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通信局(站)低压配电系统用电涌保护器测试方法

Testing Methods for Surge Protective Devices Connected to Low-voltage
Distribution Systems of Telecommunication Stations / Sites 中华人民共和国信息产业部发布目录

前言 ………………………………………………………………………………………… III 1 范围 …………………………………………………………………………………… 1 2 规范性引用文件 …………………………………………………………………………… 1 3 术语和定义 ……………………………………………………………………………… 1 4 对试验的一般要求 ……………………………………………………………………… 4 4.1 一般规定
......................................................................5 4.2 试验条件
......................................................................5 4.3 试验波形
.......................................................................5 5 整体质量检查 …………………………………………………………………………… 6 5.1 外观检查
......................................................................6 5.2 保护模式检查
...................................................................6 5.3 分离装置检查
..................................................................7 5.4 告警检查
........................................................7 5.5 接线端子连接导线能力的检查
....................................................7 6 电涌防护性能试验
…………………………………………………………………… 7 6.1 最大持续运行电压试验
...........................................................7 6.2 等级限制电压试验
.............................................................8 6.3 确定电压保护水平试验
..........................................................9 6.4 动作负载试验
.................................................................11 7 安全性能试验
………………………………………………………………………… 13 7.1 电气间隙和爬电距离检查
...........................................................13 7.2 外壳防护等级试验
.................................................................14 7.3 保护接地检查
.........................................................14 7.4 着火危险性试验(灼热丝试验)
.....................................................14 7.5 暂时过电压下失效的安全性试验
.....................................................15 7.6 暂时过电压耐受特性试验
...........................................................15 7.7 SPD 热稳定性试验
........................16 8 二端口 SPD 以及有独立输入 / 输出端子的一端口 SPD 的附加试验
………………………… 16 8.1 电压降试验
........................................................16 8.2 负载侧电涌耐受能力试验
...........................................................17 8.3 负载侧短路耐受能力试验
...........................................................17 9 环境适用性试验
……………………………………………………………………… ……… 18 9.1 振动试验
........................................................................18 9.2 高温试验
........................................................................18 9.3 低温试验
........................................................................18 9.4 交变湿热试验
....................................................................18 10 检验规则
………………………………………………………………………………… 19 10.1 交收检验
.......................................................................19 10.2 型式检验
.......................................................................19

前言

制定本标准的目的在于规范我国通信局(站)低压配电系统用电涌保护器的测试方法,并为电涌保护器的设计、生产、检验提供技术依据。 本标准主要依据 IEC61643-1:1998 《接至低压配电系统的电涌保护器第 1 部分:性能要求和测试方法》,参考 IEC61312-1 、 UL1449 、 IEEE Std C62.62 和 YD/T5098 等标准,并结合低压配电系统用电涌保护器在我国通信局(站)的实际应用情况而制定。 本标准规定了通信局(站)低压配电系统用电涌保护器的试验方法,并重点突出了防雷及电涌保护 的安全性和可靠性,以使标准具有科学性、更好的可操作性和实用性。在编写方法上遵循 GB/T1.1-2000 和 GB/T1.3-1997 的基本规则。标准 YD/T 1235.1-2002 《通信局(站)低压配电系统用电涌保护器技术要求》是本标准的技术要求。 本标准由信息产业部电信研究院提出并归口。 本标准起草单位:中讯邮电咨询设计院(原信息产业部邮电设计院)艾默生网络能源有限公司广东省电信公司科学技术研究院 本标准委托中讯邮电咨询设计院 ( 原信息产业部邮电设计院 ) 解释。本标准主要起草人:刘吉克、何亨文、金山、戴传友、罗森文、赖世能。本标准于 2002 年 11 月 8 日首次发布, 2002 年 11 月 8 日起实施。

通信局(站)低压配电系统用电涌保护器测试方法 1 范围

本标准规定了通信局(站)低压配电系统用电涌保护器(以下简称电涌保护器)的试验方法。本标准适用于通信局(站)低压配电系统各级(配电变压器低压侧、配电室及电力室交流输入端、各机房交直流配电柜(箱)等)用电涌保护器的质量检验与评定。集成在设备中的电涌保护器可参照执行。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。

GB 2423.1

电工电子产品基本环境试验规程

试验 A :低温试验方法

GB 2423.2

电工电子产品基本环境试验规程

试验 B :高温试验方法

GB 2423.4

电工电子产品基本环境试验规程

试验 Db :交变湿热试验方法

GB 2423.10

电工电子产品基本环境试验规程

试验 Fc :振动(正弦)试验方法

GB 5169.11

电工电子产品着火危险试验

试验方法

成品的灼热丝试验和导则

GB 10963

家电及类似场所用过电流保护断路器

GB/T 14048.1 低压开关设备和控制设备总则 YD/T 5098 通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范 YD/T1235.1 通信局(站)低压配电系统用电涌保护器技术要求 IEC 61180-1:1992 低压设备的高电压试验技术第 1 部分:定义、试验和程序要求 IEC 61312-1:1995 雷电电磁脉冲的防护第 1 部分:一般原则 IEC 61643-1:1998 连接至低压配电系统的电涌保护器第 1 部分:技术要求及试验方法 IEEE Std C62.62-2000 低压交流电路用电涌保护器的试验规范 UL 1449-1996 瞬态电压电涌抑制器标准

术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 电涌保护器 surge protective device , SPD

