GBZ21713-2008低压交流电源(不高于1000V)中的浪涌特性.pdf 18页

'ICS29．120．01K30a雪中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB／Z21713—2008低压交流电源(不高于1000V)中的浪涌特性Characteristicsofsurgesinlow—voltage(1000Vandless)ACpowercircuits2008-04-24发布车瞀髁紫瓣警糌赞星发布中国国家标准化管理委员会仪1” 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／Z21713—2008前言⋯⋯···⋯⋯⋯···⋯⋯⋯引言⋯⋯⋯···⋯⋯⋯．．．⋯⋯1范围⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯．-．2规范性引用文件⋯⋯⋯·3浪涌环境概要描述⋯⋯·4代表性浪涌的选择过程·5标准浪涌测试波形的定义6附加浪涌测试波形的定义目次IⅡ1157m 刖置本指导性技术文件由全国雷电防护标准化技术委员会提出并归口。本指导性技术文件负责起草的单位：清华大学电机工程与应用电子技术系。本指导性技术文件主要起草人：陈水明、何金良。本指导性技术文件为首次发布。GB／Z21713—2008 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／Z21713—2008引言本指导性技术文件由六部分构成，第一部分规定了本指导性技术文件的范围，第二部分列出了与本指导性技术文件相关的参考文献，第三部分概要介绍了浪涌环境，第四部分介绍如何从复杂的测量数据中选择一些代表性的波形作为推荐波形，第五部分介绍了两个能包括各种测量数据的标准波形，第六部分介绍适用特别场合的几个附加测试波形，包括很少发生的直击雷情况。没有特定的波形能代表所有的浪涌环境，因此需要把复杂的真实世界简化为一些易于处理的标准测试波形。为了达到这个目的，将浪涌环境进行分类，提供了浪涌电压和电流的波形和幅值选择，以便适用于评估连接于低压交流电源中的设备的不同耐受能力，而设备耐受能力与浪涌环境之间需要进行适当配合。本指导性技术文件的目的是给设备设计者和用户提供标准和附加的浪涌测试波形以及相应的浪涌环境等级。标准波形和环境等级的选取需要考虑设备设计者和用户自由选择的权利，本指导性技术文件的推荐值是从大量的测量数据分析得到的简化结果，这样的简化将使连接到低压交流电源设备的耐受浪涌的性能有一个可重复的、有效的规范。在本指导性技术文件中没有指定一个特定的要求，它所推荐的只是一个合理的、深思熟虑的方法来认可需求的多样性。对于一个特定的场合，设备设计者需要考虑的不仅是本指导性技术文件所描述的波形和发生率，而且还要考察特定的电源环境以及需要被保护的设备特性。因此，无法将不同设备的特定的性能要求包括在本指导性技术文件中，然而通过考虑下述的一些因素可以达到一个实用的浪涌耐受能力。这些因素包括：预期的防护措施；最严重或最典型的情况；硬件的完整性(没有损坏)；设备运行过程的抗扰性(没有干扰)；特定设备的敏感性；电源环境(浪涌特性、其他的电力系统参数)；与通讯系统或其他系统的交互影响；SPD的性能(保护性能、耐久性以及损坏模式)；测试环境；总的和相对的费用。上述问题的答案并不一定都存在。特别是有关设备的敏感度，设备设计者可能很难获得。下文的信息指导读者进行参数确定、进一步寻求与实际状况更为接近或量化确定一个测试方案。预期的防护措施。预期的防护措施因应用场所和应用目的不同而不同。例如，在不涉及设备实时性能的情况下，预期的保护措施只要求将硬件损坏的风险降低到某一水平。在另外的情况下，如数据处理，重要的医疗过程或制造过程，任何的中断和过程的干扰都是不可接受的。因此设计者必须区分硬件损坏和过程干扰的情况来考虑预期的保护措施。另外是否需要考虑在直击雷情况下SPD能提供相应的保护并保证本身不损坏。设备的敏感性。特定设备的敏感性必须与上述目标相对应。设备硬件损坏和过程扰动的敏感度是不一样的，这些敏感度包括最大冲击残压幅度、持续时间、波形和能量敏感度等。电源环境——浪涌。本指导性技术文件推荐的测试波形必须根据位置类别和暴露等级，以及直击雷的情况来选取。电源环境——电气系统。电源电压的均方根幅度，以及任何预期的波动都需要量化。在合理选取SPD时需要考虑偶尔发生的电源异常现象。根据这些情况来合理地选取限制电压、动作电压和最大连续工作电压等参数。SPD的性能。SPD必须在浪涌和正常工作电压下具有长期的寿命。同时，SPD的残压与被保护设备的耐受值之问必须有一定的裕度。这些参数需要同时考虑，例如，一个额定参数很接近系统额定电压的SPD的残压很低可以提供很好的保护效果，但在出现异常电压时由于低残压从而牺牲SPD的耐久性或总体性能，这是不可接受的。Ⅱ GB／Z21713—2008测试环境。浪涌测试环境必须根据上述因素以及用户认为重要的参数来确定。典型的测试环境包括电压和电流以及短路电流的定义。只规定开路电压而不规定短路电流是没有意义的。