弱電系統(tǒng)的防雷講議

電信與信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的電涌保護(hù)器

性能要求，測試方法及應(yīng)用導(dǎo)則

上海市防雷產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站

周岐斌現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)1.電信和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)SPD的分類

定義電信和信號(hào)系統(tǒng)可能會(huì)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)因承受足夠高的過電壓或過電流或者兩者同時(shí)作用而損壞。連接到電信和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)電涌保護(hù)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(hù)裝置。它是目的在于限制瞬態(tài)過電壓和泄放電涌電流的電器，它至少含有一非線性元件。適用電壓：直流<=1500V，交流<=1000V（r·m·s）非線性元件

空氣間隙氣體放電器壓敏電阻抑制二極管TT019CN18.11.98X√√X信號(hào)SPD的外部結(jié)構(gòu)

a）兩端子SPDb）三端子SPDc）四端子SPDd）五端子SPDe）多端子SPD串聯(lián)在被保護(hù)設(shè)備前端按結(jié)構(gòu)分類第1類SPD內(nèi)至少裝有一個(gè)限壓元件，但沒有限流元件。圖中各種結(jié)構(gòu)的SPD都屬于這種類型。第2類SPD內(nèi)裝有限壓元件和限流元件。圖b),d),e)和f)所示的SPD的結(jié)構(gòu)形式適用于帶有限壓元件和限流元件的SPD。按接口分類DIN導(dǎo)軌式同軸BNC式RJ11/RJ45式串口式N/F口式按信號(hào)類頻率分類天饋類網(wǎng)絡(luò)類視頻音頻類通訊信號(hào)類控制類2.性能要求一般要求信號(hào)SPD關(guān)鍵參數(shù)——電氣參數(shù)最大持續(xù)運(yùn)行電壓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(直流或均方根值)。電壓保護(hù)水平Up——表征一個(gè)SPD限制其兩端電壓的特性參數(shù)。該電壓值大于沖擊電壓限制的最大實(shí)測值，由生產(chǎn)商確定。交流耐受能力——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)的特性沖擊耐受能力

——表征SPD容許通過規(guī)定的波形和峰值的沖擊電流，并耐受規(guī)定次數(shù)的特性。過載故障模式——模式1在這種情況中，SPD的限壓部分已斷開，限壓功能不再存在，但是線路仍可運(yùn)行；模式2在這種情況中，SPD的限壓部分已被SPD內(nèi)部一個(gè)很小的阻抗所短路，線路不可運(yùn)行，但是設(shè)備仍受到短路保護(hù)；模式3在這種情況中，SPD的限壓部分網(wǎng)絡(luò)側(cè)內(nèi)部開路，線路不運(yùn)行，但是設(shè)備仍然受到開路保護(hù)。SPD關(guān)鍵參數(shù)——傳輸特性參數(shù)插入損耗

——由于在傳輸系統(tǒng)中插人一個(gè)SPD所引起的損耗。它是在SPD插人前傳遞到后面的系統(tǒng)部分的功率與SPD插人后傳遞到同一部分的功率之比。插人損耗通常用分貝(dB)來表示?；夭〒p耗

——反射系數(shù)倒數(shù)的模。一般以分貝(dB)來表示。誤碼率——在給定時(shí)間內(nèi)，誤碼數(shù)與所傳遞的總碼數(shù)之比。近端串?dāng)_——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(lì)端，或與之重合?？v向平衡——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。一般要求a)-n)各項(xiàng)所列出的數(shù)據(jù)應(yīng)標(biāo)記在SPD上(按5.1.2所述)，或編人在有關(guān)的文件中以及標(biāo)注在包裝盒上。a)，b)，c)和e)應(yīng)明確標(biāo)記在SPD上。

a)制造商名稱或商標(biāo);b)制造日期或產(chǎn)品系列號(hào);c)型號(hào);d)使用條件;e)最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc;f)額定電流;g)電壓保護(hù)水平UP;h)沖擊復(fù)位時(shí)間(如適用時(shí));i)交流耐受能力;J)沖擊耐受能力;k)過載故障模式;1)傳輸特性;m)有關(guān)可替換元件和放射性同位素使用的附加信息(如適用時(shí));n)串聯(lián)電阻(如適用時(shí))。3.型式試驗(yàn)方法SPD型式試驗(yàn)-1（6.1一般檢查)標(biāo)志和編制的文件檢查標(biāo)志和編制的文件應(yīng)滿足要求對(duì)標(biāo)志牌應(yīng)進(jìn)行檢查驗(yàn)證除了用壓制、模制以及雕刻方法制造的標(biāo)志牌以外，所有其他各種類型的標(biāo)志牌應(yīng)使用規(guī)定配方的有機(jī)溶劑擦拭規(guī)定的時(shí)間后，標(biāo)志牌應(yīng)容易識(shí)讀。。SPD型式試驗(yàn)-2（6.2.1限壓試驗(yàn))最大持續(xù)運(yùn)行電壓(Uc)絕緣電阻沖擊限制電壓沖擊復(fù)位時(shí)間試驗(yàn)交流耐受試驗(yàn)沖擊耐受試驗(yàn)過載故障模式盲點(diǎn)試驗(yàn)類別試驗(yàn)類型開路電壓a短路電流最小試驗(yàn)次數(shù)被試驗(yàn)的端子A1A2很慢的上升率AC≥1kV上升率0.1kV/us~100kV/s10A，0.1A/us~2A/us，≥1000us（持續(xù)時(shí)間）不適用單次循環(huán)X1-CX2-CX1-X2bB1B2B3慢的上升率1kV10/1000us1kV~4kV，10/700us≥1kV,100V/us100A，10/1000us25A~100A，5/300us10A~100A，10/1000us300300300C1C2C3快的上升率0.5kV~2kV1.2/50us2kV~10kV，1.2/50us≥1kV1kV/us0.25kA~<1kA8/20us1kA~<5kA8/20us10A~100A10/1000us30010300D1D2高能量≥1kV≥1kV0.5kA~2.5kA10/350us0.6kA~2.0kA10/250us25a

