低压电涌保护器第21部分：电信和信号网络的电涌保护器(SPD)性能要求和试验方法 GB/T18802.21-2016

 1  总 则

1．1  范 围

     本部分适用于对受到雷电或其他瞬态过电压直接或间接影响的电信和信号网络进行防护的电涌保护器(以下称为SPD—Surge protective device)。

    这些SPD的作用是对连接到系统标称电压最高为交流1000V(有效值)、直流1500V的电信网络和信号网络的现代电子设备进行保护。

 1．2  SPD的结构

     本部分所述SPD的结构如图1所示。每种SPD由一个或几个电压限制元件组成，并可能包含电流限制元件。

                                    说明：

                                   V——电压限制元件；

                                   V，I——电压限制元件或电压限制元件与电流限制元件的组合；

                                   X1，X2…Xn——线路端子；

                                   Y1，Y2…Yn——被保护的线路端子；

                                   C——公共端子。

                                   a  可能不提供公共端子C。

图1  SPD的结构示意图

 1．3  本部分的使用

     本部分考虑两类基本的SPD。

    第1类SPD内至少包含一个电压限制元件，但没有电流限制元件。图1中各种结构的SPD都属于这种类型。这些SPD应满足5．1、5．2．1和5．3的要求(见表1)。图1b)、1d)、1e)和1f)所示的SPD的线路接线端子和对应的被保护的线路接线端子之间可包含有一个线性元件。这样的SPD也应满足5．2．2中适用的要求。

    第2类SPD内装有电压限制元件和电流限制元件。图1b)、1d)、1e)和1f)所示的SPD的结构形式适用于同时包含电压限制元件和电流限制元件的SPD。这样的SPD也应满足5．1、5．2．1、5．2．2和5．3的要求(见表1)。只包含电流限制元件的保护装置的结构见附录A。

    根据应用情况SPD还需满足一些附加的要求，在5．2．3和5．4中阐述了这些附加要求(见表1)。

    根据SPD在通信和信号网络中的应用情况，在5．2．3中提出了这些SPD可能需要符合的传输特性试验。根据预计的SPD的用途，应从5．2．3中选择适用的传输特性试验。表1对如何选择适用的传输特性试验提供了一般性的指导。

    在5．4中提出了当SPD只在如4．1所述的不受控制的环境中使用时的环境要求。经过用户和制造商协商之后SPD应满足这些要求。表1给出了各种类型的SPD应满足的要求的示例。

 4  使用条件和测试条件

4．1  使用条件

4．1．1  正常使用条件

    4．1．1．1  大气压力和海拔高度

        大气压力80kPa～106kPa。与之对应的海拔高度为2000m～-500m。

    4．1．1．2  环境温度

        正常范围：-5℃～ 40℃

        注1：该温度范围适用于户内型SPD。对应的规范为IEC 60364-5-51的AB4。

        扩展范围：-40℃～ 70℃

        注2：该温度范围适用于安装在无气象防护措施位置的户外型SPD，对应规范在IEC 60721-3-3的3K7类中。

        存储温度范围：-40℃～ 70℃

        注3：所有超出值由制造商规定。

    4．1．1．3  相对湿度

        正常范围：5％～95％

        注1：该范围适用于户内型SPD。对应的规范为GB/T 16895．18的AB4。

        扩展范围：5％～100％

        注2：该范围适用于安装在无气象防护措施位置的户外型SPD(如未将SPD放在一个防风雨的外壳中)。

 4．1．2  特殊的使用条件

    处于以上正常使用条件以外的情况下的SPD，在设计和应用时可能需要特别的考虑，并应提请制造商注意。

4．2  测试温度和测试湿度

     SPD应在温度为25℃±10℃，相对湿度为25％～75％的环境下测试。

    如果制造商或用户要求，SPD应在预期使用温度范围的极限温度下进行测试，依应用情况而定。所选的温度范围可比4．1的整个温度范围要窄。

    对于特定的SPD工艺，可以预先知道所选择温度范围中只有一个极限温度代表最不利测试条件。在这种情况下只应在代表最不利测试条件的极限温度下试验。对同样的SPD工艺，在进行第6章中所述的各种测试时，这个极限温度可能不同。

    当要求在极限温度下测试时，SPD应有足够的时间逐渐地加热或冷却到极限温度，以免其受到热冲击。除非另有规定，最少应用1h的时间。在试验前，应使SPD在规定的温度下保持足够的时间，以达到热平衡。除非另有规定，最少应用15min的时间。

 4．3  SPD测试

     在测试本部分所包括的SPD时，应使用这些SPD在现场安装时使用的连接器或接线端子。另外，应在这些SPD的连接器或接线端子处进行测量。对于那些带有接线座或插头的SPD，其接线座或插头应是测试的一部分。

    当应用在通信系统中，ITU-T在K系列的保护支架(K．65)和终端模块(K．55)标准中给出了要求。

    在用接线座进行试验时，应尽量靠近用于外部连接的SPD底座(端子模快)的端部进行测量。用于测量的波形记录仪器应符合IEC 61083-1中有关测量的专门规定。

    注：对于波形记录仪器的设置，见附录D。

    图1c)，1e)和1f)中的SPD都可有一个总放电电流ITotal的公共电流通路(包括保护元件或仅内部连接)，制造商应说明这个公共电流通路的最大总放电电流值。该电流值可能比每个线路端子的最大载流能力的n倍要小，n等于线路端子的个数。

    有关试品的抽样数量和允许的故障率等要由用户和制造商之间进行协商。

4．4  波形允许误差

     波形参数A/B的定义遵照IEC 60060-1：1989的规定(也请见IEC 61000-4-5)，A是波前时间(单位：μs)，B是半峰值时间(单位：μs)。表2列出了本部分所用波形的允许误差。