为了避免这个缺陷，本指导性技术文件同时规定了电压和电流。费用。浪涌保护的费用与整个系统的费用和采用保护后得到的利益相比是比较少的。因此，可采用性能更好的浪涌保护器作为保守的办法以补偿一些未知的参数变化。采用这种办法可以在花费增加不多的情况下为用户获得较好的利益。本指导性技术文件中列出的测试波形帮助设计师，制造厂定义使用低压交流电源的设备将来遇到的浪涌环境。需要再次强调的是，这些环境的描述和波形的建议应作为实际成功应用的基础，包含适当的风险分析，不应盲目的当作规格使用。本指导性技术文件中定义的情况1——沿线侵入室内和室内产生的浪涌情况，自从1991年IEEE发布Std5871980作为推荐的操作指导以来，20多年成功的经验证实了其可靠性。这个情况包含应用于三种位置类别的两种标准波(100kHz振铃波和组合波)，以及两种附加波(EFT脉冲群及10／1000ps长波)。情况2考虑了很少发生的雷直击建筑物情况。如果这种建筑有适当的防雷设计，或者雷电流有通道流人接地系统，雷电会以雷电流形式影响电源进线侧的SPD。防雷系统中的雷电流也会在室内线路中的感应暂态电压。对一个没有防雷系统的建筑物，或者一个闪电击中无意成为建筑物事实上的接闪器的情况，这很难估计。但是可认为它们沿着不受控制的雷电流路径引起了绝缘击穿，也可能导致室内线路中的暂态电压。雷击紧邻建筑物的大地也会导致一部分雷电流进入接地系统，雷电流的散流类似于所有电流直接注人防雷系统(情况2特有)。但其幅值随着雷击点与接地系统间距离的增加而减小。因为这种幅值减小效应源于传播路径的延伸，与当地大地电导率及地电极状况有关，很难精确确定其值。情况2的有关能量和SPD出口的机械应力与情况1相比有明显的增加。但是，成功的现场经验证明情况1中基于标准波的定义是有效的。应用一些换算系数时，可以使用标准的8／20ps或4／10ps电流试验。如果考虑到情况2可能发生的情况，为此情况进行SPD设计前，必须进行适当的风险分析。应该考虑下列因素(但不限于)：当地的雷电密度，建筑物的特征和方位，雷电流幅值统计，电流变化率，设施的用途，SPD失效后断电的后果，对其他仪器可能造成的损坏等。由于远距离、附近或者直击雷造成的室内电路暂态电压感应现象是不可避免的。不管出于能量的考虑还是引入线SPD的选择，都必须进行处理。出于实用目的，100kHz振铃波表现出了这种效应，可用来表征这种现象。本指导性技术文件仅供参考，有关对本指导性技术文件的建议和意见，向国务院标准化行政主管部门反映。Ⅲ 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／Z21713—2008低压交流电源(不高于1000V)中的浪涌特性1范围本指导性技术文件描述低压交流电源(≤1000V)中的浪涌电压、浪涌电流环境，不包括其他的电能质量问题，如电压跌落、电噪声等。标准中所考虑的浪涌持续时间不超过半个工频周期，这些浪涌可以是周期性的，也可以是随机事件，可以出现在火线、零线以及地线之间。一般通过浪涌保护器(SPD)限制电压和电流的幅值来分流危险的浪涌能量，对于只会对设备造成干扰的浪涌一般采用其他方法消除。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本指导性技术文件的引用而成为本指导性技术文件的条款。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指导性技术文件，然而，鼓励根据本指导性技术文件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指导性技术文件。IEEEC62．41．1：2002低压交流电源(不高于1000v)中的电涌环境指南IEEEC62．41．2：2002低压交流电源(不高于l000V)中的电涌特性推荐准则IEEEC62．45：2002连接到流电源(不高于1000v)中的设备电涌测试推荐准则IEEEStd4：1995高压测试技术标准IEC61312-3：2000防雷击电磁脉冲第三部分：对SPD的要求IEC60060—2：1994高电压测试技术第二部分：测试系统IEC61000—4—4：1995电快速瞬变脉冲群抗扰度试验IEC61643—1：1998连接低压配电系统的电涌保护器——性能要求和试验方法3浪涌环境概要描述3．1总则发生在低压交流电源系统中的浪涌电压和浪涌电流有两个来源：雷电和操作。第三种来源是系统问的交互作用而引起的，如电力系统和通讯系统的交互作用。3．2雷电浪涌雷电浪涌是由于雷直击电力系统、建筑物、建筑物紧邻的大地等而引起的。远方的雷击可能在装置回路中感应浪涌电压。雷电浪涌是直接雷击、近区雷击或远区雷击引起的。浪涌可以用电流源(直接雷击或近区雷击的某些效应)或电压源(近区雷击的某些效应和远区雷击)描述，这样的双重性将在测试波形的选择过程中体现，推荐的波形同时考虑了电压和电流波形。为浪涌抗扰度评估而进行的有意义的和有效的代表性波形选择涉及到风险评估，这超出了本指导性技术文件所涉及的范畴，事实上是设备制造商的特权和职责。