電涌保護器 (SPD) 的測試參數(shù)

1、電涌保護器 (SPD) 的測試參數(shù)信息產(chǎn)業(yè)部郵電設(shè)計院 金 山 石宇海 李躍進 摘要：了解電涌保護器（ SPD ）的測試參數(shù)是掌握 SPD 防雷水平和產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)，對于測試參數(shù)滿足通信局（站）雷電防護設(shè)計要求的 SPD ，則該產(chǎn)品可以最大限度地保障通信系統(tǒng)的安全運行，否則將會對通信系統(tǒng)造成危害。 目前通信系統(tǒng)防雷已經(jīng)成為通信防護領(lǐng)域最重要的內(nèi)容之一，而在通信系統(tǒng)的雷電防護工程中合理地選擇高質(zhì)量和高可靠性的 SPD 則是至關(guān)重要的，那么如何衡量 SPD 的防雷水平和產(chǎn)品品質(zhì)？目前主要是通過依據(jù)現(xiàn)行有效的測試標(biāo)準(zhǔn)，對 SPD 產(chǎn)品的各個技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)一一進行測試，通過測試獲得其科學(xué)、公正和有效的

2、測試數(shù)據(jù)及結(jié)果。而防雷工程設(shè)計人員則要依據(jù)這些測試數(shù)據(jù)和結(jié)果進行雷電防護工程設(shè)計?？梢娨牒侠砗陀行У剡x用 SPD 產(chǎn)品，必須首先準(zhǔn)確地了解 SPD 的測試參數(shù)。目前在我國通信防雷領(lǐng)域中所采用 SPD 產(chǎn)品的主要測試參數(shù)有：   限壓型 SPD 標(biāo)稱導(dǎo)通電壓和漏電流參數(shù)；   開關(guān)型 SPD 的斜角波測試參數(shù)（ 100/V 、 1kV/ m s ）；   限壓型 SPD 的標(biāo)稱放電電壓和通流容量測試參數(shù)（ 8/20 m s ）；   開關(guān)型 SPD 的標(biāo)稱放電電壓和通流容量測試參數(shù)（ 10/350 m s ）；   殘壓及限制電壓的測試參數(shù)；

3、  點火電壓的測試參數(shù)；   混合波測試參數(shù)。          圖 1 的波形可定義如下：   視在頭時間 t f ：為雷電波沖擊電流波峰值的 10% 到 90%( 見圖 1) 間的時間間隔的 1.25 倍；   視在原點 O 1 ：為雷電波沖擊電流峰值 10% 和 90% 兩點畫一直線與時間坐標(biāo)軸的相交點。   視在半峰值時間 t t ：為從雷電波沖擊電流視在原點 O 1 到電流降到半峰值時刻之間的時間間隔； 雷電波沖擊電流測試，主要用于雷電浪涌保護器

4、的沖擊通流容量及其殘壓的測試，測試這兩個參數(shù)的意義、要求及定義如下： 1.1 標(biāo)稱放電電流和通流容量 標(biāo)稱放電電流和通流容量是衡量雷電浪涌保護器允許通過雷電流水平的參數(shù)，也是工程設(shè)計人員選擇防雷器的重要依據(jù)之一。其定義如下：   標(biāo)稱放電電流： SPD 在規(guī)定方向通過規(guī)定波形、規(guī)定幅值、規(guī)定次數(shù)及規(guī)定頻度的雷電波沖擊電流后，其品質(zhì)仍然能夠達到標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求。   通流容量： SPD 在其任一方向上通過其所標(biāo)稱的最大峰值的雷電沖擊電流 1 次試驗后，其品質(zhì)不發(fā)生實質(zhì)性破壞。 1.2 殘壓及限制電壓 殘壓是指：當(dāng)雷電波沖擊電流通過 SPD 時，其端子間所呈現(xiàn)的峰值電壓； 限制

5、電壓是指：當(dāng) SPD 通過規(guī)定波形、規(guī)定幅值 ( 例如 3kA 和 20kA 等 ) 和次數(shù)的放電電流時，其端子間的殘壓最大值。 該兩項指標(biāo)是確定 SPD 保護水平的重要參數(shù)，它隨著通過其雷電流的增大而增大。在工程設(shè)計當(dāng)中，為了保障通信系統(tǒng)設(shè)備的安全，往往要求在規(guī)定波形和規(guī)定峰值電流條件下，其殘壓值不得大于信息系統(tǒng)設(shè)備接口的保護水平要求。 1.3 10/350 m s 雷電波沖擊電流參數(shù) 10/350 m s 雷電波沖擊電流主要用于考核用在雷電保護區(qū) 0 區(qū)（暴露區(qū)域） SPD 的抗直擊雷性能，該類 SPD 一般由高性能的火花隙構(gòu)成，可最大限度地消除電網(wǎng)的后續(xù)電流和疏導(dǎo) 10/350 m s