使用的開路電壓可與1kV不同。但應(yīng)足以使被試的SPD動(dòng)作。b

如有需要時(shí)，才試驗(yàn)端子X1-X2。注1：為驗(yàn)證Up，必須施加一次上述C類波形的沖擊，A、B和D類是可選的。除非特別指定，施加5次正極性和5次負(fù)極性沖擊。注2：對(duì)于沖擊復(fù)位，可選擇B、C和D類測試。除非特別指定，施加3次正極性和3次負(fù)極性沖擊。注3：對(duì)于沖擊耐受測試，必須施加一次上述C類波形的沖擊，A1、B和D類是可選的。注4：表3所列的值是最低要求，其他電涌電流額定值是可行的，可以在其他標(biāo)準(zhǔn)（如ITU電信標(biāo)準(zhǔn)K系列）中找到SPD型式試驗(yàn)-3（6.2.2限流試驗(yàn))額定電流

串聯(lián)阻抗

電流響應(yīng)時(shí)間

電流恢復(fù)時(shí)間最大中斷電壓

動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)

交流耐受試驗(yàn)

沖擊耐受試驗(yàn)SPD型式試驗(yàn)-4（6.2.3傳輸特性試驗(yàn))電容插入損耗

回波損耗

縱向平衡試驗(yàn)

誤碼率（BER）近端串?dāng)_(NEXT)

SPD型式試驗(yàn)-5（6.3機(jī)械特性試驗(yàn))接線端子和連接器

機(jī)械強(qiáng)度(安裝)

防止固體異物和水分的有害進(jìn)入

防止觸電防火試驗(yàn)4.選用導(dǎo)則選用SPD的關(guān)鍵參數(shù)保護(hù)模式——SPD的保護(hù)元件可以連接在電子系統(tǒng)線路的信號(hào)線—信號(hào)線、信號(hào)線—地線、信號(hào)線—屏蔽層之間及多種方式同時(shí)連接。這些連接方式稱為保護(hù)模式。一般將信號(hào)線—信號(hào)線之間的保護(hù)稱為橫向（差模）保護(hù)，信號(hào)線—地線（或屏蔽層）之間的保護(hù)稱為縱向（共模）保護(hù)。設(shè)備耐沖擊過電壓額定值UW——由電子系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)廠給出的設(shè)備或設(shè)備主要部件耐受沖擊過電壓（有效值）的最大值。其值主要與被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平有關(guān)。SPD的頻率范圍f——SPD在接入電子系統(tǒng)的線路后，會(huì)產(chǎn)生能量損耗。規(guī)定在3dB的插入損耗內(nèi)，起始頻率至截止頻率為該SPD的頻率范圍。SPD數(shù)據(jù)傳輸速率——SPD在接入電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)后的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，用1s內(nèi)傳輸比特值表示，即bps。被保護(hù)設(shè)備的信號(hào)類型和接口方式

信號(hào)類型使用場合接口方式模擬信號(hào)系統(tǒng)電話交換網(wǎng)（PSTN）RJ11連接器模擬儀表控制系統(tǒng)ASP連接器數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)ISDNRJ11連接器xDSLRJ11連接器以太網(wǎng)RJ45連接器令牌環(huán)網(wǎng)IVS連接器現(xiàn)場基金會(huì)總線FFRJ45連接器過程現(xiàn)場總線ProfibusRJ45連接器可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路HARTRJ45連接器控制局域網(wǎng)絡(luò)CANRJ45連接器局部操作系統(tǒng)LonWorksRJ45連接器視頻系統(tǒng)有線電視系統(tǒng)同軸電纜BNC連接器視頻監(jiān)控系統(tǒng)RJ45連接器天饋系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)

F、N或BNC接口電信和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)SPDUc的選擇原則上Uc≥1.2Un