5  要 求

5．1  一般要求

     下列要求适用于本部分包括的所有SPD。

 5．1．1  标识和编制的文件

    a)～o)各项所列出的数据应标记在SPD上(按5．1．2所述)，或编入在有关的文件中以及标注在包装盒上。在说明书中应对所用的任何缩略语加以说明。按第6章对SPD进行的各项试验的试验条件 应在编制的文件中说明。

    a)  制造商名称或商标；

    b)  制造日期或产品序列号；

    c)  型号；

    d)  使用条件；

    e)  最大持续运行电压Uc(交流和/或直流)；

    f)  额定电流；

    g)  电压保护水平Up；

    h)  冲击复位(如适用时)；

    i)  交流耐受能力；

    j)  冲击额定值(根据表3分类和对应的参数，如C2：2kV/1kA)；

    k)  过载故障模式；

    l)  传输特性(对应于SPD预期的应用)；

    m)  附加信息(如适用时)：

        ●  可替换元件

        ●  使用放射性同位素

        ●  “in”和“交流过载电流”，如要求进行冲击过载试验(见6．2．1．7)

        ●  电涌电流，如ISM，In，Iimp，ITotal

    n)  串联电阻(如适用时)；

    o)  SPD的类别和额定值(当类别印刷在SPD上，建议在类别上加方框，如C2。

 5．1．2  标志

    SPD应清晰标记5．1．1中的以下几项：a)制造商名称或商标，b)生产过程的可追溯标记c)型号和e)最大持续运行电压。标志的材料在正常使用时应耐磨损，耐溶蚀。标志可在壳体的下方，但应让最终用户容易看到(如不使用工具)。在编制的文件中或包装上应有特殊处理的全部说明。按6．1．2进行符合性检查。

5．2  电气特性要求

     在按第6章的各条款试验时，SPD应满足下列要求。

 5．2．1  电压限制要求

    对只包含有电压限制元件的SPD应符合5．2．1中的所有要求。对既含有电压限制元件又含有电流限制元件的SPD，应符合5．2．1中的所有要求以及5．2．2中所有适用的要求。

    当SPD的线路端和被保护的线路端之间包含有线性元件时，该SPD应符合5．2．2中适用的要求。

    5．2．1．1  最大持续运行电压(Uc)

        制造商应规定适用于交流或直流电路中的SPD的最大持续运行电压。

        应按6．2．1．1进行符合性检查。

    5．2．1．2  绝缘电阻

        这个特性应由制造商规定。应按6．2．1．2进行符合性检查。

    5．2．1．3  冲击限制电压

        在表3规定的试验条件下，SPD应限制规定的冲击电压。测得的限制电压不应超过规定的电压保护水平Up。见IEC 61180-1：1992。

    5．2．1．4  冲击复位

        本要求仅适用于开关型SPD。在施加按表3选取的冲击波后，SPD应能灭弧或恢复到它的静止状态。在施加这个冲击波期间，应把按表4选取的电压施加到SPD上。除非另有规定，SPD应在30ms或更短的时间内恢复到它的高阻抗状态。

    5．2．1．5  交流耐受能力

        按6．2．1．5采用从表5选取的电流进行试验后，SPD应满足5．2．1和5．2．2(如适用时)中相关的要求。

     5．2．1．6  冲击耐受能力

        按6．2．1．6采用从表3选取的电流和电压波形进行试验后，SPD应满足5．2．1和5．2．2(如适用时)中相关的要求。

    5．2．1．7  过载故障模式

        当按6．2．1．7对SPD进行试验时，不应引起火灾、爆炸或触电危险，不应放出有毒烟气。

        制造商应提供导致出现如6．2．1．7所述故障模式的冲击电流(8/20)值和交流电流值。

    5．2．1．8  盲点

        如果从制造商那里得不到有关盲点的资料，或者希望对制造商的数据加以验证，则应按6．2．1．8所述的方法对多级SPD进行试验。

 5．2．2  电流限制要求

    当SPD由电压限制元件和电流限制元件组合而成时，电流限制元件应符合5．2．2中所有适用的要求。对线路端子间接有线性元件(例如电阻器、电感器)的SPD，应符合5．2．2．1，5．2．2．2，5．2．2．7和5．2．2．8的要求。

    5．2．2．1  额定电流

        制造商应规定额定电流。为了确认这个额定电流的值，应按6．2．2．1试验SPD。在做试验时，不应引起SPD的电流限制元件运行特性的改变。

    5．2．2．2  串联电阻

        制造商应规定串联电阻的阻值及允许偏差。为了确认串联电阻的阻值，应按6．2．2．2对SPD进行试验。

    5．2．2．3  电流响应时间

        当按6．2．2．3试验时，电流限制元件应在不超过制造商规定的响应时间内动作。表6给出了试验电流的优选值。见ITU-T的K．30。

    5．2．2．4  电流恢复时间

        装有一个及以上的可自恢复电流限制元件的SPD应按6．2．2．4进行试验。除非另有规定，恢复时间或电流限制元件返回到它们的静止状态所需要的时间应小于120s。

        这个要求不适用于装有可人工恢复电流限制元件的SPD。

    5．2．2．5  最大中断电压

        本要求只适用于装有可自恢复或可人工恢复电流限制元件的SPD。SPD的制造商应规定这些电流限制元件的最大中断电压。最大中断电压按6．2．2．5进行试验来核实。在试验之后，电流限制元件的工作特性不应降低。

    5．2．2．6  动作负载能力

        本要求只适用于装有可自恢复或可人工恢复电流限制元件的SPD。SPD应能承受重复施加的最大中断电压。应从表7中选择足以使电流限制元件动作的电流。在经过这些试验之后，电流限制元件应满足5．2．2．3和5．2．2．4的要求。

     5．2．2．7  交流耐受能力

        SPD应能承受反复施加的规定的电流，表8显示了交流电流的优选值。在经过这些试验之后，SPD内的电流限制元件应满足5．2．2．1，5．2．2．2和5．2．2．3的要求。

    5．2．2．8  冲击耐受能力

        SPD应能承受规定次数和规定峰值的冲击电流的作用，表9显示出了优选值。按6．2．2．8施加这些冲击电流之后，SPD的电流限制元件应满足5．2．2．1，5．2．2．2和5．2．2．3的要求。

 5．2．3  传输特性要求

    除了5．2．1和5．2．2的要求以外，SPD视其在电信和信号系统中的应用情况(例如，声音、数据和图象)，还可能需要符合5．2．3的特定的要求。表1给出了选择合适的传输特性试验的指南。