本指导性技术文件通过考虑两种情况(本指导性技术文件中称为情况)来简化这个问题。情况1是雷电不直接击在所考虑的建筑物上，有两种耦合机理：浪涌直接或间接耦合到电力系统，沿用户进线侵入建筑物。如雷直击电力系统或雷击共享一台变压器的另外一幢建筑物。电场和磁场穿透建筑物通过感性耦合到建筑物的管线上。情况2属于很少发生的情况，雷直击建筑物或雷击紧邻建筑物的大地，存在以下三种耦合机理：通过直接耦合在电源系统中产生的浪涌；】 GB／Z21713—2008通过感性耦合在电源系统中产生的浪涌；由于地电位升导致进线侧SPD动作引起的浪涌。由于操作引起的浪涌一般在室外产生然后沿管线侵入室内，这种情况也包括在情况1中。3．3操作浪涌操作浪涌是电力系统各种有意操作引起的，如开关、负载和电容器组的投切。也可能是一些无意事件引起的，如系统故障和清除。操作浪涌一般都被看作电压源来测量的，并不关注源的内阻抗。本指导性技术文件试图改进这种情况，对标准和附加的波形定义了源阻抗。在多数情况下，最大的过电压一般小于两倍系统电压峰值，但也有更高的情况，特别在投切感性负载(电动机，变压器)或容性负载时。短路故障时也会产生很高的过电压。一旦发生截流或重燃，更多的能量贮存在感性负载中，从而在开断的负载侧发生振荡。本指导性技术文件所推荐的一个标准波形就代表了本地电网操作引起的浪涌，但不包括主电网的操作。在电容器组经常投切的场合会频繁发生电容器操作浪涌，但这不能认为是普遍现象，而且这种浪涌的幅值一般小于两倍系统电压。因此这种浪涌对电气设备来说不构成危害，但电子电力转换设备会受其干扰，低限制电压的SPD会过载，因为这些浪涌的能量是比较大的。对这类有关电容器操作引起的浪涌有必要逐个分析。3．4系统交互作用引起的过电压越来越多的电子设备进入家庭和商业场合，这些设备一般同时具有一个通讯端口和电源端口。虽然各个端口一般都各自有相应的浪涌保护措施，但浪涌电流的流动会在公共参考点上引起电位偏移，而没有浪涌的回路电位保持不变。这两个参考点的电位差将作用在设备的不同端口上引起设备损坏或干扰。一个系统中的浪涌会在不同系统中引起过电压。根据定义，这类过电压超出了交流电源的范畴，但这类浪涌会作用到多端口设备，因此在本指导性技术文件中要提到。有必要考虑这类由于系统交互作用引起的浪涌，因为现场经验表明多端口设备由于浪涌引起的损坏一般错误地归因于电源线中的冲击。事实上，引起设备损坏的浪涌(低的浪涌会引起设备干扰)可能是由于其他系统中的浪涌通过SPD的分流而引起的。3．5位置类别——情况1作为对情况1得到的复杂数据进行简化的第一步，提出了位置类别的概念。图1给出了图示性说明，图中包括由电源系统元件和特性决定的过渡点说明。图1位置类别示意图 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／Z21713—2008按照这一概念。位置类别A适用于室内离管线人口有一定距离的设备，位置类别C适用于建筑物外部，并延伸到室内的一定范围内。位置类别B介于类别c和A之间。因为实际上的浪涌传输是一个连续的过程，通过引入明显的边界来划分类别具有一定的随意性和争议性。位置类别的概念承认过渡点的存在，不同位置类别的过渡点有相互重叠的部分。这些过渡点上一般存在一个确定的装置或元件：间隙可以提供一个放电电压限制；浪涌电流可以通过SPD分流或导线的阻抗限流。表1推荐了可适用的代表性波形，表2至表6给出了各类别对应的强度值。表1位置A、B、c(情况1)适用的标准和附加冲击试验波形和情况2参数汇总情况1情况2100kHz单独的电EFT脉冲群lO／1000gs位置类别组合渡电感耦合直接耦合振铃波压／电流5／50ns长波A标准附加B标准附加类型B个案逐c低可选标准可选附加的振铃波个评估c高可选标准可选表2位于出口处的SPD情况2测试内容‘。对含非线性限压元件类(MOV)暴露等级适用于各种类型SPD的lO／350,usSPD可选择的8／20,us。12kA90kA25kA50kA310kA100kAX双方协商选用更低或更高的参数8该测试只限于对安装在出口处的SPD，这与本推荐准则提到的标准与附加波形适用于除了SPD以外的其他设备不同；b上述数值适用于多相SPD的每一相测试；。比暴露等级1还低的SPD的成功现场运行经验说明可以选择更低的参数。表30．5ps-]00kHz振铃波在位置A、B1的浪涌电压与电流最大值(单相模式：L—N，L-G，[L&N-G]多相模式：L-L，L-G，[-L7SJ-G)峰值5位置类别有效阻抗／n。电压／kV电流／kAA60．230B60．5128当位置c处存在对浪蔼变化率敏感的设备时也可以考虑进行该振铃渡测试；b表中给出的效值是根据多数人的意见为了测试和SPD选择提供指导，其他等级可以通过有关方面协商确定；。冲击源的有效阻抗定义为电压峰值与电流峰值之比，具有电阻的量纲，但不是一个纯粹的电阻。 GB／Z21713—2008表41．2／50—8120Its组合波在位置A、B的冲击电压与电流预期最大值(单相模式：L—N，L—G，[L＆N—G]多相模式：L-L，L—G，[L’s]一G)峰值‘位置类别有效阻抗／nb电压／kV电流／kAA60．