（免費下載）GB/T 18802．21-2016 低壓電涌保護器 第21部分：電信和信號網(wǎng)絡(luò)的電涌保護器(SPD)性能要求和試驗方法
引 言
引 言
本部分旨在確定用于保護電信和信號系統(tǒng)(如低壓數(shù)據(jù)回路、音頻電路和報警電路)的電涌保護器(SPD)的要求。電信和信號系統(tǒng)可能會直接或通過感應(yīng)而遭受雷電和電力線路故障的影響，致使系統(tǒng)承受足以造成損壞的過電壓或過電流或者兩者同時作用。電涌保護器(SPD)就是防止系統(tǒng)免遭由于雷電和電力線路故障產(chǎn)生的過電壓和過電流作用的一種保護裝置。本部分描述了試驗項目和要求，根據(jù)這些試驗和要求建立了對SPD進行試驗和確定其性能的方法。
本部分中的SPD包括僅有過電壓保護功能的元件和過電壓過電流組合的保護元件。僅有過電流保護元件的SPD不是本標準的內(nèi)容，但附錄A中包含了僅含有限流保護元件的SPD。
一個SPD可以由幾個過電壓和過電流保護元件組成，但所有SPD的試驗是以“黑箱”為基礎(chǔ)，即，以SPD的端子數(shù)確定其試驗程序，而不是由SPD內(nèi)部的保護元器件數(shù)量決定。在1.2中給出了SPD的結(jié)構(gòu)示意圖。對于多路的SPD，每一路可以單獨地進行試驗，也可以根據(jù)需要同時對所有線路進行試驗。
本部分的試驗條件和試驗要求的范圍很寬，在使用時由用戶自主決定。但1.3中給出了本部分中有關(guān)各類SPD的要求。本部分是一個性能標準，只對SPD能力提出要求，有關(guān)故障率及其解釋由用戶考慮。關(guān)于SPD的選用原則將包括在GB/T 18802.22中。
如果SPD是一個單元件器件，則它須滿足有關(guān)標準以及本部分的要求。
1 總 則
1.1 范 圍
本部分適用于對受到雷電或其他瞬態(tài)過電壓直接或間接影響的電信和信號網(wǎng)絡(luò)進行防護的電涌保護器(以下稱為SPD—Surge protective device)。
這些SPD的作用是對連接到系統(tǒng)標稱電壓最高為交流1000V(有效值)、直流1500V的電信網(wǎng)絡(luò)和信號網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代電子設(shè)備進行保護。
1.2 SPD的結(jié)構(gòu)
本部分所述SPD的結(jié)構(gòu)如圖1所示。每種SPD由一個或幾個電壓限制元件組成，并可能包含電流限制元件。
說明：
V——電壓限制元件；
V，I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1，X2…Xn——線路端子；
Y1，Y2…Yn——被保護的線路端子；
C——公共端子。
a 可能不提供公共端子C。
圖1 SPD的結(jié)構(gòu)示意圖
1.3 本部分的使用
本部分考慮兩類基本的SPD。
第1類SPD內(nèi)至少包含一個電壓限制元件，但沒有電流限制元件。圖1中各種結(jié)構(gòu)的SPD都屬于這種類型。這些SPD應(yīng)滿足5.1、5.2.1和5.3的要求(見表1)。圖1b)、1d)、1e)和1f)所示的SPD的線路接線端子和對應(yīng)的被保護的線路接線端子之間可包含有一個線性元件。這樣的SPD也應(yīng)滿足5.2.2中適用的要求。
第2類SPD內(nèi)裝有電壓限制元件和電流限制元件。圖1b)、1d)、1e)和1f)所示的SPD的結(jié)構(gòu)形式適用于同時包含電壓限制元件和電流限制元件的SPD。這樣的SPD也應(yīng)滿足5.1、5.2.1、5.2.2和5.3的要求(見表1)。只包含電流限制元件的保護裝置的結(jié)構(gòu)見附錄A。
根據(jù)應(yīng)用情況SPD還需滿足一些附加的要求，在5.2.3和5.4中闡述了這些附加要求(見表1)。
根據(jù)SPD在通信和信號網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用情況，在5.2.3中提出了這些SPD可能需要符合的傳輸特性試驗。根據(jù)預(yù)計的SPD的用途，應(yīng)從5.2.3中選擇適用的傳輸特性試驗。表1對如何選擇適用的傳輸特性試驗提供了一般性的指導(dǎo)。
