GB/Z 21713-2008低壓交流電源(不高于1 000 V)中的浪涌特性

犐犆犛２９．１２０．０１

犓３０

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件

犌犅／犣２１７１３—２００８

低壓交流電源（不高于１０００犞）

中的浪涌特性

犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳狊狌狉犵犲狊犻狀犾狅狑狏狅犾狋犪犵犲（１０００犞犪狀犱犾犲狊狊）犃犆狆狅狑犲狉犮犻狉犮狌犻狋狊

２００８０４２４發(fā)布

中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局

發(fā)布

中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)

書(shū)

犌犅／犣２１７１３—２００８

目次

前言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅰ

引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅱ

１范圍!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

２規(guī)范性引用文件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

３浪涌環(huán)境概要描述!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

４代表性浪涌的選擇過(guò)程!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

５標(biāo)準(zhǔn)浪涌測(cè)試波形的定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

６附加浪涌測(cè)試波形的定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

書(shū)

犌犅／犣２１７１３—２００８

前言

本指導(dǎo)性技術(shù)文件由全國(guó)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸口。

本指導(dǎo)性技術(shù)文件負(fù)責(zé)起草的單位：清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系。

本指導(dǎo)性技術(shù)文件主要起草人：陳水明、何金良。

本指導(dǎo)性技術(shù)文件為首次發(fā)布。

Ⅰ

犌犅／犣２１７１３—２００８

引言

本指導(dǎo)性技術(shù)文件由六部分構(gòu)成，第一部分規(guī)定了本指導(dǎo)性技術(shù)文件的范圍，第二部分列出了與本

指導(dǎo)性技術(shù)文件相關(guān)的參考文獻(xiàn)，第三部分概要介紹了浪涌環(huán)境，第四部分介紹如何從復(fù)雜的測(cè)量數(shù)據(jù)

中選擇一些代表性的波形作為推薦波形，第五部分介紹了兩個(gè)能包括各種測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)波形，第六部

分介紹適用特別場(chǎng)合的幾個(gè)附加測(cè)試波形，包括很少發(fā)生的直擊雷情況。

沒(méi)有特定的波形能代表所有的浪涌環(huán)境，因此需要把復(fù)雜的真實(shí)世界簡(jiǎn)化為一些易于處理的標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)試波形。為了達(dá)到這個(gè)目的，將浪涌環(huán)境進(jìn)行分類，提供了浪涌電壓和電流的波形和幅值選擇，以便

適用于評(píng)估連接于低壓交流電源中的設(shè)備的不同耐受能力，而設(shè)備耐受能力與浪涌環(huán)境之間需要進(jìn)行

適當(dāng)配合。

本指導(dǎo)性技術(shù)文件的目的是給設(shè)備設(shè)計(jì)者和用戶提供標(biāo)準(zhǔn)和附加的浪涌測(cè)試波形以及相應(yīng)的浪涌

環(huán)境等級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)波形和環(huán)境等級(jí)的選取需要考慮設(shè)備設(shè)計(jì)者和用戶自由選擇的權(quán)利，本指導(dǎo)性技術(shù)文

件的推薦值是從大量的測(cè)量數(shù)據(jù)分析得到的簡(jiǎn)化結(jié)果，這樣的簡(jiǎn)化將使連接到低壓交流電源設(shè)備的耐

受浪涌的性能有一個(gè)可重復(fù)的、有效的規(guī)范。

在本指導(dǎo)性技術(shù)文件中沒(méi)有指定一個(gè)特定的要求，它所推薦的只是一個(gè)合理的、深思熟慮的方法來(lái)

認(rèn)可需求的多樣性。對(duì)于一個(gè)特定的場(chǎng)合，設(shè)備設(shè)計(jì)者需要考慮的不僅是本指導(dǎo)性技術(shù)文件所描述的

波形和發(fā)生率，而且還要考察特定的電源環(huán)境以及需要被保護(hù)的設(shè)備特性。因此，無(wú)法將不同設(shè)備的特

定的性能要求包括在本指導(dǎo)性技術(shù)文件中，然而通過(guò)考慮下述的一些因素可以達(dá)到一個(gè)實(shí)用的浪涌耐

受能力。這些因素包括：

預(yù)期的防護(hù)措施；最嚴(yán)重或最典型的情況；硬件的完整性（沒(méi)有損壞）；設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的抗擾性（沒(méi)有

干擾）；特定設(shè)備的敏感性；電源環(huán)境（浪涌特性、其他的電力系統(tǒng)參數(shù)）；與通訊系統(tǒng)或其他系統(tǒng)的交互