512‘B6323表中给出的数值是根据多数人的意见为了测试和SPD选择提供指导，其他等级可以通过有关方面协商确定；b冲击源的有效阻抗定义为电压峰值与电流峰值之比，具有电阻的量纲，但不是一个纯粹的电阻；。对于位置A的测试，允许内阻为2n的冲击发生器串联一个100的无感电阻来实现，这样波形会有轻微的变化。表5位于位置c的SPD情况1测试‘标准测试可选测试暴露程度1．Z／SOfzs电压发生器8／20ps电流发生器渡前响应评估用的最小开路电压通过SPD的电流6振铃波测试低6kV3kA。6k高10kV10kA6kV8该测试只限于对SPD，这与本推荐准则提到的标准与附加波形适用于除了SPD以外的其他设备不同；b表中的冲击电流值适用于SPD的每一相，这与测试设备的耐冲击性能测试不同；对于低暴露程度的测试，可用一个组合波形发生器产生，对于高暴露程度的测试，用两个单独的发生器进行测试；。对于低暴露程度的测试，如果用一个组合波形发生器来代替两个独立的发生器，冲击电压由表中的冲击电流幅值来确定。表6N-G模式下标准波形等级‘“‘适用的冲击类型中性点接冲击源离公系统暴o．5}ts-100kHz振铃泣1．2／50—8／20ps组合渡益设施人口地方式露程度处的距离电压峰值有效阻抗电压峰值有效阻抗kVnkVno很近所有等级投有没有投有中性点在公益设附近所有等级130没有投有施入口处接地远离所有等级330没有中性点在公不论远近低2122益设施入口不论远近中等41242处没有接地不论远近高612628表中的数值没有得到足够现场数据支持。这些数值是各方协商确定的，不作为强制要求；b当中性点搭接到设备接地端和在公共设施人El处的建筑物接地处时，N—G之间的冲击可在内部负载操作时产生，也可能在冲击电流流过中性线和接地导体时由模式转换产生，振铃波是导线中感应电压波形的很好代表；。当中性点投有搭接到设备接地端，也没有在公益设施人口处的建筑物接地处时，N—G之问的冲击可与LL、L_N或L-G出现的一样(参照表3、表4)；o冲击源的有效阻抗定义为电压峰值与电流峰值之比，具有电阻的量纲，但不是一个纯粹的电阻。 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／Z21713—2008对于建筑物入口处的浪涌电流，不管在人口处是否有间隙闪络的限压效果。线路阻抗将阻止电流流向建筑物内部，从而减小线路上的浪涌电流。相反，对于建筑物入口处的浪涌电压在线路末端没有低阻抗的负载(设备或末端的SPD)时可以无衰减地传到室内线路末端。在图2中，位置类别A、B和c对应沿线侵入室内和室内产生的浪涌情况。当雷直击建筑物时会在室内电路中感应电压和电流浪涌，这些浪涌一般是在雷电流的初始上升阶段感应产生，因此一般用相对短持续时间和较少能量的浪涌来表示，如100kHz振铃波。由于直击雷通过阻性耦合(情况2)的浪涌包括一个长的波尾，这样的浪涌不受回路电感的影响。3．6位置类别——情况2情况2用来描述雷直击建筑物或紧邻建筑物大地的特殊情况。重要因素包括对应区域的地面落雷密度、建筑物的有效引雷面积、电流幅值的统计分布、首次回击与后续回击的关系、雷电流的散流路径等。直击雷有两个相关的效应，一个是由于大电流产生的电磁场在周围回路上感应产生的浪涌，这种浪涌可以用一个振铃波描述，另一个效应是雷电流注入接地系统。情况2一个重要的方面是对某一具体建筑物而言发生的概率很低，尽管雷电是一个全球性的经常发生的事件。在雷击紧邻建筑物的大地时，大部分的电流直接流人土壤中，剩余部分流人建筑物的接地系统，好像雷直击建筑物，但雷电流有一定衰减一样。因此对一确定设备考虑是否需要进行保护之前需要进行一个考虑建筑物功能的风险评估。在IEC出版物中定义的雷电流参数是基于CIGRE第33委员会的研究结果，注意这些研究着眼于雷电本身，而不是着眼于雷击建筑物后在交流电源系统中的雷电浪涌。闪电的首次回击可以用电流幅值、回击包含的电荷量、比能等参数表示。自然雷闪参数已在IEC61312—3：2000中作了说明。雷电流在不同路径中的散流比例反映了这些路径的相对阻抗太小，可在很大的范围变化。数值仿真表明，当模型假定为接地电阻的相对数值时，流过SPD的电流波形与雷击点的波形没有明显差异。在具有多点接地中性线的电源系统中，多个接地点提供的低接地电阻减少了人口处SPD中的电流。因此在进行风险评估时，必须考虑电源系统的中性线接地情况。闪电中的后续回击具有低的幅值，但波头较陡。因此它的效应主要是在回路中的感应。出于实用角度，考虑回路的振荡效应，用100kHz振铃波来表征暴露在情况2中的内部回路的环境。3，7暴露等级最好用表征浪涌电流幅值与发生频度关系的图表来描述某一特定环境和位置类别的雷电电磁环境参数。但目前还没有足够的这方面的信息，暴露等级的概念仍旧停留在定性的层面。根据多数人的意见，采用表格形式对三类位置类别按照数值划分为三个子类别，但种类细分导致选择时比较麻烦，许多用户一般采用最大值。因此，在本指导性技术文件中出现的表格给出了类别A和B的相应推荐值。由于位置类别B与c之间的过渡带比较宽，因此对位置类别C保留两个子类别。4代表性浪涌的选择过程4．