    5．2．3．1  电容

        制造商应说明指定端子之间的电容的值。应按6．2．3．1进行试验来确认。

    5．2．3．2  插入损耗

        应按6．2．3．2试验SPD，以确定因SPD插入到试验系统中而引起发生器和测量设备之间的电压降低。

    5．2．3．3  回波损耗

        应按6．2．3．3试验SPD。这将确定在规定的频率范围内由于SPD插入到匹配的传输线引起返回到信号源的信号的总量。

    5．2．3．4  纵向平衡

        应按6．2．3．4试验SPD。该试验确定平衡电路中使用的SPD可接受最小的纵向平衡值。应在所考虑应用的频率范围内测量纵向平衡。

    5．2．3．5  误码率(BER)

        应按6．2．3．5试验SPD。该试验确定了是否因SPD插入而在数字传输系统中引起误码。

    5．2．3．6  近端串扰(NEXT)

        应按6．2．3．6试验SPD。该试验确定了由于SPD的插入而引起的从一个回路耦合到另一个回路的信号的总量。

5．3  机械特性要求

     SPD应符合下列的机械特性要求。然而，某些机械要求可由国家法规代替。

 5．3．1  接线端子和连接器

    a)  接线端子和连接器应固定在SPD  ，即使在拧紧和旋松夹紧螺钉或锁紧螺母时，接线端子和连接器也不应松动。应使用工具来拧紧和旋松夹紧螺钉或锁紧螺母。

    b)  螺钉、载流部件和连接件

        1)  无论是电气连接还是机械连接，都应能承受正常使用情况下出现的、以及大电流冲击产生的机械应力。

        安装时不要使用自攻丝型的螺钉固定SPD。

        通过直观检查和按6．3．1．2进行试验来验证其是否符合要求。

        2)  在设计电气连接时，除非金属部件具有足够的弹性以补偿绝缘材料的任何可能的收缩或变形，接触压力不应通过绝缘材料来传递(陶瓷、纯云母或其他具有同样特性的材料除外 )。

        通过直观检查来验证其是否符合要求。

        根据几何尺寸大小来考虑材料的适用性。

        3)  载流部件和连接件，包括用于接地的导体(如有的话)的材料应是：

        ——铜；

        ——对于冷加工零件，是至少含铜58％的合金；

        ——对于非冷加工零件，是至少含铜50％的合金，或是耐腐蚀性不比铜差并具有同样合适机械特性的其他金属或适当镀复层的金属。

        在IEC 61643-1中包含有关于特殊接线端子的机械连接的要求。

    c)  外部连接件用的无螺钉型接线端子

        1)  接线端子的设计和制造，应：

        ——每根导线是单独被夹紧的，且这些导线可同时或各自分别地接入或拆除；

        ——可牢固地夹紧所提供最大数目的导线。

        2)  接线端子的设计和制造，应使其在夹紧导线时不会过度地损伤导线。

        通过直观检查来验证其是否符合要求。

    d)  绝缘穿刺连接外部导线

        1)  绝缘穿刺的连接应为可靠的机械连接。

        通过直观检查和按6．3．1．4进行试验来验证其是否符合要求。

        2)  对于产生接触压力的螺钉不应再作为固定其他的元件之用，尽管它们可固定SPD或者防止其转动。

        通过直观检查来验证其是否符合要求。

        3)  不应用软金属或容易塑性变形的金属制造螺钉。

        通过直观检查来验证其是否符合要求。

    e)  耐腐蚀金属

        除了夹紧螺钉外，锁紧螺母、夹卡、止推垫圈、金属线和类似的零件，夹紧件应由耐腐蚀的金属制造(见IEC 60999-1：1999)。

 5．3．2  机械强度(安装)

    应为SPD提供保证其机械稳定性的合适的安装措施。

 5．3．3  防止固体异物和水分的有害进入

    在设计SPD时，应考虑其在4．1所述的使用条件下令人满意地运行。安装在户外的SPD应装在由玻璃、上釉陶瓷或其他可接受的能防止紫外线辐射、耐腐蚀、耐电蚀和耐漏电起痕材料制成的防护罩内，以避免天气的影响和防止固体异物进入。

    任何两个具有不同电位的部件之间应具有足够的表面爬电距离。

 5．3．4  防直接接触

    为防止直接接触(及带电部件不可触及)，SPD的设计应保证在使用场所安装时，带电部件不能被接触到。这个要求适用于最大持续运行电压Uc超过交流50V(有效值)或直流71V的可触及的SPD。

    除了不可触及类的SPD外，其他SPD的设计，都应考虑它们在按正常使用情况接线和安装时，即使把一些不借助工具就可以移动的部件移走之后，带电部件仍是不可触及的(按6．3．4的绝缘部件试验进行检查)。

    接地的端子之间的连接线，以及所有连接到这些端子的可触及的部件，应具有低的电阻(见IEC 60529)。

 5．3．5  阻燃

    外壳的绝缘部件应是不易燃的，或是能自熄灭的。

    在有些国家，可采用国家法规中的有关规定。

5．4  环境要求

     只在4．1所述不受控制的环境中使用的SPD，应符合由用户和制造商之间协商确定的下列环境要求。

 5．4．1  高温高湿度耐受试验

    应把SPD暴露在温度为80℃、相对湿度为90％的环境中。暴露的持续时间应从表15中选择。仅针对预计在不受控制的环境中使用的SPD，按6．4．1进行试验。在试验之后，SPD的电压限制元件应满足5．2．1．2和5．2．1．3的要求。如果受试SPD装有电流限制元件，则这些元件应满足5．2．2．2和5．2．2．3的要求。

    如果除了Uc之外，SPD的制造系列号相同，以及除了与规定的SPD的Uc相配合的电压限制元件和电流限制元件的额定电压有变化外，所使用的部件是相同的，那么应只对有最高的电压保护水平的SPD进行试验。

 5．4．2  冲击电涌下的环境循环试验

    SPD应在高湿度和传导冲击电流的条件下经受温度循环试验。应从表16中选取温度循环的类型。

    在循环试验期间和试验之后，SPD的电压限制元件应满足5．2．1．2和5．2．1．3的要求。如果受试SPD装有电流限制元件，则这些元件应满足5．2．2．2和5．2．2．3的要求。