影響；ＳＰＤ的性能（保護(hù)性能、耐久性以及損壞模式）；測(cè)試環(huán)境；總的和相對(duì)的費(fèi)用。

上述問(wèn)題的答案并不一定都存在。特別是有關(guān)設(shè)備的敏感度，設(shè)備設(shè)計(jì)者可能很難獲得。下文的

信息指導(dǎo)讀者進(jìn)行參數(shù)確定、進(jìn)一步尋求與實(shí)際狀況更為接近或量化確定一個(gè)測(cè)試方案。

預(yù)期的防護(hù)措施。預(yù)期的防護(hù)措施因應(yīng)用場(chǎng)所和應(yīng)用目的不同而不同。例如，在不涉及設(shè)備實(shí)時(shí)

性能的情況下，預(yù)期的保護(hù)措施只要求將硬件損壞的風(fēng)險(xiǎn)降低到某一水平。在另外的情況下，如數(shù)據(jù)處

理，重要的醫(yī)療過(guò)程或制造過(guò)程，任何的中斷和過(guò)程的干擾都是不可接受的。因此設(shè)計(jì)者必須區(qū)分硬件

損壞和過(guò)程干擾的情況來(lái)考慮預(yù)期的保護(hù)措施。另外是否需要考慮在直擊雷情況下ＳＰＤ能提供相應(yīng)

的保護(hù)并保證本身不損壞。

設(shè)備的敏感性。特定設(shè)備的敏感性必須與上述目標(biāo)相對(duì)應(yīng)。設(shè)備硬件損壞和過(guò)程擾動(dòng)的敏感度是

不一樣的，這些敏感度包括最大沖擊殘壓幅度、持續(xù)時(shí)間、波形和能量敏感度等。

電源環(huán)境———浪涌。本指導(dǎo)性技術(shù)文件推薦的測(cè)試波形必須根據(jù)位置類別和暴露等級(jí)，以及直擊

雷的情況來(lái)選取。

電源環(huán)境———電氣系統(tǒng)。電源電壓的均方根幅度，以及任何預(yù)期的波動(dòng)都需要量化。在合理選取

ＳＰＤ時(shí)需要考慮偶爾發(fā)生的電源異常現(xiàn)象。根據(jù)這些情況來(lái)合理地選取限制電壓、動(dòng)作電壓和最大連

續(xù)工作電壓等參數(shù)。

ＳＰＤ的性能。ＳＰＤ必須在浪涌和正常工作電壓下具有長(zhǎng)期的壽命。同時(shí)，ＳＰＤ的殘壓與被保護(hù)設(shè)

備的耐受值之間必須有一定的裕度。這些參數(shù)需要同時(shí)考慮，例如，一個(gè)額定參數(shù)很接近系統(tǒng)額定電壓

的ＳＰＤ的殘壓很低可以提供很好的保護(hù)效果，但在出現(xiàn)異常電壓時(shí)由于低殘壓從而犧牲ＳＰＤ的耐久

性或總體性能，這是不可接受的。

Ⅱ

犌犅／犣２１７１３—２００８

測(cè)試環(huán)境。浪涌測(cè)試環(huán)境必須根據(jù)上述因素以及用戶認(rèn)為重要的參數(shù)來(lái)確定。典型的測(cè)試環(huán)境包

括電壓和電流以及短路電流的定義。只規(guī)定開(kāi)路電壓而不規(guī)定短路電流是沒(méi)有意義的。為了避免這個(gè)

缺陷，本指導(dǎo)性技術(shù)文件同時(shí)規(guī)定了電壓和電流。

費(fèi)用。浪涌保護(hù)的費(fèi)用與整個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)用和采用保護(hù)后得到的利益相比是比較少的。因此，可采

用性能更好的浪涌保護(hù)器作為保守的辦法以補(bǔ)償一些未知的參數(shù)變化。采用這種辦法可以在花費(fèi)增加

不多的情況下為用戶獲得較好的利益。

本指導(dǎo)性技術(shù)文件中列出的測(cè)試波形幫助設(shè)計(jì)師，制造廠定義使用低壓交流電源的設(shè)備將來(lái)遇到

的浪涌環(huán)境。需要再次強(qiáng)調(diào)的是，這些環(huán)境的描述和波形的建議應(yīng)作為實(shí)際成功應(yīng)用的基礎(chǔ)，包含適當(dāng)

的風(fēng)險(xiǎn)分析，不應(yīng)盲目的當(dāng)作規(guī)格使用。

本指導(dǎo)性技術(shù)文件中定義的情況１———沿線侵入室內(nèi)和室內(nèi)產(chǎn)生的浪涌情況，自從１９９１年ＩＥＥＥ

發(fā)布Ｓｔｄ５８７—１９８０作為推薦的操作指導(dǎo)以來(lái)，２０多年成功的經(jīng)驗(yàn)證實(shí)了其可靠性。這個(gè)情況包含應(yīng)