在5.4中提出了當(dāng)SPD只在如4.1所述的不受控制的環(huán)境中使用時的環(huán)境要求。經(jīng)過用戶和制造商協(xié)商之后SPD應(yīng)滿足這些要求。表1給出了各種類型的SPD應(yīng)滿足的要求的示例。
2 規(guī)范性引用文件
2 規(guī)范性引用文件
下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
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IEC 61643-11：2011 低壓電涌保護器(SPD) 第11部分：低壓電源系統(tǒng)的電涌保護器——性能要求和試驗方法(Surge protective devices connected to low-voltage power distributionsystems—Part 1：Performance requirements and testing methods)
ITU-T K.44：2011 對于暴露在過壓和過流狀態(tài)中的通信設(shè)備的抵抗力測試 基本建議(Resistibility tests for telecommunication equipmentexposed to overvoltages and overcurrents—Basic Recommendation)
ITU-T K.55 IDC終端的過電壓和過電流要求[Overvoltage and overcurrent requirements for insulation displacement connectors(IDC)terminations]
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ITU-T 0.9：1999 評價對地不平衡度的測量裝置
3 術(shù)語和定義
3.1
型號 model number
在SPD上及其文件中用于識別SPD的代碼。
3.2
優(yōu)選值 preferred values
供各項試驗優(yōu)先選用的參數(shù)值。優(yōu)選值的意義在于使用這些參數(shù)值促進了一致性和提供了在各種保護器件之間進行比較的手段。這些優(yōu)選值也為使用電信和信號網(wǎng)絡(luò)電涌保護器的用戶和制造商提供了一種有益的、共同的工程語言。但對于特殊用途，可要求使用不同于表中所列的優(yōu)選值。
3.3
過載故障模式 overstressed fault mode
模式1 SPD的電壓限制部分已斷開，電壓限制功能不再存在，但是線路仍可運行；
模式2 SPD的電壓限制部分已被SPD內(nèi)部一個很小的阻抗所短路，線路不可運行，但是設(shè)備仍受到一個短路電路的保護；
模式3 SPD的電壓限制部分網(wǎng)絡(luò)側(cè)內(nèi)部開路，線路不運行，但是設(shè)備仍然受到開路保護。
3.4
保護 protection
阻止過強的干擾電能量穿過所設(shè)計的接口的方法和措施。
3.5
電流響應(yīng)時間 current response time
在特定的電流和特定的溫度下電流限制元件動作所需要的時間。
3.6
最大持續(xù)運行電壓 maximum continuous operating voltage
Uc
可連續(xù)施加在SPD端子上，且不致引起SPD傳輸特性降低的最大電壓(直流或交流有效值)。
3.7
最大中斷電壓 maximum interruption voltage
可施加在SPD電流限制元件上，且不致引起SPD特性降低的最大電壓(直流或交流有效值)。該電壓可等于或高于SPD的最大持續(xù)運行電壓Uc，取決于SPD內(nèi)部電流限制元件的配置。
3.8
電涌保護器 surge protective device
SPD
當(dāng)由電涌引起的電壓超過預(yù)定的電壓水平時，用于限制指定端口電壓的器件。
注1：可包含輔助功能，如限制終端電流的電流限制功能。
注2：通常，保護電路中至少包含一個非線性的電壓限制元件。
注3：電涌保護器(SPD)是一個具有連線端子連接到電路導(dǎo)體的完整裝配。
3.9
電壓限制 voltage limiting
SPD降低所有超過預(yù)定電壓值的一種功能。
3.10
電流限制 current limiting
SPD降低超過預(yù)定電流值的一種功能，至少包含一個非線性電流限制元件。
3.11