    试验仅针对使用于不受控制的环境中的SPD，试验应按6．4．2进行。

    如果除了Uc之外，SPD的制造序列号相同，以及除了与规定的SPD的Uc相配合的电压限制元件和电流限制元件的额定电压有变化外，所使用的元件是相同的，那么只应对有最高的电压保护水平的SPD进行试验。

 5．4．3  交流电涌下的环境循环试验

    在高湿度和传导交流电流的条件下，SPD应经受温度循环试验。这些电流和它们的持续时间应从表5中选取。温度循环的类型应从表16中选取。

    在循环试验期间和试验之后，SPD的电压限制元件应满足5．2．1．2和5．2．1．3的要求。

    试验仅针对使用于不受控制的环境中的SPD，试验应按6．4．3进行。

    如果除了Uc之外，SPD的制造系列号相同，以及除了与规定的SPD的Uc值相配合的电压限制元件和电流限制元件的额定电压有变化外，所使用的元件是相同的，那么只应对有最高的电压保护水平的SPD进行试验。

6  型式试验

6．1  一般检查

6．1．1  标识和编制的文件

    经过检查，标志和编制的文件应满足5．1．1的要求。

 6．1．2  标志

    对标志牌应进行检查验证。除了用压制、模制以及雕刻方法制造的标志牌以外，所有其他各种类型的标志牌应进行下列验证检验。

    该检验是用手把一块用水浸透的棉花擦拭标志15s，然后再用一块浸湿己烷溶剂(芳香剂的容积含量最多为0．1％、贝壳松脂丁醇值为29、初始沸点近似为65℃、比重为0．68g/cm3)的棉花擦拭15s。试验后，标志应清晰可见。

    做为替代方案，也允许使用最低为85％正己烷的试剂级己烷。

    注：该“正己烷”的化学系统命名法为“正常”或直链烃。该溶剂可进一步被确定为ACS(美国化学学会)认证的试剂级己烷(CAS#110-54-3)。

6．2  电气特性试验

 6．2．1  电压限制试验

    如果没有其他规定，对所有试验中要求的电源电压Uc或最大中断电压，其试验电压允差为 0/-5％。如果为直流，最大纹波不应超过5％。如果为交流，试验应在50Hz或60Hz下进行，除非制造商有其他规定。

    共模试验(X1－C，X2－C)是所有电压限制试验必须的，差模试验(X1－X2)是可选的。

    注：测量Up的基本电路见资料性附录F。

    6．2．1．1  最大持续运行电压(Uc)

        应在按6．2．1．2测试绝缘电阻的期间对Uc进行验证。

    6．2．1．2  绝缘电阻

        应按两种极性分别各测一次一对端子的绝缘电阻。试验电压应等于最大持续运行电压Uc。如果SPD的Uc有直流值和交流值，SPD应用直流测量；如果SPD的Uc只有交流值，也采用直流测量，其直流电压根据Udc＝Uc ac×来计算。对于有极化结构(依赖于极性)的直流SPD，试验应仅在单极下进行。应测量流过被测端子间的电流。

        绝缘电阻等于装置端子间施加的试验电压除以测量电流。绝缘电阻应等于或高于制造商给定的值。

    6．2．1．3  冲击限制电压

        试验SPD时，应把从表3中C类选取的冲击电压施加到适当的端子上。应根据冲击耐受试验(见6．2．1．6)确定的SPD通流容量选择电流水平。应使用相同的冲击进行冲击限制电压和冲击耐受试验。表3所列的值都是最低要求，其他电涌电流额定值可以在相关ITU-T K标准中查找。

        注1：对于A、B、D类，测试冲击限制电压Up不是必须的。

        施加正、负极性冲击各五次，所使用的冲击发生器应具有从表3中选取的开路电压和短路电流。

        在不带负载的情况下，测量每次冲击的限制电压。在适当的端子上测得的最大电压不应超过规定的电压保护水平Up。在两次冲击试验之间应允许有充分的时间，以防止热量积累。不同的SPD存在不同的热特性，因此在两次冲击之间需要有不同的时间。

        注2：详细的冲击记录仪器的设置信息可参阅附录D。

        如有需要，可在图1c)和1e)所示的X1－X2端子上施加冲击。

        对图1c)和1e)所示的SPD应分别或同时以相同的极性对每对端子(X1－C和X2－C)进行试验。

        带有公共电流通路的SPD(参见4．3)，试验时还应测量没有施加冲击的线路端子上的电压，其值不应超过电压保护水平Up。

    6．2．1．4  冲击复位试验

        SPD应按图2所示进行接线。冲击复位电压和电流值应从制造商的参数表中选取，或根据制造商的说明从表4中的电压/电流组合中选取。这些电源表征了常用的系统值。交流SPD须用交流进行测试，直流SPD须用直流进行测试，交/直流两用的SPD须用直流。根据直流SPD的结构，测试可仅在单极性上进行。如果进行交流试验，冲击发生器必须和交流电源同步(通常在30°和60°相位角)。

        应从表3的B1或C1中选取冲击电压和冲击电流的波形，开路电压的峰值应足够大，以保证SPD的电压限制元件能动作。冲击电压的极性与电压源的极性相同。冲击复位时间定义为从施加冲击时开始至SPD返回到它的高阻抗状态的一段时间。

        应施加一个正极性冲击和一个负极性冲击，每次冲击间隔的时间不大于1min，并应测量每次冲击的恢复时间。

        注：当直流电源和冲击发生器的极性反转时，去耦装置(图2)中二极管的极性须反转。

    6．2．1．5  具有电压限制功能SPD的交流耐受试验

        SPD应按图3所示进行接线。应从表5选取交流短路电流。在两次试验之间应有足够的时间防止受试器件热量积累，施加电流要达到规定的次数。施加的交流试验电压应足够大，以使SPD电压限制元件完全导通。在试验前和完成施加要求次数的交流电流之后，SPD应满足5．2．1．2、5．2．1．3、5．2．1．4(如适用时)和5．2．2．2的要求。

