（免费下载）GB/T 18802．21-2016 低压电涌保护器 第21部分：电信和信号网络的电涌保护器(SPD)性能要求和试验方法
引 言
引 言
本部分旨在确定用于保护电信和信号系统(如低压数据回路、音频电路和报警电路)的电涌保护器(SPD)的要求。电信和信号系统可能会直接或通过感应而遭受雷电和电力线路故障的影响，致使系统承受足以造成损坏的过电压或过电流或者两者同时作用。电涌保护器(SPD)就是防止系统免遭由于雷电和电力线路故障产生的过电压和过电流作用的一种保护装置。本部分描述了试验项目和要求，根据这些试验和要求建立了对SPD进行试验和确定其性能的方法。
本部分中的SPD包括仅有过电压保护功能的元件和过电压过电流组合的保护元件。仅有过电流保护元件的SPD不是本标准的内容，但附录A中包含了仅含有限流保护元件的SPD。
一个SPD可以由几个过电压和过电流保护元件组成，但所有SPD的试验是以“黑箱”为基础，即，以SPD的端子数确定其试验程序，而不是由SPD内部的保护元器件数量决定。在1.2中给出了SPD的结构示意图。对于多路的SPD，每一路可以单独地进行试验，也可以根据需要同时对所有线路进行试验。
本部分的试验条件和试验要求的范围很宽，在使用时由用户自主决定。但1.3中给出了本部分中有关各类SPD的要求。本部分是一个性能标准，只对SPD能力提出要求，有关故障率及其解释由用户考虑。关于SPD的选用原则将包括在GB/T 18802.22中。
如果SPD是一个单元件器件，则它须满足有关标准以及本部分的要求。
1 总 则
1.1 范 围
本部分适用于对受到雷电或其他瞬态过电压直接或间接影响的电信和信号网络进行防护的电涌保护器(以下称为SPD—Surge protective device)。
这些SPD的作用是对连接到系统标称电压最高为交流1000V(有效值)、直流1500V的电信网络和信号网络的现代电子设备进行保护。
1.2 SPD的结构
本部分所述SPD的结构如图1所示。每种SPD由一个或几个电压限制元件组成，并可能包含电流限制元件。
说明：
V——电压限制元件；
V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1，X2…Xn——线路端子；
Y1，Y2…Yn——被保护的线路端子；
C——公共端子。
a 可能不提供公共端子C。
图1 SPD的结构示意图
1.3 本部分的使用
本部分考虑两类基本的SPD。
第1类SPD内至少包含一个电压限制元件，但没有电流限制元件。图1中各种结构的SPD都属于这种类型。这些SPD应满足5.1、5.2.1和5.3的要求(见表1)。图1b)、1d)、1e)和1f)所示的SPD的线路接线端子和对应的被保护的线路接线端子之间可包含有一个线性元件。这样的SPD也应满足5.2.2中适用的要求。
第2类SPD内装有电压限制元件和电流限制元件。图1b)、1d)、1e)和1f)所示的SPD的结构形式适用于同时包含电压限制元件和电流限制元件的SPD。这样的SPD也应满足5.1、5.2.1、5.2.2和5.3的要求(见表1)。只包含电流限制元件的保护装置的结构见附录A。
根据应用情况SPD还需满足一些附加的要求，在5.2.3和5.4中阐述了这些附加要求(见表1)。
根据SPD在通信和信号网络中的应用情况，在5.2.3中提出了这些SPD可能需要符合的传输特性试验。根据预计的SPD的用途，应从5.2.3中选择适用的传输特性试验。表1对如何选择适用的传输特性试验提供了一般性的指导。
在5.4中提出了当SPD只在如4.1所述的不受控制的环境中使用时的环境要求。经过用户和制造商协商之后SPD应满足这些要求。表1给出了各种类型的SPD应满足的要求的示例。
2 规范性引用文件
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
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GB/T 18802.22-2008 低压电涌保护器 第22部分：电信和信号网络的电涌保护器(SPD)选择和使用导则(IEC 61643-22：2004，IDT)
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IEC 60529 外壳防护等级(IP代码)[Degrees of protection provided by enclosures(IPcode)]
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IEC 61083-1 高电压冲击测量仪器和软件 第1部分：对仪器的要求(Digital recorders for mea-surementsin high voltage impulse tests-Part 1：Requirements for digital recorders)
IEC 61180-1：1992 低压电气设备的高电压试验技术 第1部分：定义和试验要求(High-voltage test techniques for low-voltage equipment-Part 1：Definitions，test and procedure requirements)