用于三種位置類別的兩種標(biāo)準(zhǔn)波（１００ｋＨｚ振鈴波和組合波），以及兩種附加波（ＥＦＴ脈沖群及

１０／１０００μｓ長(zhǎng)波）。

情況２考慮了很少發(fā)生的雷直擊建筑物情況。如果這種建筑有適當(dāng)?shù)姆览自O(shè)計(jì)，或者雷電流有通

道流入接地系統(tǒng)，雷電會(huì)以雷電流形式影響電源進(jìn)線側(cè)的ＳＰＤ。

防雷系統(tǒng)中的雷電流也會(huì)在室內(nèi)線路中的感應(yīng)暫態(tài)電壓。對(duì)一個(gè)沒(méi)有防雷系統(tǒng)的建筑物，或者一

個(gè)閃電擊中無(wú)意成為建筑物事實(shí)上的接閃器的情況，這很難估計(jì)。但是可認(rèn)為它們沿著不受控制的雷

電流路徑引起了絕緣擊穿，也可能導(dǎo)致室內(nèi)線路中的暫態(tài)電壓。雷擊緊鄰建筑物的大地也會(huì)導(dǎo)致一部

分雷電流進(jìn)入接地系統(tǒng)，雷電流的散流類似于所有電流直接注入防雷系統(tǒng)（情況２特有）。但其幅值隨

著雷擊點(diǎn)與接地系統(tǒng)間距離的增加而減小。因?yàn)檫@種幅值減小效應(yīng)源于傳播路徑的延伸，與當(dāng)?shù)卮蟮?/p>

電導(dǎo)率及地電極狀況有關(guān)，很難精確確定其值。

情況２的有關(guān)能量和ＳＰＤ出口的機(jī)械應(yīng)力與情況１相比有明顯的增加。但是，成功的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)證

明情況１中基于標(biāo)準(zhǔn)波的定義是有效的。應(yīng)用一些換算系數(shù)時(shí)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的８／２０μｓ或４／１０μｓ電

流試驗(yàn)。

如果考慮到情況２可能發(fā)生的情況，為此情況進(jìn)行ＳＰＤ設(shè)計(jì)前，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)分析。應(yīng)該

考慮下列因素（但不限于）：當(dāng)?shù)氐睦纂娒芏?，建筑物的特征和方位，雷電流幅值統(tǒng)計(jì)，電流變化率，設(shè)施

的用途，ＳＰＤ失效后斷電的后果，對(duì)其他儀器可能造成的損壞等。

由于遠(yuǎn)距離、附近或者直擊雷造成的室內(nèi)電路暫態(tài)電壓感應(yīng)現(xiàn)象是不可避免的。不管出于能量的

考慮還是引入線ＳＰＤ的選擇，都必須進(jìn)行處理。出于實(shí)用目的，１００ｋＨｚ振鈴波表現(xiàn)出了這種效應(yīng)，可

用來(lái)表征這種現(xiàn)象。

本指導(dǎo)性技術(shù)文件僅供參考，有關(guān)對(duì)本指導(dǎo)性技術(shù)文件的建議和意見(jiàn)，向國(guó)務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部

門反映。

Ⅲ

犌犅／犣２１７１３—２００８

低壓交流電源（不高于１０００犞）中的浪涌特性

１范圍

本指導(dǎo)性技術(shù)文件描述低壓交流電源（≤１０００Ｖ）中的浪涌電壓、浪涌電流環(huán)境，不包括其他的電能質(zhì)

量問(wèn)題，如電壓跌落、電噪聲等。標(biāo)準(zhǔn)中所考慮的浪涌持續(xù)時(shí)間不超過(guò)半個(gè)工頻周期，這些浪涌可以是周

期性的，也可以是隨機(jī)事件，可以出現(xiàn)在火線、零線以及地線之間。一般通過(guò)浪涌保護(hù)器（ＳＰＤ）限制電壓和

電流的幅值來(lái)分流危險(xiǎn)的浪涌能量，對(duì)于只會(huì)對(duì)設(shè)備造成干擾的浪涌一般采用其他方法消除。

２規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過(guò)本指導(dǎo)性技術(shù)文件的引用而成為本指導(dǎo)性技術(shù)文件的條款。凡是注日期的

引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本指導(dǎo)性技術(shù)文件，然而，鼓

勵(lì)根據(jù)本指導(dǎo)性技術(shù)文件達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用

文件，其最新版本適用于本指導(dǎo)性技術(shù)文件。

ＩＥＥＥＣ６２．４１．１：２００２低壓交流電源（不高于１０００Ｖ）中的電涌環(huán)境指南

ＩＥＥＥＣ６２．４１．２：２００２低壓交流電源（不高于１０００Ｖ）中的電涌特性推薦準(zhǔn)則

ＩＥＥＥＣ６２．４５：２００２連接到流電源（不高于１０００Ｖ）中的設(shè)備電涌測(cè)試推薦準(zhǔn)則

ＩＥＥＥＳｔｄ４：１９９５高壓測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

ＩＥＣ６１３１２３：２０００防雷擊電磁脈沖第三部分：對(duì)