        从表5中选取的电流应施加到合适的端子上。

        如制造商或顾客有需要，可另外在如图1c)、1e)和1f)所示SPD的X1－X2端子上施加电流。

        对测试图1c)、1e)和1f)所示的SPD，可分别对每对端子(X1－C和X2－C)进行试验。

        对具有公共电流通路的SPD的试验见4．3。否则，对多端子SPD分别在每个线路端子与公共端子之间进行试验。

    6．2．1．6  具有电压限制功能SPD的冲击耐受试验

        应使用从表3中C类选取的冲击对SPD进行试验，并施加到从表3选择的合适的端子上。应使用与6．2．1．3的冲击限制电压试验相同的冲击。可用从A1、B、C和D类中选取的，以及在SPD文件中列出的其他冲击进行附加的试验。然而，这些试验是可选的，只有对适用的SPD才做这些试验。

        SPD应按图4所示进行接线。施加冲击电流要达到表3所规定的最少次数。在两次试验之间要有足够的时间，以防止试品的热量积累。对一种极性的试验次数应为规定次数的一半，接着对相反极性做剩下的一半次数的试验。或者，对一半的试品做一种极性的试验，而另一半试品做相反极性的试验。在试验前和完成规定次数的试验之后，SPD应满足5．2．1．2、5．2．1．3(每种极性做一次冲击)、5．2．1．4(如适用时)和5．2．2．2(如适用时)的要求。

        如有需要，可在图1c)和1e)所示SPD的X1－X2端子上施加冲击电流。

        对图1c)和1e)所示的SPD，可分别对每对端子(X1－C和X2－C)进行试验。对图1f)所示的SPD，如果所有的端子对公共端都有相同的保护电路，选择两个端子作为代表性的样品就足够了。

        6．2．1．6．1  多端子SPD的附加试验

            如果制造商声称总放电电流，则应根据以下内容重复6．2．1．6的试验。

            如果SPD的总放电电流能力等于单根线路冲击电流能力(如总放电电流＝10kA，单根线路放电电流＝10kA)，则不需要进行该试验。

            多端子SPD(图1c，图1f，图1e)的总放电电流可能流过公共元件并连接到接地端。图16显示了两个例子。所有被保护线路的放电电流等于总放电电流除以线数。同时施加冲击是为证明公共电流路径有足够的通流能力。试验后SPD不应损坏。该试验也证明SPD的内部连接有足够的通流能力。

            耦合网络不应显著影响到试验冲击。C1类和C2类试验冲击的8/20波形的波前和半峰值时间的允差为±30％。

            注：如果无法达到上述的波形参数，可使用制造厂提供的改动过的SPD进行试验，其中图16所示的星形保护电路的每个“独立保护单元”被短路。试验期间，所有的输入端X1到Xn都连接在一起。

    6．2．1．7  过载故障模式

        SPD应经受冲击过载和交流过载电流。对图1c)、1e)和1f)所示的SPD进行试验时，可分别对每对端子(X1－C和X2－C)进行试验。对于1f)所示的SPD，选择两个端子进行试验。应采用不同的试品进行冲击电流和交流电流试验。

        为确定SPD是否进入如3．3所述的可接受的过载故障模式，应根据使用情况进行绝缘电阻试验、限制电压试验和串联电阻试验。SPD应在安全的情况下达到过载故障模式，而不会引起火灾、爆炸、触电危险或释放有毒烟气。

        注1：对于多级SPD，允许有不同的失效模式(例如X1－C可具有模式2，X1－X2可具有模式1)。

        冲击过载电流试验

        SPD应按图4所示进行接线。应将制造商规定的8/20μs冲击电流in按如下公式施加到SPD上：

  itest＝in(1＋0．5N)

         试验序号是从N＝0开始(itest＝in)。对后续的每一个试验，N增加1。序号最大为N＝6。如果在这些试验之后，SPD没有进入过载状态，则应利用交流电流进行过载故障模式试验。

        注2：如果in超过组合波发生器的输出能力，应使用8/20冲击电流发生器。流过SPD的电流峰值应调整到指定和计算的冲击电流in值。

        交流过载电流试验

        SPD应按图3所示进行接线。交流过电流试验值应由制造商规定。电流应施加15min。开路电压(50Hz或60Hz)的幅值应足够高，以使SPD完全导通。

        注3：调整得到的测试电流即电源的短路电流。

    6．2．1．8  盲点试验

        为了确定在多级SPD中是否存在盲点，应使用一个新试品进行下列的试验：

        a)  选取在确定Up时使用过的相同的冲击波形(见6．2．1．3)，在施加冲击期间，用示波器测量冲击限制电压和电压波形图。

        b)  把开路电压降低至a)中使用的电压值的10％，同时用示波器监视施加到SPD的正极性冲击限制电压。限制电压波形应与a)中的不同。如果不是这样，就选取一个较低的开路电压值。但是，该电压应大于最大持续运行电压Uc。

        c)  施加a)中使用的电压值的20％、30％、45％、60％、75％和90％的正极性冲击，同时连续地监视冲击限制电压的波形。

        d)  在某一百分数的开路电压处，当冲击限制电压波形回到a)中所确定的波形时，停止改变电压。

        e)  把开路电压减少5％，再做试验。以后每次把开路电压减少5％，直到获得b)中记录的波形。

        f)  用此开路电压值，施加两次正极性冲击和两次负极性冲击。

        在进行了a)～f)项的试验之后，SPD应满足5．2．1．2的要求。

 6．2．2  电流限制试验

    6．2．2．1  额定电流

        SPD应按图5所示进行连接。电源应能提供要求的额定电流。频率应为0Hz(直流)、50Hz或60Hz。交流SPD应用交流测试，直流SPD应用直流测试，交直流SPD应用直流测试。

        在额定电流试验期间，电流限制功能(若有的话)应不起作用。对各种结构的SPD，应通过调节电阻Rs或Rs1和Rs2来施加试验电流。接受试验的电流限制功能通过额定电流的时间最少应达1h。在试验期间内，可接触的部件不应过热(见IEC 60950-1中的4．5．1)。

    6．2．2．2  串联电阻

        SPD应按图5所示进行连接。试验电源电压应为Uc。频率应为0Hz(直流)、50Hz或60Hz。交流SPD应用交流测试，直流SPD应用直流测试，交直流SPD应用直流测试。