通过抑制瞬态过电压以及旁路电涌电流来保护设备的一种装置。它至少含有一个非线性元件。

3.2 一端口 SPD one-port SPD

一种与被保护电路并联连接的 SPD 。它可以有分离的输入和输出端子,但无专用的串联阻抗插入在输入与输出端子之间。

3.3 二端口 SPD two-port SPD

一种有输入及输出两组端子、且在其间插有专用串联阻抗的 SPD 。

3.4 限压型 SPD voltage limiting type SPD

在无电涌时呈高阻态,但随着电涌的增大,其阻抗不断降低的一种 SPD 。限压型 SPD 的常用器件有:压敏电阻器、瞬态抑制二极管等。

3.5 电压开关型 SPD voltage switching type SPD

在无电涌时呈高阻态,但对电涌响应时,其阻抗突变为低阻值的一种 SPD 。开关型 SPD 的常用器件有:火花间隙、气体放电管等。

3.6 组合型 SPD combination type SPD

由开关型器件和限压型器件组合而成的一种 SPD 。依据所加电压的特性,它可呈现出开关的特性或限压的特性或者这两者都有的特性。

3.7 保护模式 modes of protection

用于描述配电线路中 SPD 保护功能的配置情况。在交流配电系统中分为相线与相线( L-L )、相线与地线( L-PE )、相线与中性线( L-N )、中性线与地线( N-PE )之间等四种保护模式。在直流配电系统中分为正极与负极( V + -V - )、正极与地线( V + -PE )、负极与地线( V - -PE )之间等三种保护模式。 注:限压型 SPD 和具有限压特性的组合型 SPD 可用于任一保护模式。电压开关型 SPD 和具有开关特性的组合型 SPD 在 L-N 模式下应用时,其续流遮断的安全性问题正在研究中,因此本标准暂不涉及此方面的内容。

3.8 最大持续运行电压 maximum continuous operating voltage , U c

SPD 在运行中能持久耐受的最大直流电压或工频电压有效值。

3.9 第Ⅰ类试验用冲击电流 impulse current for class Ⅰ test, I imp

用于划分进行第Ⅰ类试验的 SPD 的等级。其波形一般由电流峰值和电荷量来确定。它用于第Ⅰ类试验的动作负载试验。 本标准中为明确起见, I imp 通过 10/350μs 电流波形和峰值 I peak 来表征。

3.10 标称放电电流 nominal discharge current , I n

用于划分进行第Ⅱ类试验的 SPD 等级的、具有 8/20μs 波形的放电电流峰值。它用于第Ⅰ类和第Ⅱ类试验的预备性试验。

3.11 最大放电电流(冲击通流容量) maximum discharge current , I max

SPD 不发生实质性破坏,能通过 8/20μs 波形的最大放电电流峰值。它用于第Ⅱ类试验的负载动作试验。 I max 大于 I n 。

3.12 混合波 combination wave

用于划分进行第Ⅲ类试验的 SPD 的等级,其波形由具有下列标准输出特性的混合波发生器产生。它用于第Ⅲ类试验的负载动作试验。 在本标准中,混合波发生器的标准输出特性被规定为:当输出开路时,其端电压 U oc 的波形1.2/50μs ;当输出短路时,其输出回路电流 I sc 的波形为 8/20μs ,幅值为 0.5U oc ,即规定混合波发生器的虚拟阻抗 Z f 等于 2 Ω。 施加到 SPD 上的电压或电流的实际幅值及波形,除与混合波发生器的虚拟阻抗有关外,还与 SPD 本身的阻抗有关。 开路电压 U oc 和短路电流 I sc 的最大值分别为 20kV 和 10kA 。超过该值时应进行第Ⅱ类试验。

•  冲击试验分类 impulse test classification •  第Ⅰ类试验 class Ⅰ tests

由标称放电电流 I n 试验、 1.2/50 μ s 冲击电压试验和 10/350 μ s 冲击电流 I imp 试验组成。

3.13.2 第 II 类试验 class II tests

由标称放电电流 I n 试验、 1.2/50 μ s 冲击电压和 8/20 μ s 最大放电电流 I max 试验组成。

3.13.3 第Ⅲ类试验 class Ⅲ tests

采用混合波 U oc 进行的试验。

3.14 残压 residual voltage , U res

当放电电流通过时, SPD 端子间的电压峰值。

3.15 限制电压 measured limiting voltage

施加规定波形、幅值和次数的冲击时,在 SPD 端子间测得的残压的最大值。

3.16 等级限制电压 basic measured limiting voltage , U B

用于考核和比较限压特性的 SPD 电涌抑制能力的一个基本参数。本标准中,用规定幅值的 SPD 分类等级测试电流( I B ,其波形为 8/20 μ s )冲击时的限制电压值表示。

3.17 电压保护水平 voltage protection level , U P

表征 SPD 电涌抑制能力的一个参数。它从规定的优选值系列中选取。

3.18 暂时过电压 temporary overvoltage , U T

具有一定幅值,并能持续相对长时间的工频过电压。

•  分离装置(脱扣装置) SPD disconnector •  额定负载电流 rated load current , I R

当 SPD 损坏时,使其与配电系统断开的一种装置。能够通过二端口 SPD 的最大负载电流。

3.21 电压降(用百分比表示) voltage drop ,Δ U

Δ U= (( U IN - U OUT ) / U IN )× 100% 其中: U IN 和 U OUT 分别是二端口 SPD 在电阻性的额定负载电流条件下,同时测得的输入端电压值与输出端电压值。