總放電電流ITotal total discharge current ITotal
在總放電電流試驗中，流過多端子SPD接地端(公共端子C)的電流。
注：也稱之為“總電涌電流”。
3.12
可人工恢復(fù)電流限制 resettable current limiting
SPD在動作后可人工恢復(fù)電流限制的功能。
3.13
可自恢復(fù)電流限制 self-resettable current limiting
在干擾電流消失后，SPD能自動恢復(fù)電流限制的功能。
3.14
限壓型SPD voltage clamping type SPD
這種SPD在無電涌出現(xiàn)時呈高阻抗，當(dāng)電涌電壓超過其閾值水平時，其阻抗會隨著電流增大而不斷降低。
注：電壓限制型SPD常用元件有：壓敏電阻(如MOV)和雪崩擊穿二極管(ABD)。
3.15
電壓開關(guān)型SPD voltage switching type SPD
這種SPD在無電涌出現(xiàn)時呈高阻抗，當(dāng)電涌電壓超過其閾值水平時，其突變?yōu)闃O低阻抗。
注：電壓開關(guān)型SPD常用元件有：放電間隙、氣體放電管(GDT)、電涌抑制晶閘管(TSS)。
3.16
電壓保護水平 voltage protection level
Up
表征一個SPD限制其兩端電壓的特性參數(shù)。該電壓值大于沖擊限制電壓的最大實測值，由制造商確定。
3.17
多級SPD multi-stage SPD
具有不止一個電壓限制元件的SPD。這些電壓限制元件可以是被一系列元件在電氣上分離開，也可以不是。這些電壓限制元件可以是開關(guān)型的，也可以是限壓型的。
3.18
盲點 blind spot
高于最大持續(xù)運行電壓Uc，但可引起SPD不完全動作的工作點。所謂SPD的不完全動作是指一個多級SPD在沖擊試驗時不是所有各級都能動作。這可造成SPD中的一些元件遭受過載。
3.19
交流耐受能力 a.c.durability
表征SPD容許通過規(guī)定幅值的交流電流，并耐受規(guī)定次數(shù)的特性。
3.20
沖擊耐受能力 impulse durability
表征SPD容許通過規(guī)定波形、峰值和次數(shù)的沖擊電流的特性。
3.21
電流恢復(fù)時間 current reset time
一個自恢復(fù)電流限制器恢復(fù)到正?；蜢o止狀態(tài)所需要的時間。
3.22
額定電流 rated current
一個電流限制型SPD在不引起電流限制元件的阻抗產(chǎn)生變化的能持續(xù)流過的最大電流。
注：這也適用于線性串聯(lián)元件。
3.23
絕緣電阻 insulation resistance
SPD指定的端子之間施加最大持續(xù)運行電壓Uc時呈現(xiàn)的電阻。
3.24
回波損耗 return loss
反射系數(shù)倒數(shù)的模，一般以分貝(dB)來表示。
注：當(dāng)阻抗可以確定時，回波損耗(單位：dB)由下式給出：
20lgMOD[(Z1＋Z2)/(Z1－Z2)]
式中：
Z1——不連續(xù)處之前的傳輸線的特性阻抗或源的阻抗；
Z2——不連續(xù)處之后的阻抗或從源和負荷之間的結(jié)合處看進去的負荷阻抗(GB/T 14733.7-2008)。
3.25
誤碼率 bit error ratio；BER
在給定時間間隔內(nèi)，誤碼數(shù)與所傳遞的總碼數(shù)之比。
3.26
插入損耗 insertion loss
由于在傳輸系統(tǒng)中插入一個SPD所引起的損耗。它是在SPD插入前傳遞到后面的系統(tǒng)部分的功率與SPD插入后傳遞到同一部分的功率之比。插入損耗通常用分貝(dB)來表示。(GB/T 14733.2-2008)。
3.27
近端串?dāng)_(NEXT) near-end crosstalk
串?dāng)_在被干擾的通道中傳輸，其方向與該通道中電流傳輸?shù)姆较蛳喾?。被干擾通道的端部基本上靠近產(chǎn)生干擾的通道的激勵端，或與之重合。
3.28
縱向平衡(模擬音頻電路) longitudinal balance(analogue voice frequency circuits)
組成一個線對的兩根導(dǎo)線在電氣上的對地對稱。
3.29
縱向平衡(數(shù)據(jù)傳輸) longitudinal balance(date transmission)