        应通过调节电阻Rs或Rs1和Rs2使试验电流等于额定电流。电阻由(e－IRs)/I确定，式中e是电源电压，I是用图5中电流表测量的额定电流。

    6．2．2．3  电流响应时间

        SPD应按图5所示连接。试验电源电压应为Uc。频率应为0Hz(直流)、50Hz或60Hz。交流SPD应用交流测试，直流SPD应用直流测试，交直流SPD应用直流测试。

        应参照4．2在适当的温度下进行测试。两次测试之间应有足够的时间间隔，以确保在下一次测试前，试品冷却至试验温度。或者，为避免等待试品冷却时间，可用不同的试品进行试验。可通过调节Rs或Rs1和Rs2来得到如表6中所需的预期测试电流。对每一次试验电流应记录电流限制功能的响应时间。响应时间是指从加电开始，直到电流减少至10％的额定电流为止的一段时间。如果预期试验电流超过电流限制元件的最大通流容量，那么最大试验电流应等于电流限制元件的最大通流容量。

    6．2．2．4  电流恢复时间

        SPD应按图5所示进行连接。试验电源电压应为Uc。频率应为0Hz(直流)、50Hz或60Hz。交流SPD应用交流测试，直流SPD应用直流测试，交直流SPD应用直流测试。

        对于每一种SPD结构，可通过调节电阻及。或及81和Rs2使起始负载电流等于额定电流。应让SPD稳定在额定电流。稳定之后，应调小电阻Rs或Rs1和Rs2使负载电流增加到能使SPD的电流限制元件动作的电流值。当试验电流下降到小于额定电流的10％后维持该试验状态15min。

        然后，再把电阻Rs或Rs1和Rs2增加到它们的初始值。应当记录使负载电流恢复到90％的额定电流时所用的时间，这个时间应小于120s。根据应用的情况，对于自恢复电流限制功能，也可在电流低于额定电流的情况下进行试验。对于可自恢复的电流限制元件，电源电流被遮断的时间应小于120s。此后对于可恢复的电流限制功能应通过5min的额定电流，以保证电流限制功能恢复到其初始状态。

    6．2．2．5  最大中断电压

        SPD应按图5所示进行接线。试验电压应为制造商规定的最大中断电压。频率应为0Hz(直流)、50Hz或60Hz。交流SPD应用交流测试，直流SPD应用直流测试，交直流SPD应用直流测试。

        应调节电阻Rs或Rs1和Rs2的值使得SPD的电流限制元件动作，并在该状态下应保持1h。SPD的电流限制功能应满足5．2．2．2、5．2．2．3和5．2．2．4的要求。

    6．2．2．6  动作负载试验

        SPD应按图5所示进行接线。试验电压应为制造商规定的最大中断电压。频率应为0Hz(直流)、50Hz或60Hz。交流SPD应用交流测试，直流SPD应用直流测试，交直流SPD应用直流测试。

        对于每一种SPD结构，利用短接来临时代替SPD，应借助调节电阻Rs或Rs1和Rs2把负荷电流调整为从表7中选取的值，所选用的值足够使电流限制功能启动。在SPD插入到电路中之后，注入试验电流，直到电流减少到低于10％的额定电流时为止。

        SPD动作后，把电源断开至少2min，或者直到电流限制元件恢复到它的初始状态时为止。这种循环(施加试验电流，紧接着停电一段时间)应重复进行，直到达到表7列出的次数为止。

        在最后一次循环之后，SPD应满足5．2．2．2、5．2．2．3和5．2．2．4的要求。

    6．2．2．7  具有电流限制功能SPD的交流耐受试验

        SPD应按图6所示进行接线。应从表8选取交流短路电流值。试验次数要达到规定的次数。在两次试验之间要有足够的时间，以防止试品的热量积累。交流电源电压的峰值不应超过制造商规定的最大中断电压。在试验前和完成注入要求次数的交流电流之后，SPD应满足5．2．2．1、5．2．2．2和5．2．2．3的要求。电流可注入到从表8选择的合适的端子上。如果需要对三端子和五端子SPD进行试验时，电流可注入到X1－X2端子上。在试验三端子和五端子SPD时，可同时或分别地以相同的极性来试验未受保护侧的每对端子(X1－C和X2－C)。

    6．2．2．8  具有电流限制功能SPD的冲击耐受试验

        SPD应按图7所示进行接线。应从表9选择冲击电压和冲击电流。试验次数要达到规定的次数。在两次试验之间要有足够的时间，以防止试品的热量积累。对一种极性的试验次数应为规定次数的一半，接着对相反极性做另一半次数的试验。或者，对一半的试品做一种极性的试验，而另一半试品做相反极性的试验。在试验前和完成规定次数的试验之后，SPD应满足5．2．2．1、5．2．2．2、5．2．2．3的要求。

        应从表9中选取冲击电流并注入到合适的端子上。对三端子和五端子SPD进行试验时，电流可注入到X1－X2端子上。在试验三端子和五端子SPD时，可同时或分别地以相同的极性来试验未受保护的每对端子(X1－C和X2－C)。

        在试验时，可要求用小电流熔断器把I2t水平降到SPD的额定值之内。电子限流器(例如以电弧方式工作的气体放电管)可设计成随最小保护的负荷阻抗或电压动作。如有需要，这种电子限流器应增加到试验电路中。

 6．2．3  传输特性试验

    6．2．3．1  电容

        SPD的电容用信号发生器测量，其选定的测量的频率为1MHz，电压为1V(有效值)，每次测量一对端子，所有未参与测量的端子连接在一起，并在信号发生器处接地。不应施加直流偏置。应注意某些SPD的电容是与偏置电压有关的。在某些应用中，这种偏置电压可只出现于一对通信线的一条线上，从而导致电容明显不平衡。

    6．2．3．2  插入损耗

        插入损耗以dB表示，它是利用长度最长为1m，并具有合适的特性阻抗的导线来测量的。利用图8的电路进行测量。先采用短接来代替SPD，然后再插入SPD分别进行测量，测量值用分贝表示。插入损耗是两个测量值之间的差。表10列出了特性阻抗、频率范围和电缆的类型。推荐的试验电平是-10dBm。