IEC 61643-1 低压配电系统的电涌保护器(SPD) 第1部分：性能要求和试验方法(Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems-Part 1：Performance requirements and testing methods)
IEC 61643-11：2011 低压电涌保护器(SPD) 第11部分：低压电源系统的电涌保护器——性能要求和试验方法(Surge protective devices connected to low-voltage power distributionsystems—Part 1：Performance requirements and testing methods)
ITU-T K.44：2011 对于暴露在过压和过流状态中的通信设备的抵抗力测试 基本建议(Resistibility tests for telecommunication equipmentexposed to overvoltages and overcurrents—Basic Recommendation)
ITU-T K.55 IDC终端的过电压和过电流要求[Overvoltage and overcurrent requirements for insulation displacement connectors(IDC)terminations]
ITU-T K.82 具有测试端口或SPD接点的终端模型的过电压和过电流要求(Characteristics and ratings of solid-state，self-restoringovercurrent protectors for the protection of telecommunications installations)
ITU-T 0.9：1999 评价对地不平衡度的测量装置
3 术语和定义
3.1
型号 model number
在SPD上及其文件中用于识别SPD的代码。
3.2
优选值 preferred values
供各项试验优先选用的参数值。优选值的意义在于使用这些参数值促进了一致性和提供了在各种保护器件之间进行比较的手段。这些优选值也为使用电信和信号网络电涌保护器的用户和制造商提供了一种有益的、共同的工程语言。但对于特殊用途，可要求使用不同于表中所列的优选值。
3.3
过载故障模式 overstressed fault mode
模式1 SPD的电压限制部分已断开，电压限制功能不再存在，但是线路仍可运行；
模式2 SPD的电压限制部分已被SPD内部一个很小的阻抗所短路，线路不可运行，但是设备仍受到一个短路电路的保护；
模式3 SPD的电压限制部分网络侧内部开路，线路不运行，但是设备仍然受到开路保护。
3.4
保护 protection
阻止过强的干扰电能量穿过所设计的接口的方法和措施。
3.5
电流响应时间 current response time
在特定的电流和特定的温度下电流限制元件动作所需要的时间。
3.6
最大持续运行电压 maximum continuous operating voltage
Uc
可连续施加在SPD端子上，且不致引起SPD传输特性降低的最大电压(直流或交流有效值)。
3.7
最大中断电压 maximum interruption voltage
可施加在SPD电流限制元件上，且不致引起SPD特性降低的最大电压(直流或交流有效值)。该电压可等于或高于SPD的最大持续运行电压Uc，取决于SPD内部电流限制元件的配置。
3.8
电涌保护器 surge protective device
SPD
当由电涌引起的电压超过预定的电压水平时，用于限制指定端口电压的器件。
注1：可包含辅助功能，如限制终端电流的电流限制功能。
注2：通常，保护电路中至少包含一个非线性的电压限制元件。
注3：电涌保护器(SPD)是一个具有连线端子连接到电路导体的完整装配。
3.9
电压限制 voltage limiting
SPD降低所有超过预定电压值的一种功能。
3.10
电流限制 current limiting
SPD降低超过预定电流值的一种功能，至少包含一个非线性电流限制元件。
3.11
总放电电流ITotal total discharge current ITotal
在总放电电流试验中，流过多端子SPD接地端(公共端子C)的电流。
注：也称之为“总电涌电流”。
3.12
可人工恢复电流限制 resettable current limiting
SPD在动作后可人工恢复电流限制的功能。
3.13
可自恢复电流限制 self-resettable current limiting
在干扰电流消失后，SPD能自动恢复电流限制的功能。
3.14
限压型SPD voltage clamping type SPD
这种SPD在无电涌出现时呈高阻抗，当电涌电压超过其阈值水平时，其阻抗会随着电流增大而不断降低。
注：电压限制型SPD常用元件有：压敏电阻(如MOV)和雪崩击穿二极管(ABD)。