一平衡電路中兩個及兩個以上導(dǎo)線的對地(或公共點)阻抗相似性的量度。該術(shù)語用來表示對共模干擾的敏感度。
3.30
縱向平衡(通信和控制電纜) longitudinal balance(communication and control cables)
騷擾的對地共模電壓(縱向的)Vs(r.m.s.)與受試SPD的合成差模電壓(金屬線的)Vm(r.m.s.)之比，以分貝(dB)來表示。
注：以dB表示的縱向平衡值由下式給出：20lg(Vs/Vm)，式中的Vs和Vm是以同一頻率測量的。
3.31
縱向平衡(電信) longitudinal balance(telecommunications)
騷擾的共模電壓(縱向的)Vs與受試SPD的合成差模電壓(金屬線的)Vm之比，以分貝(dB)來表示。
3.32
電涌(電信) surge(telecommunications)
從外部電源耦合在電信線路上的暫時的過電壓或過電流，或兩者兼有。
注1：典型的電源是雷電和AC/DC電力系統(tǒng)。
注2：電氣耦合有以下一種或幾種方式：電場、磁場、電磁場、傳導(dǎo)。
3.33
標稱放電電流 nominal discharge current
In
流過SPD具有8/20波形電流的峰值。
3.34
額定電涌電流 rated surge current
ISM
流過SPD具有規(guī)定波形沖擊電流的最大值。
3.35
沖擊放電電流 impulse discharge current
Iimp
流過SPD具有10/350波形放電電流的峰值。
4 使用條件和測試條件
4.2 測試溫度和測試濕度
SPD應(yīng)在溫度為25℃±10℃，相對濕度為25％～75％的環(huán)境下測試。
如果制造商或用戶要求，SPD應(yīng)在預(yù)期使用溫度范圍的極限溫度下進行測試，依應(yīng)用情況而定。所選的溫度范圍可比4.1的整個溫度范圍要窄。
對于特定的SPD工藝，可以預(yù)先知道所選擇溫度范圍中只有一個極限溫度代表最不利測試條件。在這種情況下只應(yīng)在代表最不利測試條件的極限溫度下試驗。對同樣的SPD工藝，在進行第6章中所述的各種測試時，這個極限溫度可能不同。
當(dāng)要求在極限溫度下測試時，SPD應(yīng)有足夠的時間逐漸地加熱或冷卻到極限溫度，以免其受到熱沖擊。除非另有規(guī)定，最少應(yīng)用1h的時間。在試驗前，應(yīng)使SPD在規(guī)定的溫度下保持足夠的時間，以達到熱平衡。除非另有規(guī)定，最少應(yīng)用15min的時間。
4.3 SPD測試
在測試本部分所包括的SPD時，應(yīng)使用這些SPD在現(xiàn)場安裝時使用的連接器或接線端子。另外，應(yīng)在這些SPD的連接器或接線端子處進行測量。對于那些帶有接線座或插頭的SPD，其接線座或插頭應(yīng)是測試的一部分。
當(dāng)應(yīng)用在通信系統(tǒng)中，ITU-T在K系列的保護支架(K.65)和終端模塊(K.55)標準中給出了要求。
在用接線座進行試驗時，應(yīng)盡量靠近用于外部連接的SPD底座(端子?？?的端部進行測量。用于測量的波形記錄儀器應(yīng)符合IEC 61083-1中有關(guān)測量的專門規(guī)定。
注：對于波形記錄儀器的設(shè)置，見附錄D。
圖1c)，1e)和1f)中的SPD都可有一個總放電電流ITotal的公共電流通路(包括保護元件或僅內(nèi)部連接)，制造商應(yīng)說明這個公共電流通路的最大總放電電流值。該電流值可能比每個線路端子的最大載流能力的n倍要小，n等于線路端子的個數(shù)。
有關(guān)試品的抽樣數(shù)量和允許的故障率等要由用戶和制造商之間進行協(xié)商。
4.4 波形允許誤差
波形參數(shù)A/B的定義遵照IEC 60060-1：1989的規(guī)定(也請見IEC 61000-4-5)，A是波前時間(單位：μs)，B是半峰值時間(單位：μs)。表2列出了本部分所用波形的允許誤差。
5 要 求
6 型式試驗
7 驗收試驗
7 驗收試驗
驗收試驗按制造商和用戶之間的協(xié)議進行。
說明：
O、O1、O2——示波器；
E、E1、E2——直流或交流電壓源；
G——沖擊發(fā)生器；
IE——隔離單元；
Rs、Rs1、Rs2——無感電源電阻；
D、D1、D2——用于直流電源的二極管，用于交流電源的去耦元件；
V——電壓限制元件；