        在传输的频率范围内，测得的图8中平衡—不平衡转换器和测试导线的综合损耗不应超过3dB。应在SPD预定使用的传输应用频率范围内测量和记录插入损耗。

    6．2．3．3  回波损耗

        回波损耗以dB表示，它是利用长度最长为1m，并具有合适的特性阻抗的导线来测量的。利用图9的电路采用短接线来代替SPD，然后再插入SPD分别进行测量，测量值用分贝表示。表10列出了特性阻抗、频率范围和电缆的类型。推荐的试验电平是-10dBm。

        将信号施加到SPD上，在施加信号的端子上测量由于阻抗不连续而被反射回来的反射信号。应在SPD预定使用的传输应用频率范围内测量和记录回波损耗。

    6．2．3．4  纵向平衡试验/纵向转换损耗试验(LCL)

        以下公式中计算出的纵向平衡相当于ITU-T 0．9(03．1999)标准中的纵向转换损耗(LCL)。

        图10显示出了三端子、四端子和五端子SPD平衡试验的接线。对于四端子和五端子SPD应采用开关S1断开和闭合两种情况来进行试验。纵向平衡是施加的纵向电压Vs与受试SPD的合成电压Vm之比，以分贝为单位，用下式表示：

 纵向平衡(dB)＝20log(Vs/Vm)

         式中信号Vs和Vm有相同的频率。

        由于高频范围要求更高的准确性，需要用不平衡变压器来装配SPD，而不是用图10所示的电阻。横向阻抗Z1和纵向阻抗Z2的测试电桥配置，并不代表所有的实际情况。预期的传输特性值及其限制，如频率范围和电压，终止阻抗和测量频率的特殊情况，在相关ITU-T资料中有给出。在190kHz不同频率范围内的阻抗值如表11所示。除非另有规定，试验应在递增频率下进行，如对模拟电路的SPD，可在频率为200Hz、500Hz、1000Hz和4000Hz处进行试验。对ISDN数字电路的SPD可在5kHz、60kHz、160kHz和190kHz处进行试验。测量安排的固有的纵向平衡应超出SPD的极限设置20dB。如果SPD的纵向平衡值受到直流偏置电压的影响，那么在每个SPD端子处施加适当的直流偏压进行试验。测量准备要求在ITU-T的0．9中给出。

         当纵向转换损耗取决于SPD的串联匹配电阻时，纵向平衡值可规定为串联电阻最大偏差的欧姆值或串联电阻之间差值的百分数。

    6．2．3．5  误码率(BER)

        误码率(BER，见图11)，即用误码数目除以总码数，可以用来判定通信或数据存储产品的性能。比如，在传输100 000个码中有2．5个不正确，其误码率即为2．5除以105或2．5×10-5。不同传输速率的测试时间如表12中显示。

        误码率测试是用来测量插入SPD后造成的变化(如果有的话)。误码率测试在ITU-T的G系列标准中描述。(如ISDN ITU-T G．821，ADSL2 ITU-T G．992．3，VDSL ITU-T G．993．1等)

     6．2．3．6  近端串扰(NEXT)

        串扰是按图12在一个短的、端部接到SPD的平衡试验导线上测量的。一个平衡的输入信号施加到被SPD干扰的一条线路上，而在靠近试验导线端部测量被干扰线路上的感应信号。推荐的试验信号是-10dBm。

        在传输频率范围内，平衡—不平衡转换器和试验导线综合的测量损耗不应超过3dB。应在SPD使用的传输频率范围内测量和记录近端串扰。

6．3  机械特性试验

6．3．1  接线端子和连接器

    应验证组装在一起的端子是否满足5．3．1的要求。

    6．3．1．1  一般试验程序

        按制造商的建议安装SPD，并防止SPD受到外部过热和过冷的影响。

        除非另有规定，在采用最严格接线配置(例如最大或最小截面积)的导线连接到SPD的端子上时：

        ——对既有线路端子又有被保护的线路端子的SPD，应符合表13；

        ——对其他的SPD，应按照制造商的说明书。

        应把被试验的SPD固定在一块厚度约为20mm、刷有黑漆的暗色木板上。固定的方法应符合制造商建议的有关安装措施的要求。试验期间，不允许维修或拆卸试品。

     6．3．1．2  带有螺钉的接线端子

        通过直观检查其是否符合要求。对接在SPD的螺钉经过下面的试验进行检查。

        拧紧和旋松螺钉：

        ——与绝缘材料螺纹相啮合的螺钉，10次；

        ——对其他所有的情况，5次。

        旋入绝缘材料螺纹的螺钉或螺母每次要完全旋出之后再旋入。要使用合适的测试螺钉起子或扳手，并施加制造商所建议的力矩进行测试。拧紧螺钉时不应用力过猛。每次旋松螺钉后，要将导线取出。

        试验时。螺钉连接件不应松动和发生诸如螺钉断裂、螺钉头部槽口、螺纹、垫圈和U形卡损坏等，这将影响SPD今后的使用。

        此外，不要损坏外壳和盖板。

    6．3．1．3  无螺钉型的接线端子

        通过下述试验检查符合性。

        对两端口SPD，在接线端子上接入的新导线的类型和最大、最小截面积按表13选取；对一端口SPD，按制造商提出的值选取。

        沿每根导线轴向施加如表14所示的拉力，持续时间为1min。施力时不要用力过猛。

        在试验期间，接线端子上的导线不应移动或有任何损坏的迹象。

    6．3．1．4  绝缘穿刺的连接

        6．3．1．4．1  设计使用单芯导线的SPD端子的拉脱试验

            通过下述试验检查符合性。

            按6．3．1．1规定把最小或最大横截面积的新铜导线(无论是实心线还是绞股线，以最不利者为准)接入到端子上。如有螺钉的话，按制造商的建议拧紧。

            导线接入和拆卸5次，每次都要用新导线。在每次接入之后，沿导线轴向施加一个表14中给出的拉力达1min，加力时不要过猛。

            在试验期间，接线端子上的导线不应移动或有任何损坏的迹象。

        6．3．1．4．2  设计使用多芯电缆的SPD端子的拉脱试验

            按6．3．1．4．1对设计使用多芯电缆的SPD端子进行拉脱试验。只是拉力不是施加在单根缆芯上，而是施加在整个多芯电缆上。按下式计算拉力：

             式中：

            F——施加的总力；

            n——缆芯的根数；

            F(x)——以单根导线截面积计的单根缆芯受到的拉力(见表14)。

            在试验时，电缆不应滑脱出端子。

 6．3．2  机械强度(安装)