3.22 动作负载试验 operating duty test

按照所规定的试验程序和条件,在规定幅值的电源电压下向 SPD 施加规定次数和幅值的冲击电流,以考核 SPD 在实际运行条件下电涌耐受能力的一种试验。

3.23 热稳定性 thermal stability

描述 SPD 在动作负载试验时引起温度上升后,在规定的持续运行电压和规定的环境条件下, SPD 温度随时间而下降的情况。

3.24 去耦网络 decoupling network

用于防止施加到试品上的电涌影响其他不被试验的装置、设备或系统的电路。

3.25 耦合网络 coupling network

将能量从一个回路传送到另一个回路的电路。

3.26 波形参数 wave parameters 3.26.1 冲击电流波形图及其参数 视在原点( O 1 ):通过冲击电流峰值的 10% 和 90% 所画直线与时间坐标轴的相交点;视在波头时间( T 1 ):其值等于冲击电流峰值的 10% 增加到 90%( 见图 1) 所需时间 T 的 1.25 倍;视在波尾(或半峰值)时间( T 2 ):冲击电流视在原点 O 1 与电流下降到峰值一半的时间间隔。

         

3.26.2 冲击电压波形图及其参数 视在原点( O 1 ):通过冲击电压峰值的 30% 和 90% 所画直线与时间坐标轴的相交点;视在波头时间( T 1 ):其值等于冲击电压峰值的 30% 增加到 90%( 见图 2) 所需时间 T 的 1.67 倍;视在波尾(或半峰值)时间( T 2 ):冲击电压视在原点 O 1 与电压下降到峰值一半的时间间隔。

4 对试验的一般要求 4.1 一般规定

除非标准中另有规定,对于提供多种保护模式的 SPD ,应对每种保护模式分别进行试验。 SPD 内所有导线和脱扣装置,均应作为 SPD 的一部分进行试验。如果制造商规定其 SPD 的外置脱扣装置需要按照供电系统的预期短路电流来选取,则应对该 SPD 脱扣 装置和预期短路电流的每种组合都进行试验。

4.2 试验条件

除非标准中另有规定,试验应在以下条件下进行:温度 15 ℃~ 35 ℃相对湿度 45 %~ 75 %气压 86 kPa ~ 106kPa

•  试验波形 •  第Ⅰ类冲击电流试验

通过 SPD 的放电电流的标准波形应为 10/350μs ,其容许偏差为:峰值± 10 %视在波头时间 +100 %, -10 %视在半峰值时间 +50 %, -20 %

4.3.2 第Ⅰ /II 类标称放电电流及冲击通流容量试验

通过 SPD 的放电电流的标准波形应为 8/20μs ,其容许偏差为:峰值± 10 %视在波头时间± 10 %视在半峰值时间± 10 %允许有小的过冲或振荡,但是单个幅值不应超过其峰值的 5 %。当电流下降到零后,反极性的振荡 幅值不应超过峰值的 20 %。对于二端口 SPD ,反极性的振荡幅值不应超过峰值的 5 %,从而使得不影响限制电压的测量。

4.3.3 第Ⅰ /II 类冲击电压试验

标准电压波形为 1.2/50μs ,其容许偏差为:峰值± 3 %视在波头时间± 30 %视在半峰值时间± 20 %对某些试验回路,可能在冲击波的波峰处产生振荡或过冲。如果该振荡的频率不小于 0.5MHz 或过冲的持续时间不超过 1μs ,则应作一条平均曲线,取该曲线的最大幅值作为试验电压的峰值。波峰附近的过冲或振荡是容许的,只要是其单个波峰的幅值不超过峰值的 5 %。对于通常使用的冲击电压发生器回路,在峰值的 90 %以下波前部分的振荡对试验结果的影响通常可以忽略。试验发生器的短路电流应小于被试 SPD 标称放电电流的 20 %。

4.3.4 第Ⅲ类混合波试验

开路电压 U oc 的波形为 1.2/50μs ,其容许偏差为:

峰值

± 3 %

视在波头时间

± 30 %

视在半峰值时间

± 20 %

波峰附近的过冲或振荡是容许的,只要是其单个波峰的幅值不超过峰值的 5 %。对于通常使用的混合波发生器回路,在峰值的 90 %以下波前部分的振荡对试验结果的影响通常可以忽略。

短路电流 I sc 的波形为 8/20μs ,其容许偏差为:

峰值± 10 % 视在波头时间± 10 % 视在半峰值时间± 10 % 允许有小的过冲或振荡,但是单个幅值不应超过其峰值的 5 %。当电流下降到零后,反极性的振荡 幅值不应超过峰值的 20 %。对于二端口 SPD ,反极性的振荡幅值不应超过峰值的 5 %,从而使得不影响限制电压的测量。

5 整体质量检查 5.1 外观检查

标志的耐久性试验按 GB10963 规定的第 9.3 节进行,其余通过目测法进行检查。结果应满足下述要求: a) SPD 的表面应平整、光洁、无划伤、无裂痕及变形,紧固件应牢固,颜色应均匀无明显差异; b)SPD 的标志应完整清晰、耐久可靠,标志不应附在螺钉或垫圈上,且铭牌不应出现移动和任何翘