1方法对设备耐受低压交流电源系统中的浪涌能力以及SPD抑制性能的评估，可以采用将大量的测量数据用几个代表性的波形进行简化，没有必要要求设备能耐受与现场测量到的完全相同的浪涌，因为这些测量到浪涌与地点有关，而且会随着时间而变。本指导性技术文件的方法是基于暂态控制水平的概念而进行的，可以用公理的形式陈述如下：判断一个环境标准的有效性不是看它跟真实世界有多接近，而是看按照该标准设计的设备的实际运行状况。如果按照该标准设计的设备工作状况良好，而同时不按标准设计的设备不能很好工作，那该标准成为一个好标准的可能性就很大。简化的过程就是选择一些能在实验室测试中保持统一的、有意义的和可重复的代表性浪涌。浪涌环境是千差万别的，可以是很好的情况，也可以是很坏的情况，因此在采用这些代表性浪涌作为浪涌环境基准时要谨慎。然而，这样的简化并不妨碍用户在已较好掌握某一特定环境时(比较长的一个时期，如一年或一年以上)采用与本指导性技术文件不同的浪涌。位置类别和暴露等级的组合选择将提供介 GB／Z21713—2008于保守和冒险之间的一个妥协办法。4．2最坏情况设计与经济上的权衡想要得到设备最大的可靠性从而对浪涌抗扰度过于保守的设计就会要求指定大量的浪涌波形和最高的浪涌强度。一般基于风险分析的妥协是设备设计和规格中一个必不可少的环节。而且在某一设计下(分类号和批次)特定设备的浪涌抗扰度不是一个单值参数，而是用统计参数来表示。另外，电源中浪涌的幅值也是随机分布的。因此，兼顾浪涌环境和设备抗扰度涉及两个概率的交叉部分。本指导性技术文件提供了一个可供选择的表格，作为某一类设备性能的一个共同参考。注意这些特定设备的要求规格已超出了本指导性技术文件的范围。然而，在设计设备时涉及到浪涌时首先必须确定设备对侵入的浪涌的耐受水平。简化复杂环境的过程包括三个步骤：1)确定环境(室内的或室外的)以及无保护措施下的工作条件；2)根据假定环境选择尽可能少的代表性波形。本指导性技术文件提供了选择的基础；3)最后的步骤将根据设计者或设备用户的观点确定，分两种不同参数的情况。情况1：当设备对电压、电流的幅值和持续时间敏感时，涉及的主要参数是浪涌的幅值和持续时间。情况2：当设备对电压变化率敏感时，涉及的主要参数是变化率，电压变化引起设备干扰的幅值比硬件损坏的幅值要低得多，甚至不会超过工频正弦波的幅值。设备的电磁环境范围变化很大。某一特定设备的环境是确定的，而其他设备的环境是可变的。另外，特定环境的情况也会随时间变化，是某些因素的一个函数，包括地理、季节、雷电活动每年变化等。另外一个与时间相关的是附近电气和电子设备产生的干扰。对某类特定设备，相应的业界和各种标准化组织一般会对电磁干扰的程度提出指导性意见。对商用和消费类商品，制造商一般会根据自己的情况确定。一种处理方法是在产品设计时选择低的或中等的等级，作为一个选择，对更严酷的环境，可以采用更高的等级，或采用额外的保护措施。不论设备抗扰度如何，一般应采取一些措施防止浪涌引起后续的危害，如火灾或爆炸。为设备提供抗扰度水平或SPD保护能力不是本指导性技术文件的目的。但必须区分一般设备(可能在电源口含有SPD元件)和专门用于分流目的的SPD之间的差别。一般设备浪涌测试的目的是评估设备对浪涌环境的响应，为达到这个目的，代表性波形的概念就适用了，用这些浪涌测试设备样品，并观察设备的反应(没有明显的干扰，失常或损坏)。而SPD浪涌测试的目的是确定SPD的特性(保护水平和浪涌耐受能力)，最终比较不同SPD的性能差异。为了达到这一目的，要求采用一些电压和电流测试SPD样品。但需要注意的是本指导性技术文件表征浪涌环境的推荐值不能用作此类产品的规格。因此，在第5章和第6章中的推荐值包括两类：出现在各种环境和位置类别中侵入到设备的浪涌；适用于测试SPD性能的浪涌。4．3浪涌效应设备的种类和功能会影响对浪涌效应的判断。当设备损坏的后果与安全无关，只有经济损失时，可以考虑不必为了防护很少会发生的高能浪涌而付出高额费用。这类很少会发生的情况分两个方面：“什么时候”或“在哪里”。在大多数设备运行期间，会在某些情况下出现相对高幅值的电压和电流，如闪电或切除电容器组时发生多次重燃；对各处运行的所有设备而言，一些场合的设备会经常遭受由于本地操作引起的浪涌，如功率因数补偿电容器组的操作。浪涌作用到电源系统引起的后果可分为以下四类：1)无觉察得到的变化。没有可观测到的变化说明被试设备可以耐受相应的浪涌测试，但外观有时是具有欺骗性的。设备在特定的限值下可以正常运行，满足“无功能或性能损耗”的标准，可能推论这样一个结果：性能的退化还在限值之内，但可能预示更严重的退化、某一元件的潜在 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／Z21713—2008损坏、或是无法预见的后果。2)扰动：这一后果可以是通过软件设计而自恢复的，因此不是很直观的，或者需要人工干预、可编程控制器的延时动作，可以分为以下三种程度：轻微的：功能暂时性的丧失(可接受的)，但没有错误操作。严重的：暂时的故障运行(可自恢复的)。相当严重的：暂时的故障运行(需要人工干预或系统复位)。间隙闪络但没有引起相邻固体绝缘损坏的情况也可以归人此类。