    应通过检查证实SPD在安装和使用期间具有承受外力的合适机械强度。

 6．3．3  防止固体异物和水分的有害进入

    按IEC 60529进行试验，检查IP码。

6．3．4  防直接接触

    a)  绝缘部件

    试品按正常使用情况安装，并接有最小截面积的导线。另外还要用最大截面积的导线重做试验。(见表13)。在每个可能的位置按IEC 60529采用标准试指进行试验。

    对于插入式SPD(不用工具就可改变其接线)，当插头部分地插入或全部插入插座时，在每个可能的位置采用标准试指进行试验。用验电指示器(电压大于40V和小于50V)显示与有关部件的接触情况。

    b)  金属部件

    当SPD按正常使用情况安装和接线时，除用以固定底座、外壳和盖板与带电部件绝缘的小螺钉等物件外，可触及的金属部件应通过一个低阻连接线与大地连接。

    将等于1．5倍额定电流或25A的电流(取较大者，电流由空载电压不超过12V的交流电源产生)依次施加在接地端子与各个可触及的金属部件之间。测量接地端子与可触及的金属部件之间的电压降，并根据电流和电压降计算电阻，电阻值不应超过0．05Ω。

    注：应注意测量探头的尖端与被试的金属部件之间的接触电阻不得影响试验结果。

 6．3．5  阻燃试验

    在下列条件下，按照GB/T 5169．11-2006中第4章～第10章进行灼热丝试验。

    ——在850℃±15℃的温度下，对SPD中用绝缘材料制成的把载流部件和保护电路的部件保持在位置上必须的外部零件进行试验；

    ——在650℃±10℃的温度下，对所有由绝缘材料制成的其他零件进行试验。

    对于本试验而言，平面安装式的SPD的基座可看作是外部零件。对由陶瓷材料制成的部件不进行本试验。如果绝缘件是由同一种材料制成，则仅对其中一个零件按相应的灼热丝试验温度进行试验。

    灼热丝试验是用来保证电加热的试验丝在规定的试验条件下不会引燃绝缘部件，或保证在规定的条件下可能被加热的试验丝点燃的绝缘材料部件在一个有限的时间内燃烧，而不会由于火焰或燃烧的部件或从被试部件上落下的微粒而蔓延火焰。

    试验在一台试品上进行。如有疑问，可再用两台试品重复此项试验。试验期间，试品处于其规定使用的最不利的位置(被试部件的表面处于垂直位置)。

    考虑到在规定的使用条件下发热的元件可能与试品接触的情况，灼热丝的顶端应施加在试品规定的表面上。

    如果试品上没有可见的火焰和持久火光，或在灼热丝移走之后，试品上的火焰和火光在30s内自行熄灭，薄棉纸不应着火或松木板不应被烤焦，则试品被认为通过了灼热丝试验。

6．4  环境试验

 6．4．1  高温高湿度耐受试验

    SPD应按表15选取的时间持续暴露在高温度和高湿度的环境中，其温度为80℃±2K，相对湿度为90％～96％。

    应利用图13合适的试验电路对SPD进行试验。在整个试验过程中，应由交流或直流电源给SPD供电。电源电压应等于5．2．1．1规定的最大持续运行电压，该电源应有足够电流容量供SPD试品汲取电流。经试验之后，应把SPD冷却到23℃±2℃的环境温度。

6．4．2  冲击电涌下的环境循环试验

    SPD应暴露在无凝露的循环环境中，其循环的持续时间与表16中选取的循环相对应。在试验期间，应使用具有表3规定特性的冲击发生器施加从表3中C类中选取的足够大的开路电压。

    当选择循环A时，在连续的5天循环中每天施加两次冲击电流，随后两天不施加冲击电流。而在选择循环B时，在温度循环的第一天和最后一天，每天应各施加两次冲击电流。在做冲击电流试验时，在表16给出的温度上限T1时施加一次冲击，在表16给出的温度下限T2时施加另一次冲击。应在温度上限或下限的恒定段中心前后1h的范围内施加冲击。在同一天施加的冲击电流应具有相同的极性，但随后一天应采用相反的极性。该程序应重复进行，直到环境循环完成。

    应采用图13合适的试验电路对SPD进行试验。在整个循环中应由直流电源供电。该直流电源的正、负电压值不应超过5．2．1．1规定的额定电压。在施加冲击电流时，不应给SPD供直流电。

    在每次施加冲击电流期间，应测量冲击限制电压。在每次冲击试验后的1h之内应测量绝缘电阻。如果在已知SPD对直流电源的极性敏感的情况下，应测试正、负极性下的绝缘电阻。

    在环境循环结束后的1h内，SPD应满足5．2．1．2和5．2．1．3的要求。

6．4．3  交流电涌下的环境循环试验

    SPD应暴露在无凝露的循环环境中，其循环的持续时间与表16中选取的循环相对应。在试验期间，应使用具有足够大开路电压的交流电压发生器，其短路电流从表5中选取。

    当选择循环A时，在连续的5天循环中每天施加两次电涌电流，随后两天不施加交流电涌电流。而在选择循环B时，在温度循环的第一天和最后一天，每天应施加两次交流电涌电流。每天两次交流电涌电流，一次按表16给出的温度上限T1时施加，另一次按表16给出的温度下限T2时施加。应在温度上限或下限的恒定段中心前后1h的范围内施加交流电涌。该程序应重复进行，直到环境循环完成。

    应采用图13合适的试验电路对SPD进行试验。在整个循环中应由直流电源供电。该直流电源的正、负电压值不应超过5．2．1．1规定的额定电压。在施加交流电流时，不应给SPD供直流电。

    在每次施加电流期间，应测量交流限制电压。在每次交流电涌试验后的1h之内应测量绝缘电阻。如果在已知SPD对直流电源的极性敏感的情况下，应测试正、负极性下的绝缘电阻。

    在环境循环结束后的1h内，电压限制功能应满足冲击限制电压和绝缘电阻的要求。