曲现象。标志内容应满足下述要求: 1) 制造厂的名称或商标,产品型号和生产批号 2) 最大持续运行电压 U c (一种保护模式一个值) 3) 电压保护水平 U p (一种保护模式一个值) 4) 每一保护模式的试验类别及放电参数 Ⅰ类试验的 I imp 和 I n Ⅱ类试验的 I max 和 I n Ⅲ类试验的 U oc 5) 接线端子标识 6) 应用系统:交流、直流或交直流均可 7) 额定负载电流 I R (二端口 SPD ) 8) 后备过流保护装置的最大推荐额定值 5.2 保护模式检查

通过目测法进行检查。结果应满足下述要求: a) 交流 SPD 必须具备 N-PE 、 L-PE 或 L-N-PE 的保护模式;直流 SPD 必须具备 V + -V - 的保护模式。 b) 交流 SPD 宜具备 L-N 的保护模式;直流 SPD 宜具备 V + -PE 或 V - -PE 的保护模式。

5.3 分离装置检查

对 SPD 的分离装置的要求,贯穿在一系列试验中,不必进行单独试验。

5.4 告警检查

使 SPD 分别处于正常和故障状态, SPD 的告警装置应能正确地指示。目测 SPD 是否具备告警遥信接口

5.5 接线端子连接导线能力的检查

按 GB/T14048.1 第 8.1.8.5 节的规定进行检查。结果应满足下述要求: SPD 的接线端子除应符合 GB17464 的要求外,其连接导线的能力还应符合表 1 或表 2 的要求。

表 1 一端口 SPD 接线端子允许连接铜导线的标称截面积

SPD 类型

 

能被夹紧的铜导线标称截面尺寸 mm 2

交流 SPD

T 型 H 型 M 型 L 型

25 ~ 50 16 ~ 35 10 ~ 25 4 ~ 16

直流 SPD

H 型 L 型

4 ~ 16 2.5 ~ 6

表 2 二端口 SPD 接线端子允许连接铜导线的标称截面积

额定负载电流 I R A

能被夹紧的铜导线标称截面尺寸 mm 2

I R ≤ 13 13<I R ≤ 16 16<I R ≤ 25 25<I R ≤ 32 32<I R ≤ 50 50<I R ≤ 80 80<I R ≤ 100 100<I R ≤ 125

1 ~ 2.5 1 ~ 4 1.5 ~ 6 2.5 ~ 10 4 ~ 16 10 ~ 25 16 ~ 35 25 ~ 50

注 1 :对于额定负载电流小于或等于 50A 的 SPD ,要求接线端子的结构能紧固实心导体以及硬性多股绞合导体,允许使用软导体。注 2 :二端口 SPD 接线端子连接导线的能力除应符合本表的要求外,还应根据其标称放电电流的大小,同时符合表 1 的要求。

6 电涌防护性能试验 6.1 最大持续运行电压试验

根据第 6.3 节的方法测量 SPD 的限制电压和点火电压。为避免试品过载,第 6.3.1 节的试验仅在 I n 下进行,第 6.3.3 和 6.3.4 节的试验仅在 U oc 下进行。将 SPD 放置在温度试验箱中,对其施加最大持续运行电压 U c (± 0.2 %),同时将试验箱内温度上升到 70 ℃(± 3 ℃),持续时间 48 小时。试验完成后,将试品冷却至环境温度,再重复进行限制电压和点火电压试验。试验结果应满足下述要求: a) 试验过程中, SPD 应能稳定地正常工作、没有可见可闻的损坏; b) 试验前后的限制电压和点火电压均应小于 U P ,且限制电压的变化率不应大于± 5% ; c) 试验过程中, SPD 的分离装置不应动作。 注:允许采用 “ 温度每增高 5 ℃,试验时间减至 0.6 倍 ” 的加速试验方法,但最高温度不得超过 115 ℃。

6.2 等级限制电压试验

本试验仅适用于具有限压特性的 SPD ,对开关特性的 SPD 不作此项要求。试验条件如下: a) 所有一端口 SPD 均应不带电测试,所有二端口 SPD 均应带电测试; b) 为 SPD 供电的电源在 U c 下的输出电流应不小于 5A ,短路电流应不小于 200A ; c) 对于没有独立输出端子的一端口 SPD ,限制电压应在 SPD 输入端进行测量。对于二端口 SPD 以及有 独立输出端子的一端口 SPD ,限制电压应在 SPD 输出端进行测量。

表 3 限压特性的 SPD 的等级限制电压 U B

最大持

 

交流 SPD 的 U B 上限值( V )

 

直流 SPD 的 U B 上限值( V )

续运行

T 型

H 型

M 型

L 型( I B =5kA )

H 型( I B =5kA )

L 型( I B =2kA )

电压 U C

( I B =60kA )

( I B =40kA )

I B =25kA

I B =15kA

45V

425

250

52V

450

275

75V

500

325

85V

550

350

150V

待定

待定

待定

待定

待定

175V

待定

待定

待定

待定

待定

275V

2600

2100

1600

1250

950

320V

2850

2300

1800

1450

1150

385V

3200

2600

2000

1800

1400

420V

3450

2800

2200

1900

1600

460V

3700

3000

2500

2100

1750

510V

3950

3200

2700

2300

1900

600V

4400

3600

3100

2700

2300

试验方法如下: a) 采用如图 3 所示的试验电路。 b) 在 SPD 上分别施加表 3 规定的 I B ,正、负极性各 2 次。c) 相邻冲击的时间间隔应足以使 SPD 试品恢复到环境温度,但最长不应超过 5min 。 d) 试验过程中测得的残压最大值即为等级限制电压 U B 。试验结果应满足下述要求: a) 试验过程中, SPD 应能稳定地正常工作、没有可见可闻的损坏; b) 试验过程中, SPD 的分离装置不应动作; c) SPD 的等级限制电压 U B 应符合表 3 的规定。