3.15
电压开关型SPD voltage switching type SPD
这种SPD在无电涌出现时呈高阻抗，当电涌电压超过其阈值水平时，其突变为极低阻抗。
注：电压开关型SPD常用元件有：放电间隙、气体放电管(GDT)、电涌抑制晶闸管(TSS)。
3.16
电压保护水平 voltage protection level
Up
表征一个SPD限制其两端电压的特性参数。该电压值大于冲击限制电压的最大实测值，由制造商确定。
3.17
多级SPD multi-stage SPD
具有不止一个电压限制元件的SPD。这些电压限制元件可以是被一系列元件在电气上分离开，也可以不是。这些电压限制元件可以是开关型的，也可以是限压型的。
3.18
盲点 blind spot
高于最大持续运行电压Uc，但可引起SPD不完全动作的工作点。所谓SPD的不完全动作是指一个多级SPD在冲击试验时不是所有各级都能动作。这可造成SPD中的一些元件遭受过载。
3.19
交流耐受能力 a.c.durability
表征SPD容许通过规定幅值的交流电流，并耐受规定次数的特性。
3.20
冲击耐受能力 impulse durability
表征SPD容许通过规定波形、峰值和次数的冲击电流的特性。
3.21
电流恢复时间 current reset time
一个自恢复电流限制器恢复到正常或静止状态所需要的时间。
3.22
额定电流 rated current
一个电流限制型SPD在不引起电流限制元件的阻抗产生变化的能持续流过的最大电流。
注：这也适用于线性串联元件。
3.23
绝缘电阻 insulation resistance
SPD指定的端子之间施加最大持续运行电压Uc时呈现的电阻。
3.24
回波损耗 return loss
反射系数倒数的模，一般以分贝(dB)来表示。
注：当阻抗可以确定时，回波损耗(单位：dB)由下式给出：
20lgMOD[(Z1＋Z2)/(Z1－Z2)]
式中：
Z1——不连续处之前的传输线的特性阻抗或源的阻抗；
Z2——不连续处之后的阻抗或从源和负荷之间的结合处看进去的负荷阻抗(GB/T 14733.7-2008)。
3.25
误码率 bit error ratio；BER
在给定时间间隔内，误码数与所传递的总码数之比。
3.26
插入损耗 insertion loss
由于在传输系统中插入一个SPD所引起的损耗。它是在SPD插入前传递到后面的系统部分的功率与SPD插入后传递到同一部分的功率之比。插入损耗通常用分贝(dB)来表示。(GB/T 14733.2-2008)。
3.27
近端串扰(NEXT) near-end crosstalk
串扰在被干扰的通道中传输，其方向与该通道中电流传输的方向相反。被干扰通道的端部基本上靠近产生干扰的通道的激励端，或与之重合。
3.28
纵向平衡(模拟音频电路) longitudinal balance(analogue voice frequency circuits)
组成一个线对的两根导线在电气上的对地对称。
3.29
纵向平衡(数据传输) longitudinal balance(date transmission)
一平衡电路中两个及两个以上导线的对地(或公共点)阻抗相似性的量度。该术语用来表示对共模干扰的敏感度。
3.30
纵向平衡(通信和控制电缆) longitudinal balance(communication and control cables)
骚扰的对地共模电压(纵向的)Vs(r.m.s.)与受试SPD的合成差模电压(金属线的)Vm(r.m.s.)之比，以分贝(dB)来表示。
注：以dB表示的纵向平衡值由下式给出：20lg(Vs/Vm)，式中的Vs和Vm是以同一频率测量的。
3.31
纵向平衡(电信) longitudinal balance(telecommunications)
骚扰的共模电压(纵向的)Vs与受试SPD的合成差模电压(金属线的)Vm之比，以分贝(dB)来表示。
3.32
电涌(电信) surge(telecommunications)
从外部电源耦合在电信线路上的暂时的过电压或过电流，或两者兼有。
注1：典型的电源是雷电和AC/DC电力系统。
注2：电气耦合有以下一种或几种方式：电场、磁场、电磁场、传导。
3.33
标称放电电流 nominal discharge current
In
流过SPD具有8/20波形电流的峰值。
3.34
额定电涌电流 rated surge current
ISM
流过SPD具有规定波形冲击电流的最大值。
3.35
冲击放电电流 impulse discharge current
Iimp
流过SPD具有10/350波形放电电流的峰值。
4 使用条件和测试条件
4.2 测试温度和测试湿度
SPD应在温度为25℃±10℃，相对湿度为25％～75％的环境下测试。
如果制造商或用户要求，SPD应在预期使用温度范围的极限温度下进行测试，依应用情况而定。所选的温度范围可比4.1的整个温度范围要窄。
对于特定的SPD工艺，可以预先知道所选择温度范围中只有一个极限温度代表最不利测试条件。在这种情况下只应在代表最不利测试条件的极限温度下试验。对同样的SPD工艺，在进行第6章中所述的各种测试时，这个极限温度可能不同。