3)损坏：损坏包括轻微的和明显的。除非对设备状态进行特别评估，可以发生没有被检测到的损坏。在绝缘测试中可能会因浪涌测试导致绝缘初始缺陷。4)间接损害：间接损害包括设备在浪涌作用下会对周围物体造成损害的可能性，可能发生火灾或爆炸。间接损害可能源于不可见的硬件扰动，导致数据被破坏但用户并不知情。接受或拒绝的标准必须考虑这些不同的后果。例如，当扰动可以接受的情况下，如果发生更严重的后果，就必须抛开扰动的等级；假如安全方面不会带来危害，不会发生间接的损害时，就可以认为损坏的后果可以接受。但不论什么类型的后果，都必须用下述的测试来验证。扰动和损坏的后果程度根据设备的任务来确定。基于此，不能对所有设备都提出一个普遍的耐受水平。因此，本指导性技术文件提出的环境水平数值不能盲目地解释为对所有设备的普遍要求。为简化可选性，本指导性技术文件提出了两类浪涌测试波形。在第5章中定义为标准波形的第一类波形在工业界有悠久的成功应用历史，因此可以认为采用这些标准波形对设备电源端VI的浪涌测试是足够的。然而对一些特殊的环境，在第6章中定义为附加波形的第二类波形提供了一些适用于特殊环境的推荐波形。表1给出了这些波形的概要介绍，包括适合于不同场合的位置类别说明。5标准浪涌测试波形的定义5．1总则所推荐的这两个标准波形是0．5,us一100kHz振铃波和1．2／50ps一8／20ps组合波。这两个标准波形的参数在5．3．1和5．3．2中描述。图2至图4表示的是三个标准波形的定义(一个是振铃波，另两个是组合波)。图20．5p,s-100kHz振铃波7 GB／Z21713—2008时间／¨s图3开路电压1．2／50ps波形图4短路电流8／20IAs波形峰值电压和电流选取的标准与各种暴露等级有关，这在表3至表6中给出。有关这两个标准波形的详细描述在第5章中给出。描述波形的方程和对应的测试误差在相关文献中给出(IEEEStdC62．45：2002)。对应适用于SPD测试的类别C环境，则用两个独立的浪涌电压和浪涌电流发生器来实现。1)100kHz振铃波图z所示为振铃波，更详细的定义在5．3．1中给出。对100kHz的振铃波对短路电流没有作出规定。但在5．2中根据位置类别给出了短路电流的要求。对位置类别A，开路电压和短路电流的比值(有效阻抗)规定为30n，而对位置类别B则为12n。一般规定的是第1个峰值。2)组合波组合波涉及两个波形，一个是开路电压渡形，另一个是短路电流波形，分别如图3和图4所示，更详细的定义在5．3．2中给出。组合波由同一个发生器产生，对开路施加一个1．2／50Ps的电压波形，而对短路则施加一个8／20ps的电流波形，实际作用的波形由发生器和被试品的阻抗共同决定。一般根据严重程度选择开路电压和短路电流的峰值。5．2标准波形峰值的选择表3至表6包括了位置类别、浪涌类型、峰值电压及峰值电流，作为设计或测试时的一种选择，需要强调的是，这些参数只是提供一种示例，不是作为一种强制性的要求。标准中的推荐值需要深思熟虑地进行选取，但也留给了用户在充分了解的情况下自由选择其他数值的权利。因为系统暴露等级会因浪涌源的不同而不同，因此对振铃波和组合波分别给出了各自的表格。例如，一个设施可能处于雷电多发地区，但操作引起的浪涌不太严重，反之亦然。作这样的选择可能是一件很难的事。一方面，设备的性能和功能严重影响这种选择，一些设备的工作环境可能符合定义中的某一环境，另一些可能处于一个很广泛的环境。进一步地，损坏的后果和裕值的选取与设备的功能有关。另一方面，对批量生产的设备，为某一特定环境定制一个耐受水平，这是不8 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／Z21713—2008现实的。在这种情况下，选取参数时只有考虑典型的情况，而不是个别情况——除非像生命维持系统类要求特别保守的设计。5．3波形的详细说明5．3．10．5Its-100kHz振铃波一个标准的100kHz振铃波如图2所示。开路电压波形定义如下：上升时间：0．5“s土0．15its}振铃频率：100kHz士20kHz。波的振幅减小使得相反极性的相邻波峰值之比如下：——第二个波峰值是第一个波峰值的40％～90％。——第三个波峰值和第四个波峰值分别占第二个和第三个的40％～80％。——第四个波峰值后得幅度不作要求。——第五个波峰及后续波的振幅远远小于初始波，使得它们对于最容易受攻击和影响的仪器也几乎没有任何作用。——上升时间的定义：波形上升沿上达到峰值的10％和90％所用的时间差，频率由初始波头之后的第一个和第三个过零点计算而得。——一般根据严重程度选择开路电压和短路电流的峰值。——V，／J，的值在位置类别A中取12n，位置类别B中取30n；当波峰的开路电压严格调节到6kV时，规定短路电流在位置类别B中为500A；在位置类别A中为200A；对于峰值更低的电压，短路电流将随其成比例地减小，使得y，／I，值保持在12o或30n。——对于100kHz振铃波的短路电流波形不做定义，但表3中依据位置类别建议了短路电流的一个波峰。由于这种振铃波并不是用来给被试品提供高能量的考验，因而没有必要对电流波形进行详细的描述。