  

图 3 冲击电流测试示意图

6.3 确定电压保护水平试验

根据图 4 所示的试验流程对不同类型的 SPD 进行相应试验,以确定其限制电压、点火电压以及电压保护水平。

SPD 的电压保护水平 U P 不应大于制造商所规定的数值。

图 4 确定电压保护水平试验流程

试验条件如下: a) 除非标准中另有规定,所有一端口 SPD 均应不带电测试,所有二端口 SPD 均应带电测试; b) 为 SPD 供电的电源在 U c 下的输出电流应不小于 5A ,短路电流应不小于 200A ; c) 对于没有独立输出端子的一端口 SPD ,限制电压应在 SPD 输入端进行测量。对于二端口 SPD 以及有独立输出端子的一端口 SPD ,限制电压应在 SPD 输出端进行测量。

6.3.1 用 8/20μs 冲击电流测量限制电压的方法

a) 采用如图 3 所示的试验电路。 b) 冲击电流峰值系列为 I n 的 0.1 , 0.2 , 0.5 , 1 , 2 倍。 c) 在 SPD 上分别施加正、负极性各 1 次的上述幅值的 8/20μs 冲击电流。 d) 相邻冲击的时间间隔应足以使 SPD 试品恢复到环境温度,但最长不应超过 5min 。 e) 记录每次冲击的电流和电压波形。 f) 根据试验数据,画出平滑的 “ 放电电流-残压 ” 曲线。该曲线中对应于 0 ~ I n 的残压最高值,即为该 SPD 的限制电压。

6.3.2 用 1.2/50μs 冲击电压测量点火电压的方法

a) 采用如图 5 所示的试验电路。 b) 对应于每一幅值,对 SPD 施加 10 次 1.2/50μs 冲击电压,正、负极性各 5 次。 c) 相邻冲击的时间间隔应足以使 SPD 试品恢复到环境温度,但最长不应超过 5min 。 d) 发生器输出电压值从 U c 开始,以 10 %步长增加,直至有点火发生为止。 e) 从最后一次没有点火发生的输出电压开始,发生器输出电压以 5 %步长增加,直至所有 10 次冲击

    均导致点火。记录 SPD 端子间的电压波形。 f) 上述 10 次冲击测得的电压峰值的平均值,即为该 SPD 的点火电压。

图 5 用 1.2/50 μ s 冲击电压测量点火电压示意图

6.3.3 用混合波测量限制电压的方法

a) 采用如图 6 所示的试验电路。试验要求在 U c 下进行。

图 6 用混合波测量限制电压示意图

b) 对于用于交流系统的 SPD ,在 U c 的 90 °(± 10 °)相角处施加正冲击,在 U c 的270°(± 10 °) 相角处施加负冲击。 c) 相邻冲击的时间间隔应足以使 SPD 试品恢复到环境温度,但最长不应超过 5min 。 d) 混合波发生器的输出开路电压系列为 U oc 的 0.1 , 0.2 , 0.5 , 1 倍。 e) 对于每一开路电压,对 SPD 施加 4 次冲击,正、负极性各 2 次。 f) 记录每次冲击的电流和电压波形。 g) 限制电压为整个试验过程中记录到的电压峰值的最大值。

6.3.4 混合波试验( 6.3.3 )的替代试验,无去耦网络

由于二端口SPD中的感性器件可能会与去耦网络中的感性器件相互作用,从而人为地造成限制电压的测量值偏低。对于这种情况,应采用如图 7 所示的替代试验方法。a) 对于交流系统用SPD ,用幅值为根号2 U c 的直流电压通过二极管 D1 施加到 SPD ;对于直流系统用 SPD ,

      用幅值为 U c 的直流电压通过 D 1 施加到 SPD 。 b) 要求在合上 S1 后 100ms 内施加冲击,冲击后 10ms 内断开 SPD 与直流电源的连接。 c) 负极性试验可以通过变换 SPD 与发生器的连接来实现。 d) 相邻冲击的时间间隔应足以使 SPD 试品恢复到环境温度,但最长不应超过 5min 。 e) 混合波发生器的输出开路电压系列为 U oc 的 0.1 , 0.2 , 0.5 , 1 倍。 f) 对于每一开路电压,对 SPD 施加 4 次冲击,正、负极性各 2 次。 g) 记录每次冲击的电流和电压波形。 h) 限制电压为整个试验过程中记录到的电压峰值的最大值。

图 7 带感性器件的二端口 SPD 混合波试验的替代试验方法

•  动作负载试验 •  概述

试验应在未经过任何试验的 SPD 上进行。试验流程如图 8 所示。

 

图 8 动作负载试验流程图

图 9 动作负载试验原理图

6.4.2 第Ⅰ、 II 类动作负载试验的预备性试验

首先根据第 6.3 节的方法测量 SPD 的限制电压和点火电压。为避免试品过载,第 6.3.1 节的试验仅在 I n 下进行,第 6.3.3 和 6.3.4 节的试验仅在 U oc 下进行。