当要求在极限温度下测试时，SPD应有足够的时间逐渐地加热或冷却到极限温度，以免其受到热冲击。除非另有规定，最少应用1h的时间。在试验前，应使SPD在规定的温度下保持足够的时间，以达到热平衡。除非另有规定，最少应用15min的时间。
4.3 SPD测试
在测试本部分所包括的SPD时，应使用这些SPD在现场安装时使用的连接器或接线端子。另外，应在这些SPD的连接器或接线端子处进行测量。对于那些带有接线座或插头的SPD，其接线座或插头应是测试的一部分。
当应用在通信系统中，ITU-T在K系列的保护支架(K.65)和终端模块(K.55)标准中给出了要求。
在用接线座进行试验时，应尽量靠近用于外部连接的SPD底座(端子模快)的端部进行测量。用于测量的波形记录仪器应符合IEC 61083-1中有关测量的专门规定。
注：对于波形记录仪器的设置，见附录D。
图1c)，1e)和1f)中的SPD都可有一个总放电电流ITotal的公共电流通路(包括保护元件或仅内部连接)，制造商应说明这个公共电流通路的最大总放电电流值。该电流值可能比每个线路端子的最大载流能力的n倍要小，n等于线路端子的个数。
有关试品的抽样数量和允许的故障率等要由用户和制造商之间进行协商。
4.4 波形允许误差
波形参数A/B的定义遵照IEC 60060-1：1989的规定(也请见IEC 61000-4-5)，A是波前时间(单位：μs)，B是半峰值时间(单位：μs)。表2列出了本部分所用波形的允许误差。
5 要 求
6 型式试验
7 验收试验
7 验收试验
验收试验按制造商和用户之间的协议进行。
说明：
O、O1、O2——示波器；
E、E1、E2——直流或交流电压源；
G——冲击发生器；
IE——隔离单元；
Rs、Rs1、Rs2——无感电源电阻；
D、D1、D2——用于直流电源的二极管，用于交流电源的去耦元件；
V——电压限制元件；
V、I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1、X2——线路端子；
Y1、Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图2 冲击复位时间的试验电路
说明：
A，A1，A2——电流表；
E——交流电压源；
Rs，Rs1，Rs2——无感电源电阻；
V——电压限制元件；
V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1，X2——线路端子；
Y1，Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图3 交流耐受试验和过载故障模式的试验电路
说明：
O，O1，O2——示波器，用于冲击耐受试验期间监视Up；
G——冲击发生器；
CD——分流元件；
V——电压限制元件；
V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1，X2——线路端子；
Y1，Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图4 冲击耐受试验和过载故障模式的试验电路
说明：
A，A1，A2——电流表；
E，E1，E2——交流电压源；
Rs，Rs1，Rs2——无感电源电阻；
V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1，X2——线路端子；
Y1，Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图5 检验额定电流、串联电阻、响应时间、电流恢复时间、最大中断电压和动作负载的试验电路
说明：
A，A1，A2——电流表；
E——交流电压源；
Rs，Rs1，Rs2——无感电源电阻；
V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1，X2——线路端子；
Y1，Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图6 交流耐受试验电路
说明：
O，O1，O2——示波器；
G——冲击发生器；
V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1，X2——线路端子；
Y1，Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图7 冲击耐受试验电路
说明：
Vs——干扰共模电压(纵向的)；
Vm——差模电压(导线间)；
Z1，Z2——终端阻抗；
V——电压限制元件；
V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1，X2——线路端子；
Y1，Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图10 纵向平衡试验电路
说明：
T——BER检测器；
V——电压限制元件；
V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1，X2——线路端子；