6、的模擬雷電波沖擊電流。 10/350 m s 雷電波沖擊電流的波形參數(shù)及其容差如表 1 ： 表 1 10/350 m s 雷電波沖擊電流的波形參數(shù)及其容差 雷電流參數(shù) 典型等級 容差 1 2 3 峰值（ kA ） 50 25 15 ± 10% 波頭時間（ m s ） 10 10 10  波尾時間（ m s ） 350 350 350  電荷量（ C ） 25 12.5 7.5 ± 20% 單位能量（ J/ W ） 625000 156250 56250 ± 35% 1.4 8/20 m s 雷電波沖擊電流參數(shù) 8/20 m s 雷電波沖擊電流主

7、要用于考核用在 0 區(qū)以后各區(qū) SPD 的防雷性能，測試該參數(shù)所針對的 SPD 對象主要有：   壓敏電阻（ MOV ）   氣體放電管   半導(dǎo)體避雷器（ SAD ）   組合型防雷器 其主要作用是：用來排泄金屬線上 8/20 m s 波的感應(yīng)雷電流。 8/20 m s 雷電波沖擊電流的波形參數(shù)極其容差如下表 2 表 2 8/20 m s 雷電波沖擊電流的波形參數(shù)極其容差 雷電流參數(shù) 典型等級 容差 1 2 3 4 5 6 7 8   峰值（ kA ） 100 80 60 40 20 10 5 3 ± 10% 波頭時間（ m s ）

8、 8 ± 10% 波尾時間（ m s ） 20 ± 10%   10/1000 m s 雷電波沖擊電流參數(shù) 主要用于考核用在 0 區(qū)以后各區(qū) SPD 的能量耐受指標(biāo)，測試該參數(shù)所針對的 SPD 對象主要有：   壓敏電阻（ MOV ）   氣體放電管   半導(dǎo)體防雷避雷器 10/1000 m s 雷電波沖擊電流的波形參數(shù)極其容差如表 3 ： 表 3 10/1000 m s 雷電波沖擊電流的波形參數(shù)極其容差 雷電流參數(shù) 典型等級 容差 1 2 3 4 5 6 峰值（ A ） 800 600 400 200 100 50 ± 1

9、0% 波頭時間（ m s ） 10 10 10 10 10 10  波尾時間（ m s ） 1000 1000 1000 1000 1000 1000 ± 20% 電荷量（ C ） 1.143 0.857 0.571 0.283 0.143 0.071   單位能量（ J/ W ） 457.1 257.1 114.3 28.6 7.14 1.78                     雷電沖擊電壓波形參數(shù)極其定義 雷電沖擊電壓波形的描述可以用下式的雙指數(shù)函數(shù)表示：

10、 u(t)=A(e t/T1 e -t/T2 ) 式中： T 1 ：波尾時間常數(shù)； T 2 ：波頭時間常數(shù)，通常 T 1 ? T 2 而雷電波沖擊電壓波形就是由這兩個指數(shù)曲線疊加而成，如圖 2 所示；由此可以得出雷電波沖擊電壓曲線如圖 3 所示： 圖 2 雙指數(shù)沖擊電壓波的形成圖 3 雷電沖擊電壓波形圖圖 3 中的波形定義如下所述：   視在頭時間 t f ：為雷電波沖擊電壓波峰值的 30% 到 90% 間的時間間隔 t 的 1.67 倍；   視在原點 O 1 ：為雷電波沖擊電壓達到峰值 30% 和 90% 的兩點間畫一直線與時間坐標(biāo)軸的相交點。   視在半峰值

11、時間 t t ：為從雷電波沖擊電流視在原點 O 1 到電流降到半峰值時刻間的時間間隔； 2.1 1.2/50 m s 雷電波沖擊電壓參數(shù)： 主要用于測量開關(guān)型雷電浪涌保護器 (SPD) 的點火電壓， 1.2/50 m s 雷電波沖擊電流的波形參數(shù)極其容差如下表 4 ： 表 4 1.2/50 m s 雷電波沖擊電壓的波形參數(shù)極其容差 雷電壓參數(shù) 典型等級 容差 1 2 3 4 峰值（ kV ） 6 4 2.5 1.5 ± 3% 波頭時間（ m s ） 1.2 ± 30% 波尾時間（ m s ） 50 ± 20%  2.2 10/700 m s 雷電波沖擊電