按图 9 所示的试验电路,对 SPD 施加 15 次波形为 8/20 ? s 的正极性冲击电流。在施加冲击的同时,应试品施加最大持续运行电压 U c 。施加的 15 次冲击分为 3 个阶段进行,每阶段冲击 5 次。两次冲击间的时间间隔为 50s ~ 60s ,每两阶段的时间间隔为 25min ~ 30min 。如图 10 所示。

图 10 预备性试验的冲击施加示意图

冲击电流的峰值为 I n 。在两组试验间无需对 SPD 施加 U c 。 6.4.3 第Ⅰ、 II 类动作负载试验

在本试验中,第Ⅰ类试验的波形为 10/350 ? s ,第Ⅱ类试验的波形为 8/20 ? s 。试验电路如图 9 所示。在试验中,对 SPD 施加最大持续运行电压 U c ,供电电源在 U c 下的标称输出电流应不小于 5A ,短路电流应不小于 200A 。每次冲击后,应继续施加 U c ,时间为 30min ,以检验 SPD 是否达到热平衡。 注:如果在施加 U c 的最后 15min 内, SPD 的功耗或温度或流过 SPD 的阻性电流分量能稳定地降低,则认为 SPD 达到热平衡。 试验步骤为: a) 0.5 ×( I peak 或 I max )电流冲击一次,检验其热平衡性,冷却至环境温度; b) 0.75 ×( I peak 或 I max )电流冲击一次,检验其热平衡性,冷却至环境温度; c) 1.0 ×( I peak 或 I max )电流冲击一次,检验其热平衡性,冷却至环境温度。在上述试验完成 1 小时后,再重复进行限制电压和点火电压试验。试验结果应满足第 6.4.4 节的要求。

6.4.4 通过的判据

a) 在预备性试验和动作负载试验的每次冲击后, SPD 都应能达到热平衡; b) 在试验中产生的任何续流, SPD 都应能自行遮断; c) 在试验中 SPD 无击穿、闪络或机械故障发生; d) 告警或脱扣装置在试验过程中不应动作; e) 试验前后的限制电压和点火电压均应小于 U p 。

6.4.5 第Ⅲ类动作负载试验

试验电路如图 6 所示。按第 6.4.2 节,用 U oc 替换 I n ,对 SPD 进行预备性试验。对于交流系统用 SPD ,电流冲击应在相应工频电源半峰值处触发,其极性与工频电压极性相同。根据第 6.4.3 节的试验方法,采用混合波发生器进行第Ⅲ类动作负载试验。试验步骤为: a) 0.5 ×( I peak 或 I max )电流冲击一次,检验其热平衡性,冷却至环境温度; b) 0.75 ×( I peak 或 I max )电流冲击一次,检验其热平衡性,冷却至环境温度; c) 1.0 ×( I peak 或 I max )电流冲击一次,检验其热平衡性,冷却至环境温度。在上述试验完成 1 小时后,再重复进行限制电压和点火电压试验。试验结果应满足第 6.4.4 节的要求。

7  安全性能试验 7.1 电气间隙和爬电距离检查

电气间隙和爬电距离的检查按 GB/T14048.1 附录 A 规定的方法进行,检查部位和检查结果应满足表 4 的要求。

表 4 电气间隙和爬电距离

SPD 的 U c V

电气间隙和爬电距离 mm

<100

≥ 2

100 ~ 200

≥ 4

200 ~ 450

≥ 6

450 ~ 600

≥ 11

注:检查部位: a )接线端子不同相的带电导体之间。 b )接线端子各相与: — 接地端子、零线端子之间; — 固定 SPD 的金属螺钉、外壳、机箱、面盖或其它金属工件之间。

7.2 外壳防护等级试验

外壳防护等级( IP 代码)试验按 GB4942.2 规定的方法进行,结果应满足 GB4942.2 中规定的 IP2X 的要求。

7.3 保护接地检查

保护接地通过目测法进行检查,结果应满足以下要求: a)SPD 在按正常使用条件安装和连接时,其非带电的易触及的金属部件(用于固定基座、罩盖、铆钉、铭牌等以及与带电部件绝缘的小螺钉除外)应连接成一个整体后与保护接地端子可靠连接; b) 保护接地端子螺钉的尺寸应不小于 M4 ; c) 保护接地应采用符合国标的标记加以识别,如:字母标记 PE ,图形符号等。

7.4 着火危险性试验(灼热丝试验)

着火危险性试验按 GB/T5169.11 规定的方法进行。需试验的绝缘材料部件及试验条件见表 5 。

表 5 绝缘材料的灼热丝试验条件

试验绝缘零件

灼热丝顶端温度℃

试验持续时间 s

支持或固定接线端子各相载流部件和保护电路部件的外部绝缘零件

850 ± 15

30 ± 1

不支持或固定载流部件的绝缘外壳、其它外部绝缘零件

650 ± 10

30 ± 1

注 1 :本试验中,平面安装式 SPD 的基座应看作是外部零件。注 2 :对陶瓷材料制成的部件不进行本试验。注 3 :如果绝缘零件由同一种材料制成,仅对其中一个零件按相应的灼热丝试验温度进行试验。

试验结果应满足下述要求: a) 没有可见的火焰或持续火光; b) 灼热丝移开后,试品上的火焰或火光在 30s 内自行熄灭,并且不应点燃试验用的铺底层中的薄绵纸(绢纸)、或烧焦松木板。