Y1，Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图11 检验误码率的试验电路
说明：
E，E1，E2——直流或交流电压源；
Rs，Rs1，Rs2——无感电源电阻；
V——电压限制元件；
V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；
X1，X2——线路端子；
Y1，Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图13 高温/高湿度耐受试验和环境循环试验电路
参考文献
参考文献
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[17] ITU-T Recommendation K.28：1993, Characteristics of semi-conductor arrester assemblies for the protection of telecommunications installations
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[19] ITU-T Recommendation K.45：2008, Resistibility of telecommunication equipment installed in the access and trunk networks to overvoltages and overcurrents
附录A 只带有电流限制元件的保护器件
附录A (资料性附录)
只带有电流限制元件的保护器件
图A．1显示了只带有电流限制元件的保护器件的结构。应按5．2．2中适用的要求对这种器件进行试验。按6．2．2试验时所用的电压源的电压应小于或等于制造商规定的最大中断电压。视其应用情况，电流保护器件也应按6．3进行试验和按6．2．3选择试验。
说明：
I——电流限值元件；
X1，X2——线路端子；
Y1，Y2——被保护的线路端子；
C——公共端子。
图A．1 只带有电流限值元件的保护器件的结构
附录B
附 录 B
空缺
附录C
附 录 C
空缺
附录D 测量精度
附 录 D
(资料性附录)
测量精度
IEC 61083-1规定了模拟式和数字式的脉冲记录仪器，如带探针的数字示波器。模拟式记录器的上升时间应比信号上升时间快5倍，以确保在所显示的上升时间中，偏差小于2％。数字式记录器的采样时间至少为30/TX，其中TX是所需测量的时间间隔。在只要求冲击参数被分析的试验中，推荐使用额定分辨率为全偏差的0.4％(即2-8的全偏差)或精度更高的仪器。在相关需要比对记录结果的测试中，应使用额定分辨率为全偏差的0.2％(即2-9的全偏差)或精度更高的仪器。IEC 61083-1也提出了某些特定波形的额外精度参数。
附录E 允通电流IP的测定
附 录 E
(资料性附录)
允通电流Ip的测定
测定SPD输出端的最大允通电流Ip时，其输入端需接受从表3选择的规定冲击测试。应测量短路的输出电流波形(图E.1到E.6)，如果所测得的波形与表3给出波形一致，则Ip值即为测得电流的峰值。如果所测得的波形偏离表3中的指定波形，则假设从图1 b)到图1 f)，所测得的最大电流即相当于Ip。在图l a)中，Ip等于发生器的短路电流。要得到一个配合的准确计算，有必要使用允通能量(LTE)方法(见GB/T 18802.12条款F.5或IEC 62305-4条款C.4)。
允通电流Ip的测定用来计算SPD的配合性(见GB/T 18802.22图E.1)。
如果规定了多个测试脉冲，应在每个测试冲击中显示Up和Ip的最大值。根据SPD的类型(见1.2)来选择以下a)、b)或c)试验。
a) 测试脉冲的非对称性以确定差模Ip(见图E.1)，在SPD的输入端施加测试脉冲。
b) 测试脉冲的非对称性以确定共模Ip(见图E.2)，在SPD的输入端施加测试脉冲。
c) 测试脉冲的对称性以确定差模Ip(见图E.3)，在SPD的输入端用均流器(1:2)施加测试脉冲。
d) 测试脉冲的非对称性以确定差模Ip(见图E.4)，在SPD的输入端施加测试脉冲。
e) 测试脉冲的对称性以确定共模Ip(见图E.2)，在SPD的输入端用均流器(1:2)施加测试脉冲。
f) 测试脉冲的对称性以确定差模Ip(见图E，3)，在SPD的输入端用均流器(1:n)施加测试脉冲。
附录F 测量UP的基本电路
附 录 F
(资料性附录)
测量Up的基本电路
注1：XA和XB为冲击电流发生器的连接端，它们依次连接到由端子X1，X2到端子Xn的端子对。
注2：YA和YB连接到与测试的X端子对相对应的Y端子对来测量Up。
注3：可能连接到C端子来进行ITU-T的试验设置。
图F．1 图1中SPD的差模Up测量
附录G 电信系统的特别抵抗性
附 录 G
(资料性附录)
电信系统的特别抵抗性
当无法安装总线SPD，或者无法实现总线SPD和电信系统的连接时，就要求特别的抵抗性。
例如，ITU-T K.44要求一个开路电压为13kV，短路电流为325A的B2类的冲击。