V、I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1、X2——線路端子；
Y1、Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖2 沖擊復(fù)位時間的試驗電路
說明：
A，A1，A2——電流表；
E——交流電壓源；
Rs，Rs1，Rs2——無感電源電阻；
V——電壓限制元件；
V，I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1，X2——線路端子；
Y1，Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖3 交流耐受試驗和過載故障模式的試驗電路
說明：
O，O1，O2——示波器，用于沖擊耐受試驗期間監(jiān)視Up；
G——沖擊發(fā)生器；
CD——分流元件；
V——電壓限制元件；
V，I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1，X2——線路端子；
Y1，Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖4 沖擊耐受試驗和過載故障模式的試驗電路
說明：
A，A1，A2——電流表；
E，E1，E2——交流電壓源；
Rs，Rs1，Rs2——無感電源電阻；
V，I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1，X2——線路端子；
Y1，Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖5 檢驗額定電流、串聯(lián)電阻、響應(yīng)時間、電流恢復(fù)時間、最大中斷電壓和動作負載的試驗電路
說明：
A，A1，A2——電流表；
E——交流電壓源；
Rs，Rs1，Rs2——無感電源電阻；
V，I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1，X2——線路端子；
Y1，Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖6 交流耐受試驗電路
說明：
O，O1，O2——示波器；
G——沖擊發(fā)生器；
V，I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1，X2——線路端子；
Y1，Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖7 沖擊耐受試驗電路
說明：
Vs——干擾共模電壓(縱向的)；
Vm——差模電壓(導(dǎo)線間)；
Z1，Z2——終端阻抗；
V——電壓限制元件；
V，I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1，X2——線路端子；
Y1，Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖10 縱向平衡試驗電路
說明：
T——BER檢測器；
V——電壓限制元件；
V，I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1，X2——線路端子；
Y1，Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖11 檢驗誤碼率的試驗電路
說明：
E，E1，E2——直流或交流電壓源；
Rs，Rs1，Rs2——無感電源電阻；
V——電壓限制元件；
V，I——電壓限制元件或電壓限制元件與電流限制元件的組合；
X1，X2——線路端子；
Y1，Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖13 高溫/高濕度耐受試驗和環(huán)境循環(huán)試驗電路
參考文獻
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[17] ITU-T Recommendation K.28：1993, Characteristics of semi-conductor arrester assemblies for the protection of telecommunications installations