7.5 暂时过电压下失效的安全性试验

本试验仅适用于安装在 L 与 PE 间、 N 与 PE 间的 SPD 。 试验应在未经过任何试验的试品上进行。 将 SPD 置于立方体的木盒子中,木盒子的内侧面与 SPD 的外表面相距 50cm ± 5cm 。木盒子的内表面覆盖薄绵纸或粗棉布,木盒子的一侧(不是底部)开口,将电源线引入,并按照使用说明书的要求进行连接。

注 1 :薄绵纸-薄而柔软但有韧性的纸,常用于包装易碎物品,比重为 12g/m 2 ~ 25g/m 2 。 注 2 :粗棉布-比重为 29g/m 2 ~ 30g/m 2 ,每平方厘米中经纬方向的丝线分别为 11 根和 13 根。

将 SPD 的 L 、 N 接线端子短接在一起后,在它们与 PE 端子间施加符合下述规定的暂时过电压:幅值为1200V rms ,试验时间 5s ,电流不超过 300A rms 。在试验过程中不应点燃薄绵纸或粗棉布。

7.6 暂时过电压耐受特性试验

本试验仅适用于安装在 L 与 PE 间、 L 与 N 间的 SPD 。 试验应在未经过任何试验的试品上进行。 将 SPD 置于立方体的木盒子中,木盒子的内侧面与 SPD 的外表面相距 50cm ± 5cm 。木盒子的内表面覆盖薄绵纸或粗棉布,木盒子的一侧(不是底部)开口,将电源线引入,并按照使用说明书的要求进行连接。

试验电路如图 11 所示。

图 11 暂时过电压耐受特性试验示意图

将 SPD 的 L 接线端子短接在一起后,在它们与 PE 端子间施加幅值为 380V rms 的 U T ,在它们与 N 端子间施加幅值为 320V rms 的 U T ,其持续时间均应不小于 120min 。在断开 U T ( S w1 )后,对 SPD 立即施加 U c (合上 S w2 ),持续时间 30min 。将试品从木盒子中取出,冷却至环境温度,再进行限制电压和点火电压试验。试验结果应满足下述要求: a) U T 断开后, SPD 在 U c 下应能达到热平衡; b) 试验后 SPD 的限制电压和点火电压均应小于 U P ; c) SPD 的辅助电路,如状态指示灯应能正常地工作; d) SPD 没有出现任何损坏的迹象。 注 1 :如果在施加 U c 的最后 15min 内, SPD 的功耗或温度或流过 SPD 的阻性电流分量能稳定地降低,则认为 SPD 达到热平衡。注 2 :辅助电路是指除电涌保护电路以外的其它电路。

7.7 SPD 热稳定性试验

本试验仅适用于安装在 L 与 N 或 L 与 PE 间的 SPD 。本试验不考核辅助电路。试验电路如图 12 所示。

图 12 热稳定性试验示意图

将 SPD 试品与供电电源相连。供电电源的输出电压和功率应足够高,以使得 SPD 中能有下列电流持续流过: 5000 , 2500 , 1000 , 320 , 80 , 20mA rms ,容许偏差为± 10 %。 每一电流值应持续一段时间,直到 SPD 达到热平衡,即在 10min 内其温度的增加值小于 2 ℃。如果 SPD 脱扣装置动作,就中止该电流值的试验。 更新试品并继续进行余下电流值试验。 在试验过程中,不断监测 SPD 的表面温度和 SPD 中流过的电流。

试验结果应满足下述要求:

a) SPD 持续通过每一档试验电流等级时,都应能达到热平衡或使其分离装置动作; b) 在试验期间, SPD 的表面温度应始终低于 120 ℃;分离装置动作后在 5min 内, SPD 的表面温度应低于 80 ℃; c) 如果 SPD 的分离装置动作,则应对 SPD 施加 2U c 的工频电压,持续 1min ,此时应无超过 0.5mA rms 的电流流过 SPD 。

8 二端口 SPD 以及有独立输入 / 输出端子的一端口 SPD 的附加试验 8.1 电压降试验 试验电路如图 13 所示。

将额定纯阻性负载接至二端口 SPD 的负载侧,在 SPD 的输入端施加 U c ,使得负载中流过的电流为额定负载电流 I R 。在接通负载的同时,测量 SPD 的输入端电压 U IN 和输出端电压 U OUT 。电压降(用百分比表示)由下式确定:

△ U = ((U IN -U OUT )/U IN ) × 100%

试验结果应满足下述要求: a) 对于交流 SPD ,△ U 应不大于 2 %; b) 对于直流 SPD ,△ U 应不大于 0.5 %。

图 13 电压降试验示意图

8.2 负载侧电涌耐受能力试验

在本试验中,施加 15 次 8/20ms 电流冲击或混合波冲击。冲击电流或开路电压值应根据制造商规定的负载侧电涌耐受能力选取。将 15 次冲击分成 3 组,每组 5次,施加在 SPD 的输出端口。应同时对 SPD 施加 U c ,为 SPD 供电的电源在 U c 下的输出电流不应小于 5A 。两次冲击的时间间隔为 50s ~ 60s ,两组间的时间间隔为 25min ~ 30min 。

8.3 负载侧短路耐受能力试验

本试验不考核辅助电路。将 SPD 负载侧端子用长度为 500mm 的导线短接,导体截面应满足表 1 和表 2 的要求。将 SPD 置于立方体的木盒子中,木盒子的内侧面与 SPD 的外表面相距 50cm ± 5cm 。木盒子的内表面覆盖薄绵纸或粗棉布,木盒子的一侧(不是底部)开口,将电源线引入,并按照使用说明书的要求进行连接。将试品连接到表 6 所规定的工频电源,试验电压为 U c 。脱扣装置动作后,就中止本试验。