波形上升沿短的0．5ps上升时间及很高的电流峰值对应了di／dt很大的值，它将对实验中仪器的接线产生强烈的电感效应。浪涌波形发生器的分压作用及被试品的阻抗可能会比较重要，它由列出的短路电流峰值进行要求。本指导性技术文件推荐100kHz振铃波采用衰减的余弦波形，其函数表达式由下式给出：m)=AV，(1_exP吾)exp(寻)∞s(∽)rl一0．533its；r2—9．788tts；叫一21，4·105rad／s；A=1．590⋯⋯⋯⋯⋯(1)这种波形的振动频率可能会引起被试品中的共振。但是，这种效应从振铃波的固有频率无法确定，必须进行扫频实验。5．3．21．2／50Its-8／20Its组合波组合波由同一个发生器产生，对开路施加一个1．2／50ps的电压波形，而对短路则施加一个8／20kts的电流波形，实际作用的波形由发生器和被试品及连接被试品和浪涌部件部分的阻抗共同决定。一般根据严重程度来选择开路电压和短路电流的峰值。图3表示了定义的开路电压，图4为定义的短路电流。开路电压波形参数：——波前时间：1．2／2s；——持续时间：50ps。依据IEC60060—2；1994，IEEEStd41995，电压波形的波前时间定义如下：1．67×(￡。o～t3。)，其中，t，。和t。。分别指波形上升沿达到峰值的90％和30％所用的时间。 GB／Z21713—2008持续时间的定义：从虚拟原点到波形曲线尾部上达到振幅的50％所用的时间。波形上升沿上连接振幅30％点和90％点的直线与电压零值线的交点即为虚拟原点。其函数表达式推荐如下：V∽一AV，(卜ex一寻)ex，(吾)1=0．4074ps；r2—68．22扯s；A一1．037⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)短路电流波形参数：——波前时间；8”s；——持续时间：20ps。依据IEC60060—2：1994，IEEEStd41995短路电流波形的波前时间定义式1．25×(￡。。--t。)，其中，t。o和t，。分别为波形上升沿上达到振幅的90％和10％所用的时间。持续时间的定义如下：从虚拟原点到波形曲线尾都上达到振幅的50％所用的时间。波形上升沿上连接振幅10％点和90％点的直线与电流零值线的交点即为虚拟原点。一般根据严重程度选择开路电压和短路电流的峰值。其函数表达式推荐如下：I(f)一ATpt3exp(亨1r一3．911“s；A一0．01243(Us)“根据组合波电压电流的峰值，有效阻值U／J。为2．0Q。这个比值决定了发生器带各种负载(诸如SPD)时的波形状况。依照传统，1．2／50Ps电压波用于绝缘基本冲击水平的测试。在绝缘闪络前近似于开路。8／20舢电流波用于向SPD注人大量电流。就像闪电引起的过应力，开路电压和短路电流是同一现象的不同方面，从而当预先不了解负载状况或者浪涌期间负载可变时，将二者合成一个单一的波形是很有必要的。当一般的负载特性可知时(例如一个SPD)，可以用单独的发生器做电压电流的独立测试。6附加浪涌测试波形的定义情况1的两个附加波形是EFT脉冲群和单极性的10／1000ps长波。情况2(直接雷击)附加的是IEC61643—1：1998定义为I级的一种特殊测试波形，它在附录A中提议用于对人口处备选SPD进行评价。每一种波形都有其特定的适用范围(接触器干扰，保险丝动作，电容器投切以及直击雷)。因此，在以下篇章中对每一种波的波形定义和振幅选择分别进行了定义。图5～图7表示定义的波形图。表7～表8列出适用于不同环境的电压电流峰值及电源阻抗。10时间／ns图5单个EFT波形 标准分享网www.bzfxw.com免费下载图6EFT脉冲群波形GB／Z21713—2008图710／1000lUts长波波形6．1EFT脉冲群EFT脉冲群波形由若干个重复脉冲组成，每个脉冲包含单独的单向脉冲。IEC最初提议使用这种波形对仪器的抗扰性进行评估，它并不是浪涌环境的代表性波形。根据不同严重度而定的幅值级别已经被一致规定为设备便于测试的典型实际抗扰强度的表现。值得注意的是，它们不能理解为发生在实际电源中的真实干扰电压水平进行分析。基于IEC61000—4—4：1995规范的6．1．1--6．1．2概述了这种波形的特征。但必须注意的是，IEC的文献是定期修订的。因此，明确要求每个IEC周期的EFT波形测试详细计划必须基于IEC文献的最新版，而不是本指导性技术文件中的相关说明。6．1．1波形定义一个脉冲群中的单个EFT脉冲定义如下：——上升时间：5ns；——持续时间：50ns。上升时间定义为波形上升沿上达到幅值的10％和90％所用的时间差。持续时间定义为一半最大值的完整宽度，即：波形上升沿和下降沿上50％幅值点对应的时间差。脉冲群中的单个脉冲持续时间为15ms。在每个脉冲群内，单个脉冲的重复率由开路电压的峰值指定，具体如下：——当峰值≤2kV时：5kHz；——当峰值>2kV时：2．5kHz。(IEC61000—4—4：1995制定的这两个值仅反映了脉冲发生器的固有属性，不表示环境特征。)脉冲群的重复周期为300ms。图5表示了单个脉冲，图6为脉冲群。