[18] ITU-T Recommendation K.30：1993 Positive temperature coefficient(PTC)thermistors
[19] ITU-T Recommendation K.45：2008, Resistibility of telecommunication equipment installed in the access and trunk networks to overvoltages and overcurrents
附錄A 只帶有電流限制元件的保護器件
附錄A (資料性附錄)
只帶有電流限制元件的保護器件
圖A．1顯示了只帶有電流限制元件的保護器件的結(jié)構(gòu)。應(yīng)按5．2．2中適用的要求對這種器件進行試驗。按6．2．2試驗時所用的電壓源的電壓應(yīng)小于或等于制造商規(guī)定的最大中斷電壓。視其應(yīng)用情況，電流保護器件也應(yīng)按6．3進行試驗和按6．2．3選擇試驗。
說明：
I——電流限值元件；
X1，X2——線路端子；
Y1，Y2——被保護的線路端子；
C——公共端子。
圖A．1 只帶有電流限值元件的保護器件的結(jié)構(gòu)
附錄B
附 錄 B
空缺
附錄C
附 錄 C
空缺
附錄D 測量精度
附 錄 D
(資料性附錄)
測量精度
IEC 61083-1規(guī)定了模擬式和數(shù)字式的脈沖記錄儀器，如帶探針的數(shù)字示波器。模擬式記錄器的上升時間應(yīng)比信號上升時間快5倍，以確保在所顯示的上升時間中，偏差小于2％。數(shù)字式記錄器的采樣時間至少為30/TX，其中TX是所需測量的時間間隔。在只要求沖擊參數(shù)被分析的試驗中，推薦使用額定分辨率為全偏差的0.4％(即2-8的全偏差)或精度更高的儀器。在相關(guān)需要比對記錄結(jié)果的測試中，應(yīng)使用額定分辨率為全偏差的0.2％(即2-9的全偏差)或精度更高的儀器。IEC 61083-1也提出了某些特定波形的額外精度參數(shù)。
附錄E 允通電流IP的測定
附 錄 E
(資料性附錄)
允通電流Ip的測定
測定SPD輸出端的最大允通電流Ip時，其輸入端需接受從表3選擇的規(guī)定沖擊測試。應(yīng)測量短路的輸出電流波形(圖E.1到E.6)，如果所測得的波形與表3給出波形一致，則Ip值即為測得電流的峰值。如果所測得的波形偏離表3中的指定波形，則假設(shè)從圖1 b)到圖1 f)，所測得的最大電流即相當(dāng)于Ip。在圖l a)中，Ip等于發(fā)生器的短路電流。要得到一個配合的準確計算，有必要使用允通能量(LTE)方法(見GB/T 18802.12條款F.5或IEC 62305-4條款C.4)。
允通電流Ip的測定用來計算SPD的配合性(見GB/T 18802.22圖E.1)。
如果規(guī)定了多個測試脈沖，應(yīng)在每個測試沖擊中顯示Up和Ip的最大值。根據(jù)SPD的類型(見1.2)來選擇以下a)、b)或c)試驗。
a) 測試脈沖的非對稱性以確定差模Ip(見圖E.1)，在SPD的輸入端施加測試脈沖。
b) 測試脈沖的非對稱性以確定共模Ip(見圖E.2)，在SPD的輸入端施加測試脈沖。
c) 測試脈沖的對稱性以確定差模Ip(見圖E.3)，在SPD的輸入端用均流器(1:2)施加測試脈沖。
d) 測試脈沖的非對稱性以確定差模Ip(見圖E.4)，在SPD的輸入端施加測試脈沖。
e) 測試脈沖的對稱性以確定共模Ip(見圖E.2)，在SPD的輸入端用均流器(1:2)施加測試脈沖。
f) 測試脈沖的對稱性以確定差模Ip(見圖E，3)，在SPD的輸入端用均流器(1:n)施加測試脈沖。
附錄F 測量UP的基本電路
附 錄 F
(資料性附錄)
測量Up的基本電路
注1：XA和XB為沖擊電流發(fā)生器的連接端，它們依次連接到由端子X1，X2到端子Xn的端子對。
注2：YA和YB連接到與測試的X端子對相對應(yīng)的Y端子對來測量Up。
注3：可能連接到C端子來進行ITU-T的試驗設(shè)置。
圖F．1 圖1中SPD的差模Up測量
附錄G 電信系統(tǒng)的特別抵抗性
附 錄 G
(資料性附錄)
電信系統(tǒng)的特別抵抗性
當(dāng)無法安裝總線SPD，或者無法實現(xiàn)總線SPD和電信系統(tǒng)的連接時，就要求特別的抵抗性。
例如，ITU-T K.44要求一個開路電壓為13kV，短路電流為325A的B2類的沖擊。