表 6 预期短路电流( I p )和功率因数( cosj )

I p ( +5 0 %) kA

cosj ( 0 -0.05 )

I p ≤ 1.5

0.95

1.5<I p ≤ 3.0

0.9

3.0<I p ≤ 4.5

0.8

4.5<I p ≤ 6.0

0.7

6.0<I p ≤ 10.0

0.5

10.0<I p ≤ 20.0

0.3

20.0<I p ≤ 50.0

0.25

50.0<I p

0.2

试验结果应满足下述要求:

a) 试验过程中,短路电流应在 5s 中断开,薄绵纸或粗绵布应不着火。此外,不应有爆炸或对人身或设施的其它危害发生; b) 如果分离装置动作,则应对 SPD 施加 2U c 的工频电压,持续 1min ,此时应无超过 0.5mA rms 的电流流过 SPD 。

9 环境适用性试验 9.1 振动试验

按 GB2423.10 试验方法 Fc 进行,并应符合以下规定: a) 按本标准的规定,对 SPD 进行外观检查、限制电压和点火电压试验; b) 将 SPD 按照与实际使用相当的安装方法牢固地固定在振动台上,进行扫频试验。试验条件:频率范围: 10Hz ~ 55Hz ;加速度: 20m/s 2 ( 2g );振动方向: x , y , z 三个互相垂直的方向;时间:每个方向各 0.5h 。 c) 试验结束后,进行外观检查、限制电压和点火电压试验。试验前后的限制电压和点火电压值均应小于 U p ,外观质量应符合第 5.1 节的要求,零件应无松动和机械损伤。

9.2 高温试验

按 GB2423.2 试验方法 Bb 进行,并应符合以下规定: a) 按本标准的规定,对 SPD 进行外观检查、限制电压和点火电压试验; b) 将 SPD 在正常的大气条件下放置 2h ,然后按正常工作位置牢固地装在试验架上,并放入试验箱内; c) 将试验箱内温度上升到 85 ℃,当 SPD 内部温度达到均衡后持续时间 2h ; d) 将试验箱温度恢复到常温,然后将 SPD 从试验箱内取出,在正常的试验大气条件下放置 2h ,进行外观检查、限制电压和点火电压试验。试验前后的限制电压和点火电压值均应小于 U p ,外观质量应符合第 5.1 节的要求。

9.3 低温试验

按 GB 2423.1 试验方法 Ab 进行,并应符合以下规定: a) 按本标准的规定,对 SPD 进行外观检查、限制电压和点火电压试验; b) 将 SPD 在正常的试验大气条件下放置 2h ,然后按正常工作位置牢固地装在试验架上,并放入试验箱内; c) 将试验箱内温度降低到 -40 ℃,当 SPD 内部温度达到均衡后持续时间 2h ; d) 将试验箱温度恢复到常温,然后将 SPD 从试验箱内取出,在正常的试验大气条件下放置 2h ,进行外观检查、限制电压和点火电压试验。试验前后的限制电压和点火电压值均应小于 U p ,外观质量应符合第 5.1 节的要求

9.4 交变湿热试验

按 GB2423.4 试验方法 Db 进行,并应符合以下规定: a) 按本标准的规定,对 SPD 进行外观检查、限制电压和点火电压试验; b) 将 SPD 按正常工作位置牢固地装在试验架上,并放在试验箱内; c) SPD 按以下条件进行试验:高温温度 40 ℃,试验周期 48h ; d) 将 SPD 从试验箱内取出,在正常的试验大气条件下放置 2h ,进行外观检查、限制电压和点火电压试验。 试验前后的限制电压和点火电压值均应小于 U p ,外观质量应符合第 5.1 节的要求。

10 检验规则 电涌保护器产品的检验分交收检验和型式检验两种。 10.1 交收检验

交收检验项目、技术要求、试验方法和合格判定数参照表 7 选取。抽样方案由供需双方商定。

表 7 交收检验

序号

检验项目

技术要求(见 YD/T1235.1 )

试验方法

允许不合格数

1 2 3 4 5

整体要求最大持续运行电压( U c )等级限制电压( U B )电压保护水平( U P )动作负载试验

6.2 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4

5 6.1 6.2 6.3 6.4

0 0 0 0 0

•  型式检验

•  10.2.1 型式检验是全面考核指定型号的 SPD 产品性能是否满足技术要求的试验,在下列任一情况下均 •  应进行型式试验: a) 新产品研制投产前或产品转厂生产前而样品试制完成后; b) 整个产品停产一年以上; c) 已成批生产的产品,当设计、结构、材料或工艺的变更可能影响产品性能时; d) 成批生产的产品每 1 年至少进行一次; e) 主管质量机构、或大批量买方提出进行型式检验时; f) 大批量产品的买方要求在验收中进行型式检验时。 •  型式检验的样品应从交收检验的合格批中随机抽取,并按表 8 所示的试验程序、试验项目和样品数量进行检验。 •  型式试验的所有试验项目(或试验程序)都能通过和所有承受试验的被试样品都合格,则认为型式试验合格。只要有一个样品有一项未通过检验,则此次型式试验不合格,但允许制造商采取措施,解决存在的问题重新抽样进行型式检验,直到型式检验合格为止。

•  经过型式检验的 SPD ,不得作为合格品出厂。

 

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