV。

TOV 对用电设备的干扰机理分为两阶段 ：第一阶段为过电压损伤，即中压故障过电压传递到低压侧，此时 TOV 还未达到防雷器 SPD 的截止电压，N-PE 断路，基站电源接地（PE）端接地极不分流 ；第二阶段为过电流损伤，此时 TOV 电压超过了 SPD 的截止电压，N-PE 导通，PE 端接地极分流。

02 雷击和 TOV 综合防护方案

2.1 雷击加强型方案

根据电源 TOV 的损伤机理和应力特点，结合电源的防雷拓扑，利用强耐受交流 TOV 冲击等级的防雷器，同时采取提高设备级防雷电路截止电压、提高设备绝缘耐压水平等措施，实现雷击和 TOV 的综合防护，如图 3 所示。

由图 3 可以看出，此方案的防雷功能采用了两级防雷，前面利用大通流能力的防雷器泄放大部分雷击能量，在设备电源端口采用防雷电路进一步泄放残余的雷击能量，并把雷击电压钳位在后级电路能承受的一个合理水平。

图 3 的 TOV 防护，一方面选择强耐受 TOV冲击等级的防雷器，另外当 TOV 能量特别大且超过防雷器的承受能力后，防雷器脱扣保护，避免防雷器失效进而炸裂燃烧。当防雷器脱扣保护后，TOV 直接施加到后级防雷电路，后级防雷电路的截止电压要大于 TOV 的电压并提高设备的耐压等级，以保证设备不会产生恶性故障。具体应用时，要根据 TOV 的电压合理设计后级防雷电路的截止电压，同时又要保证防雷电路的正常功能。

（a）TOV 干扰机理第一阶段

（b）TOV 干扰机理第二阶段

图 2 TOV 的干扰机理

图 3 加强型雷击和 TOV 综合防护方案

2.2 智能防护方案

雷击加强型防护方案虽然实现了雷击和TOV 的综合防护，但只能保护有限次的TOV。如果 TOV 冲击次数多，还是无法避免 TOV 导致的防雷器失效现象，这对设备级的防雷电路和绝缘耐压水平提出了相应的要求。采用普通防雷器和智能微型断路器相结合的方案，不会影响防雷功能，且可以提供智能 TOV 防护功能，理论上可以提供无限次 TOV 防护，核心技术和功能如下 ：

（1）能识别线路中的过电压类型是雷击还是 TOV。不会因雷击、浪涌等瞬态干扰误触发开关动作。

（2）识别到线路中的 TOV 后，执行机构快速响应，自动切断供电，阻止 TOV 传递到防雷器和后级设备。

（3）线路中的 TOV 去除后，供电能自动或远程恢复，即电源输入端口开关能自动或远程控制复位。

图 4 所示的防护方案结合了雷击防护与TOV 智能防护，可灵活设定 TOV 电压和持续时间的阈值。当线路中的 TOV 达到阈值时，快速（5~20 ms）切断供电线路，阻止 TOV 传递到防雷器和后级设备。触发电路保护模式后，一旦TOV 干扰消除，设备会自动合闸恢复上电，不需要人为操作。同时不影响雷击防护等级和防护效果。

图 4 雷击和 TOV 智能防护方案

03 方案验证

3.1 实验室模拟验证

按照 IEC 61643-11:2011的高（中）压系统故障引起的暂态过电压试验要求，按图 5 的配置方式，对第 2 节的两种方案在实验室进行了 TOV 的测试验证。

图 5 交流电源 TOV 测试设备电路

设备 L/N 电源接入 TOV 测试设备的供电端口，在 90° 相位施加 1200V/200A/1000ms 的暂态过电压。

雷击加强型方案 ：TOV 测试后，防雷器均安全脱扣保护。防雷器安全脱扣后，再进行多次 TOV 测试，设备级防雷电路和设备均正常。

智能防护方案 ：经多次施加 TOV 应力，智能断路器均在 10 ms 内切断 TOV，并在 TOV 测试后自动恢复供电。测试过程中和测试后设备均正常。对雷击加强型方案和智能防护方案进行了差模和共模各 10 次 30 kA 的雷击测试，防护电路和设备均运行正常。

3.2 真型场试验验证

国电电网某公司配电网真型试验场是世界上最大规模的 10 kV 真型试验场之一，按照通信站点的典型配电、防雷和接地场景，搭建还原某通讯站点的真实场景，人工制造中压交流单相接地故障，测试验证智能防护方案，测试配置如图 6 所示。

在故障专用配电变压器侧人工制造 10kV 单相接地故障，故障持续时间 100 ms。通过录波器测试可知，接地变压器接地转移到低压交流侧 N线对 PE 之间的 TOV 约为 1500 V，A相 L 对 PE 之间的 TOV 大约 1800 V，持续时间 100 ms。给遭受 TOV 干扰的整流器 1 的配电变压器加上智能微型断路器，智能微型断路器过压保护阈值设为 275 VAC。通过录波器测试可知，当整流器电源 N 线对 PE、L 线对 PE 之间的电压超了微型断路器设置的阈值电压后，微型断路器在 15 ms 内跳闸断开 L 线和 N 线，阻断TOV，保护后级 AC 设备及直流设备。100 ms故障结束后，微型断路器自动合闸恢复供电。

图 6 智能防护方案验证配置

结语 

随着通信产品的广泛应用，其应用场景也越来越复杂和多变，雷击和电网 TOV 干扰是通信产品安全、可靠运行的一大威胁，采取雷击和电网 TOV 综合防护措施是保障通信设备安全可靠运行的重要手段。本文提出的两种解决方案，在不影响防雷功能的情况下，能有效地防护 TOV 干扰，实现了防雷和 TOV 的综合防护。

本文摘自：《安全与电磁兼容》2025年第01期

作者：徐加征、胡红专、陈泓材