通信類型 Un（V）Uc（V）

DDN/X·25 6或40～6018或80 ISDN 40 80

以太網(wǎng) 56.5 RS232 12 18

視頻線

6 6.5

現(xiàn)場控制線 24 29設(shè)備名稱耐沖擊電壓額定值Uw試驗(yàn)波形說明信息網(wǎng)絡(luò)中心室外信號(hào)線端口0.5kV10/700μs4.0kV10/700μs僅適用于與長度大于500m的非屏蔽雙絞線相連的端口，ITU-T.K20建議的“一次保護(hù)”可用于此端口。1.0kV10/700μs僅適用于與長度大于500m的非屏蔽雙絞線相連的端口信息網(wǎng)絡(luò)中心室內(nèi)信號(hào)線端口0.5kV混合波Uoc：1.2/50μsIsc：8/20μs僅適用于與大于10m的電纜相連時(shí)，沖擊發(fā)生器的總輸出阻抗應(yīng)為42Ω。非信息網(wǎng)絡(luò)中心室外信號(hào)線端口4.0kV10/700μs僅適用于與長度大于500m的非屏蔽雙絞線相連的端口，ITU-T.K20建議的“一次保護(hù)”可用于此端口。1.0kV10/700μs僅適用于與長度大于500m的非屏蔽雙絞線相連的端口非信息網(wǎng)絡(luò)中心室內(nèi)信號(hào)線端口0.5kV混合波Uoc：1.2/50μsIsc：8/20μs僅適用于與大于10m的電纜相連時(shí)，沖擊發(fā)生器的總輸出阻抗應(yīng)為42Ω。注：非信息網(wǎng)絡(luò)中心指設(shè)備不在信息網(wǎng)絡(luò)中心內(nèi)運(yùn)行，如無保護(hù)措施的本地遠(yuǎn)端局（站）、商業(yè)區(qū)、辦公室內(nèi)，用戶室內(nèi)和街道等。電信和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)SPDUp的選擇電子設(shè)備的信號(hào)共模電壓和差模電壓的防護(hù)措施示例

SPD的差模和共模限制電壓是不同的，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的保護(hù)要求來確定是否需要限制差模電壓，進(jìn)行橫向保護(hù)。為了滿足系統(tǒng)和設(shè)備的防護(hù)要求，信息技術(shù)設(shè)備生產(chǎn)廠應(yīng)提供設(shè)備在差模和共模兩方面耐受電壓的數(shù)值。SPD按不同實(shí)驗(yàn)方法分類最小截面積（mm2）DB/CA321.2SPD連接導(dǎo)體銅材最小截面積

凱文方式

單端口SPD連接導(dǎo)線和連接要求

5.應(yīng)用要求GB50057-20104.2.3中第4條當(dāng)通信線路采用鋼筋混凝土桿的架空線時(shí)，應(yīng)使用一段護(hù)套電纜穿鋼管直接埋地引入，……在電纜與架空線連接處，尚應(yīng)裝設(shè)戶外型電涌保護(hù)器。該電涌保護(hù)器應(yīng)選用D1類高能量試驗(yàn)的產(chǎn)品，…，每臺(tái)電涌保護(hù)器的短路電流應(yīng)選等于或大于2kA；GB50057-20104.2.4中第9條在電子系統(tǒng)的室外線路采用金屬線的情況下，在其引入的終端箱處應(yīng)安裝D1類高能量試驗(yàn)類型的電涌保護(hù)器；其短路電流當(dāng)無屏蔽層時(shí)可按本條公式(4.2.4-6)計(jì)算，當(dāng)有屏蔽層時(shí)可按本條公式(4.2.4-7)計(jì)算；當(dāng)無法確定時(shí)應(yīng)選用2kA。GB50057-20104.2.4中第10條在電子系統(tǒng)的室外線路采用光纜的情況下，在其引入的終端箱處的電氣線路側(cè)，當(dāng)無金屬線路引出本建筑物至其他有自己接地裝置的設(shè)備時(shí)可安裝B2類慢上升率試驗(yàn)類型的電涌保護(hù)器，其短路電流按本規(guī)范表J.2.1的規(guī)定宜選用100A

。GB50343-20046.5.2天饋線路浪涌保護(hù)器（SPD）的安裝應(yīng)符合下列規(guī)定：1天饋線路浪涌保護(hù)器SPD應(yīng)串接于天饋線與被保護(hù)設(shè)備之間，宜安裝在機(jī)房內(nèi)設(shè)備附近或機(jī)架上，也可以直接連接在設(shè)備饋線接口上。2天饋線路浪涌保護(hù)器SPD的接地端應(yīng)采用截面積不小于6mm2的銅芯導(dǎo)線就近連接到直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）或直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0B）與第一防護(hù)區(qū)（LPZ1）交界處的等電位接地端子板上。接地線應(yīng)平直。GB50343-20046.5.3信號(hào)線路浪涌保護(hù)器（SPD）的安裝應(yīng)符合下列規(guī)定：

1信號(hào)線路浪涌保護(hù)器