12、壓參數(shù)： 主要用于與通訊終端設(shè)備接口的 SPD 的測試，該類 SPD 往往被稱之為信號雷電浪涌保護器， 10/700 m s 雷電波沖擊電流的波形參數(shù)極其容差如表 5 ：表 5 10/700 m s 雷電波沖擊電壓的波形參數(shù)極其容差 雷電壓參數(shù) 典型等級 容差 1 2 3 4 峰值（ kV ） 5 4 2.5 1.5 ± 3% 波頭時間（ m s ） 10 ± 30% 波尾時間（ m s ） 700 ± 20% 3 斜角波波形參數(shù)極其定義 斜角波的試驗波形為一條線性上升的直線，該直線要求落在圖 4 陰影所框定的區(qū)域內(nèi)，其波形圖如圖 4 所示： 圖 4 斜角波擊穿電

13、壓試驗波形樣板圖3.1 1kV/ m s 和 100V/s 斜角波參數(shù) 1kV/ m s 斜角波發(fā)生器主要用于與通訊終端設(shè)備接口的 SPD 的沖擊擊穿電壓測試，而 100/s 斜角波發(fā)生器主要用于與通訊終端設(shè)備接口的 SPD 的直流擊穿電壓測試。 利用 1kV/ m s 和 100/s 斜角波發(fā)生器，測試信號雷電浪涌保護器的技術(shù)參數(shù)極其容差如表 6 ： 表 6 1kV/ m s 和 100/s 斜角波發(fā)生器的波形參數(shù) 直流擊穿電壓 （ V ） 直流擊穿電壓允許偏差范圍 沖擊擊穿電壓上限值 （ V ） 耐電流能力試驗前 耐電流能力試驗前 70 25% 600 700 90 25% 700 800

14、 150 25% 230 20% 800 900 250 20% 300 20% 350 20% 470 20% 900 1000 600 20% 1200 1400 800 20% 1400 1600 1600 20% 2600 2800    100kV/s 斜角波參數(shù) 100kV/s 斜角波發(fā)生器主要用于半導(dǎo)體避雷器的限制電壓和不動作電壓測試，利用 100kV/s 斜角波測試半導(dǎo)體避雷器的技術(shù)參數(shù)要求如下表 7 ：表 7 半導(dǎo)體避雷器 100kV/s 斜角波的技術(shù)參數(shù)要求 最高限制電壓 不動作電壓峰值 允許電流最大值 260V 190V 1mA   1.2/

15、50 m s-8/20 m s 混合沖擊波： 是指開路電壓為 1.2/50 m s 雷電沖擊電壓波形，短路電流為 8/20 m s 雷電沖擊電流波形，其回路的虛擬阻抗為 2 歐姆，其波形如圖 1 和圖 3 ，其波形技術(shù)參數(shù)極其容差如下表 8 ：表 8 1.2/50 m s-8/20 m s 混合沖擊波的技術(shù)參數(shù)極其容差 1.2/50 m s 8/20 m s 峰值 ± 3% ± 10% 波前時間 ± 30% ± 20% 半峰值時間 ± 20% ± 20% 4 標(biāo)稱導(dǎo)通電壓（ 1mA ）和漏電流 4.1 標(biāo)稱導(dǎo)通電壓 標(biāo)稱導(dǎo)通電壓測試參

16、數(shù)主要用于確定以壓敏電阻（ MOV ）為主要器件的 SPD 的正常工作電壓和考核其品質(zhì)的優(yōu)劣。標(biāo)稱導(dǎo)通電壓定義為：在被測樣品的兩端，施加恒定的 1mA 直流電流情況下，其端子間的電壓。一般標(biāo)稱導(dǎo)通電壓（ U N ）與最大工作電壓（ U C ）的關(guān)系可參照下表 9 ： 表 9 標(biāo)稱導(dǎo)通電壓與標(biāo)稱最大工作電壓對照表 標(biāo)稱導(dǎo)通電壓（ U N ） 最大工作電壓（ U C ） 交流 直流 18 11 14 22 14 18 27 17 22 33 20 26 39 25 31 47 30 38 56 35 45 68 40 56 82 50 65 100 60 85 120 75 100 150 95 125 180 115 150 200 130 170 220 140 180 240 150 200 270 175 225 300 195 250  續(xù)表 9 標(biāo)稱導(dǎo)通電壓與標(biāo)稱最大工作電壓對照表 標(biāo)稱導(dǎo)通電壓（ U N ） 最大工作電壓（ U C ） 交流 直流 330 210 270 360 230 300 390 250 320 430 275 350 470 300 385 510 320 410 560 350 45