11 GB／Z21713—20086．1．2幅值在IEC61000—4—4：1995中，EFT脉冲群的振幅被定义为开路测试电压。波形是在发生器带50o负载时定义的。定义发生器具有1MHz和100MHz间的50Q电源阻抗。当脉冲施加于被试品时，产生的电流是不做定义的，因为它的频率决定于被试品全阻抗及EFT波形。由于测试的目的是对抗干扰性进行评估，不是能量耐受特性的估计，因此电流的幅值不是主要测试内容。鉴于这种测试标准，一般根据严重程度选择特定值。IEC61000—4—4：1995给出了5个严重度测试级别：从0．5kV～4kV开路电压，有额外的规定，特殊的级别标准尚未商议决定。为了与目前规程中的简化方法相一致，表7只给出了三个级别。由于目前文献中的附加波形描述只是提议，其他级别的规定也可能被通过，表7中第四行用x表示。表7EFT脉冲群幅值选择测试严厉度开路峰值电压低1kV中等2kV高3kVX协商确定6．210门000Ils长波6．2．1波形定义波前时间和持续时间定义如下：——开路电压：波前时间：loMs；持续时间：1000Ms；——短路电流：波前时间：10Ms；持续时间：1000ps。由于本文中此波形的主要目的是提供能量，上升时间，达到峰值的时间，波前时间之间的区别与1000Ms持续时间相比可以忽略。图7所示为浪涌电流定义。6．2．2幅值使用此波形时，与两个标准波存在以下主要区别：应用于标准波的位置类别的概念不适用(那个概念基于分支电路电感在两个标准脉冲所在频率上起限制作用，假定随着引线距离的增加而衰减。)10／1000Ms波形的长持续时间减弱了引线电感的全部作用。但是，依据场所的环境方位，仍然要考虑一系列的标准。因此，表8所示的三个规定程度适用于所有的位置类别。一般依据严重程度选择开路电压振幅。相应的开路电压与短路电流之比y，／J。如表8所示。表810／1000ps长波幅值选择暴露程度浪涌电压峰值冲击源阻抗低(居民)无中等(商业)1．oU^1．0n高(工业)1．3L，“0．25o注1：冲击电压峰值正比于系统电压峰值仉-，标准数值只是冲击本身的大小，要叠加到电源电压上(考虑相角)。注2：投有足够的现场数据支持如何确定冲击电源的阻抗，表中的数值是根据多数人的意见为了在测试和选择SPD的额定值提供指导和一致性而提出的。注3：冲击源的有效阻抗定义为电压峰值与电流峰值之比，具有电阻的量纲，但不是一个纯粹的电阻。注4：这个长波测试主要为了评估设备通过高能量冲击的能力。6．3电容器投切引起的振铃波如IEEEStdC62．41．1—2002所述，投切电容器浪涌的发生应归于配电系统(一般安装在中压侧)中投切电容器组，如果在用户的低压电网中(工业系统而不是商用和住宅)存在功率因数补偿电容器，就12 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／Z21713—2008可能会有浪涌放大的可能。尽管在频率范围上(几百Hz至几kHz)达成了共识，但是对于特定的情况，规定全面的波形比较困难且易产生误解。不考虑浪涌放大情况时，这些浪涌的幅值一般略低于系统电压的2P．o．。鉴于这种过电压对操作有影响及多半能量转换设备能抵抗，一般不需用SPD提供较低的限制电压。一些能量转换设备在过电压时可能吸收过多的冲击电流，会触发过流保护装置。如果系统结构可能引起电压放大的发生，这会牵涉到SPD的浪涌能力及是否能成功投切电容器。因此，为电容投切产生的浪涌提供电源阻抗是很困难的。这种浪涌可能性的估计须针对每一种特定的情形，或者至少针对每一类型的特定情形。这超出一般环境描述类规范的工作范围。对备选SPD能量处理能力或功率转换设备不受干扰的评估测试可以在实验室中借助实际电容器，或者产生一种由工频电压外加操作浪涌产生的任意波形进行。虽然受实验室条件限制，又存在重复的困难，但是仍可获得一些有意义的结果。使用波形发生器和功率放大设备，在很大范国内的强度等级重复将是有可能的。6．4情况2的参数IEC出版物提供的雷电防护中的雷电流参量源于CIGRE学术委员会的报告及其他论文。IEEEStdC62．41．1—2002中引用了这些数据和书目。对于直击雷浪涌，最关心的是首次回击，因为它具有很强的峰值电流、电荷转移以及比能。对于电感性浪涌，传输雷电流得导体和主电路的互感系数最重要。这种行为和关注事务间的区别导致了参数的两种设置，在6．4．1及6．4．2中给出了定义。6．4．1情况2直接耦合雷电浪涌雷电直接耦合的效应主要关注的是安装在电源线上SPD的能量耐受能力，IEC61643—1：1998针对SPD的能量耐受能力规定了“I类测试”。6．4．2情况2感应耦合雷电浪涌对感应耦合雷电浪涌，最关注的是雷电中的后续回击。这是由于后续回击的变化率很大，会在附近电路上感应耦合过电压。对自然雷电的测量数据有限，但对触发雷电的测量证明了后续回击的陡度很高。IEC61312—3：2000认为代表性的波前时间为0．25ps，感应电压的第1个峰值就是在波前时间达到的，衰减部分由于其频率低相对不太重要。当考虑回路自振与阻尼振荡的复合效应时，表l中的100kHz标准振铃波可用作这些感应效应的代表波形。'